趙沁平
中國工程院院士、中國科協(xié)副主席、教育部教育信息化專家組組長
“虛擬現(xiàn)實+”是各個行業(yè)都可以應用的，包括我們的教育。虛擬現(xiàn)實是二三十年以前就出現(xiàn)的一個技術，最近一兩年比較火，虛擬現(xiàn)實近兩年火起來的原因是由幾個事件激發(fā)引起。一，2013年美國政府和歐盟相繼宣布實施“腦計劃”，欲構(gòu)建人腦模型和虛擬人腦，我國也在制定我們國家的腦計劃；二，2014年，F(xiàn)acebook公司宣布斥資20億美元收購虛擬現(xiàn)實（VR）設備公司Oculus，隨后google、微軟等大公司接連推出自己的VR頭盔顯示器，高調(diào)宣布進入虛擬現(xiàn)實領域。這意味著發(fā)達國家政府和大公司從不同的兩條戰(zhàn)線開始搶占VR制高點，再次引起了人們對VR技術的關注。
“虛擬現(xiàn)實+”成為發(fā)展趨勢
虛擬現(xiàn)實技術發(fā)展到現(xiàn)在不是偶然，它是一個發(fā)展的過程。一方面，計算技術進入人機物三元融合發(fā)展期，VR思維與方法成為人機物三元融合的重要支撐；另一方面，VR技術本身也開始進入VR+發(fā)展期，方便推動促進虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展；另外，+X，各行業(yè)對VR系統(tǒng)新功能與新指標的需求，推動它產(chǎn)生一些實用功能。VR+X的交叉合作，即虛擬現(xiàn)實技術和其它各行業(yè)的合作，也有利于推動它的發(fā)展，一些虛擬現(xiàn)實和一些相關領域的新技術，比如體感交互、VR交互設備、移動終端和網(wǎng)絡新應用等，都對VR技術的發(fā)展起到推動作用。
虛擬現(xiàn)實是通過一些設備、裝備進行交互，來產(chǎn)生的感受和體驗，每一項都有它適合的領域，虛擬現(xiàn)實平臺主要適合前期的規(guī)劃決策、設計評價、訓練體驗、文化教育等方面的應用。
經(jīng)過三十多年的發(fā)展，VR的基本概念和基本實現(xiàn)方法已初步形成，并在許多行業(yè)領域取得可喜的應用成果，成為其發(fā)展的新的信息技術支撐平臺。VR與+X（應用領域）的關系，類似于數(shù)學和物理，VR+成為發(fā)展趨勢。
對此，各個國家都很重視。比如，2006年，中國政府發(fā)布中長期科技發(fā)展規(guī)劃綱要：虛擬現(xiàn)實技術為信息領域優(yōu)先支持的三大前沿技術之一。2007年，日本政府發(fā)布創(chuàng)新2025科技發(fā)展規(guī)劃：虛擬現(xiàn)實技術為十八個方向之一。2008年，美國工程院公布人類21世紀面臨的14個重大工程挑戰(zhàn)問題，虛擬現(xiàn)實是其中之一。2012年，英國發(fā)布2015-2020年8個新興科學技術群戰(zhàn)略報告中6個涉及建模、模擬和虛擬的內(nèi)容。
重要技術瓶頸有待突破
“虛擬現(xiàn)實+”已經(jīng)做到什么程度呢？
許多新技術都是在軍事領域開始應用，虛擬現(xiàn)實技術也一樣。上世紀八十年代，美國開始投入虛擬現(xiàn)實技術的研發(fā)，首先應用于軍方，用于虛擬戰(zhàn)場環(huán)境。之后應用于醫(yī)學（虛擬手術）、制造業(yè)（虛擬樣機）等。
虛擬技術在教育領域的應用，國內(nèi)不少學校部署了虛擬校園，另外，一些學校部署了虛擬教學平臺，虛擬課堂等。目前的重點主要在虛擬教學實驗方面。比如，化學虛擬實驗、工程力學虛擬實驗、幾何光學虛擬實驗。具體來講，在虛擬教學中，可以面向工科學生進行讀圖訓練；實現(xiàn)真實感教學演示，如晶體分子結(jié)構(gòu)演示、晶體管原理演示、計算機集成制造演示等，能形象地展示它的效果。
然而，現(xiàn)有虛擬現(xiàn)實技術距離VR+期望目標，尚存在若干重大技術瓶頸，主要有如下幾方面。
第一，多源數(shù)據(jù)或者說多源數(shù)據(jù)建立的模型，相互之間的無縫融合困難，這是一個難題；
第二，對象模型不能自由交互與變拓撲實時逼真響應；
第三，現(xiàn)在大多數(shù)模型都是幾何的物理的，缺少非幾何物理的生理與智能模型；
第四，模型的復雜性、可建模性和可信性理論有待突破；
第五，有限帶寬和低計算資源下的圖形圖像處理低效；
第六，真三維顯示、人機體感交互與自然化人機交互設備不如人意，這方面要有很長的路還要走。
另外，相關技術和一些應用，和虛擬現(xiàn)實發(fā)展形成了互動，互相推動發(fā)展。比如，真三維的顯示、可穿戴設備、體感交互和移動終端的應用、新型網(wǎng)絡應用、大數(shù)據(jù)的應用，以及人體科學等領域的應用，都對虛擬現(xiàn)實會有推動和促進的作用。
相關技術和新型應用與虛擬現(xiàn)實發(fā)展形成互動，對虛擬現(xiàn)實提出新需求，為虛擬現(xiàn)實提供新元素。比如，新型虛擬現(xiàn)實交互設備，如全息、光塑顯示；可穿戴設備與體感交互；移動終端應用；新型網(wǎng)絡應用；大數(shù)據(jù)應用；人體科學等領域應用。
虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)可望形成
上述技術的突破將導致VR+新一代虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的出現(xiàn)，并逐步形成如下新的VR產(chǎn)業(yè)。
第一，虛擬現(xiàn)實人機交互設備產(chǎn)業(yè)，比如網(wǎng)上實驗需要一定的交互設備，鼠標、三維鼠標都是其中的一種類型，而且還會產(chǎn)生新的可以創(chuàng)新的領域，形成人機交互的交互設備產(chǎn)業(yè)；
第二，行業(yè)應用模擬器、虛擬環(huán)境產(chǎn)業(yè)，比如飛行模擬器、手術模擬器、軍事訓練，以及虛擬戰(zhàn)場環(huán)境，都是行業(yè)應用；
第三，虛擬現(xiàn)實領域和行業(yè)模型數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)，比如美國有專門的人體器官虛擬模型系統(tǒng)；
第四，網(wǎng)絡、移動終端虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)；
第五，虛擬現(xiàn)實平臺軟件與嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)
第六，虛擬現(xiàn)實服務產(chǎn)業(yè)。
相信今后將虛擬現(xiàn)實技術應用于教育領域，也會形成它自己的一些產(chǎn)業(yè)。所以，虛擬現(xiàn)實技術目前還是有很大發(fā)展前景的，是朝陽的技術領域。未來在航空航天、軍事應用、智慧城市、裝備制造、醫(yī)療健康、移動與網(wǎng)絡應用等方面都將是VR+重點發(fā)展的領域。
