本文刊登于《衛(wèi)星與網(wǎng)絡(luò)》雜志2016年3月刊【大家】欄目

原文標題：《虛擬現(xiàn)實：一種全新的社會發(fā)展信息技術(shù)支撐平臺——專訪中國工程院院士趙沁平》

作者：賀鵬梓

虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)已經(jīng)有幾十年的發(fā)展史。早期，由于計算機能力的不足，VR技術(shù)的發(fā)展相當困難。近年來，隨著計算機運算能力的大幅度提升，VR技術(shù)得以高速發(fā)展，不但在國防、航空航天、工業(yè)制造等領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用，也在個人娛樂等方面進入了消費領(lǐng)域。

可以想見，未來相當長的一段時間里，VR都將是信息產(chǎn)業(yè)和信息技術(shù)發(fā)展的重要領(lǐng)域之一，它的逐步成熟和推廣應(yīng)用，將對經(jīng)濟社會發(fā)展和人民生活產(chǎn)生深遠的影響。

令人欣喜的是，中國的VR技術(shù)與國外相比，基本上處在齊頭并進的態(tài)勢。這要歸功于專注VR領(lǐng)域的諸多辛勤耕耘的行業(yè)中堅?，F(xiàn)任虛擬現(xiàn)實技術(shù)與系統(tǒng)國家重點實驗室主任的趙沁平院士就是其中一位學術(shù)領(lǐng)袖。

新年伊始，本刊記者有幸面見趙沁平院士，就VR技術(shù)的發(fā)展做了一番討教。

VR是一個很時髦的新概念，但是趙院士指出，人類一直在追求模擬仿制真實世界的事物為人所用?！安荽杓敝械牡静萑耍凹埓鳡T照天燒”中的紙船，軍隊訓練拼刺刀用的木槍就是對人、船和槍的簡單實物仿真。現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展把人類的這一追求不斷推向新的階段和高度。我們今天所談的虛擬現(xiàn)實用英文稱為“Virtual Reality”（VR）是用計算機而非實物來模擬現(xiàn)實世界。VR是隨著計算機技術(shù)，特別是計算機圖形學和人機交互技術(shù)的發(fā)展，人們在模擬現(xiàn)實世界方向上達到的最新境界。

有了計算機，人類在模擬現(xiàn)實世界方面就有了全新的強大工具。在用實物模仿真實世界的階段，人們只能模擬其中很少的一些特征，比如用稻草人來模擬人類的形體。有了計算機技術(shù)，就能生成與一定范圍真實世界在視、聽、觸感等方面高度近似的數(shù)字化環(huán)境，用戶借助必要的裝備與數(shù)字化環(huán)境中的對象進行交互作用，相互影響，從而產(chǎn)生親臨相應(yīng)真實環(huán)境的感受和體驗。例如我們所熟悉的美國計算機游戲《使命召喚》和國產(chǎn)游戲《光榮使命》。

既然要模擬現(xiàn)實世界，那么從理論上說，VR就應(yīng)當讓人的各種感官都能感受到現(xiàn)實世界的特征，包括視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺和方向感。顯然，這其中有著巨大的困難。

其中，真實感圖形圖像實時繪制是實現(xiàn)VR視覺感知的最重要手段, 是構(gòu)造虛擬環(huán)境的一項核心技術(shù)。人們圍繞VR視覺進行了大量工作，也取得了顯著成就。趙院士領(lǐng)導(dǎo)的團隊在視覺、聽覺、力、觸覺等方面取得了很多成果。但是在味覺、嗅覺方面，世界上還普遍處于摸索階段，需要更長的時間才能取得實用化的成果。

解答了VR的基本理念之后，趙院士著重強調(diào)了VR+。與“互聯(lián)網(wǎng)+”一樣，虛擬現(xiàn)實技術(shù)也是各行業(yè)都可以采用并助力自身發(fā)展的一項重要技術(shù)。如今，虛擬現(xiàn)實的基本概念和基本實現(xiàn)方法已經(jīng)初步形成，并已從技術(shù)研究、系統(tǒng)研發(fā)等，發(fā)展到多種應(yīng)用階段。

上文中討論的諸多領(lǐng)域，都可以用VR+的理念來推動技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用推廣。所謂“+”，就是把兩個領(lǐng)域的內(nèi)容充分融合。VR+應(yīng)用領(lǐng)域，就是要把VR變成這個應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展的支撐平臺。

通過實現(xiàn)VR+，與國家戰(zhàn)略發(fā)展相關(guān)的國防軍事、航空航天、裝備制造、智慧城市、公共安全等行業(yè)，以及與大眾生活密切相關(guān)的醫(yī)療健康、教育培訓、商務(wù)消費、文化娛樂、社交旅游等領(lǐng)域?qū)@得全新的信息技術(shù)支撐和動力，實現(xiàn)升級換代式發(fā)展。

普通人接觸VR技術(shù)，很多是通過戰(zhàn)爭主題電子游戲。實際上這與VR技術(shù)的重要應(yīng)用——軍事模擬訓練——是非常類似的。前文提到的《光榮使命》就有商業(yè)和軍用兩個版本，前者用于大眾消費，后者供部隊訓練之用。

趙院士指出，VR如今不僅可以應(yīng)用于軍事訓練，還可以供人們在虛擬人體上進行手術(shù)訓練和手術(shù)規(guī)劃，可乘虛擬光速航天器在虛擬太空漫游、體驗相對論世界，供城市規(guī)劃、電視節(jié)目創(chuàng)意仿真、工程制造、教育等用途。

與傳統(tǒng)實物仿真手段相比，VR具有“3I”的特征，即沉浸感、交互性和構(gòu)想性（Immersion、Interaction、Imagination）。

總體上說，就是要讓身處虛擬環(huán)境中的人們感覺自己是處在某個真實世界里，學習操作方法、發(fā)現(xiàn)各種問題。VR還能讓人們體會到一些在現(xiàn)實世界中無法直接體會的東西，例如可見光頻段之外的電磁波，以及人類無法生存的惡劣環(huán)境。也可以虛擬出現(xiàn)實世界中不存在的事物，用于娛樂或者鍛煉心理素質(zhì)。

正是因為如此，一些IT巨頭企業(yè)開始將目光投向VR技術(shù)。2016年初美國著名投行高盛發(fā)布的一份報告，詳細分析了VR與AR（增強現(xiàn)實）產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展狀況。根據(jù)市場統(tǒng)計和預(yù)測，許多媒體將2016年稱為VR產(chǎn)業(yè)元年。

和各種新興高技術(shù)產(chǎn)業(yè)一樣，VR不但充滿活力和挑戰(zhàn)，也存在大量有待解決的問題和難題，而且還在不斷產(chǎn)生新的理論和關(guān)鍵技術(shù)問題，早在2008年，趙院士就提出了VR技術(shù)需要進一步研究的10大科學問題。最近，他又提出了7類問題，主要有：各類數(shù)據(jù)的獲取，以及多源數(shù)據(jù)/模型無縫融合；新概念數(shù)據(jù)獲取機制與設(shè)備；非剛體物理建模以及自由交互與實時逼真響應(yīng)；行為、智能與演化模型；模型的可建模性、復(fù)雜性與可信性；真三維顯示與自然化人機交互機制與交互設(shè)備；應(yīng)用效果的評價等。

上述問題的存在，也正是VR技術(shù)、VR產(chǎn)業(yè)進一步發(fā)展前進的方向。趙院士表示，如果上述技術(shù)取得突破，將導(dǎo)致新一代VR+系統(tǒng)的出現(xiàn)，并逐步形成如下新的VR產(chǎn)業(yè)生長點：虛擬現(xiàn)實人機交互設(shè)備產(chǎn)業(yè)；行業(yè)應(yīng)用模擬器、虛擬環(huán)境產(chǎn)業(yè)；虛擬現(xiàn)實平臺軟件與嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)；領(lǐng)域和行業(yè)模型數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)；網(wǎng)絡(luò)、移動終端虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)；虛擬現(xiàn)實服務(wù)產(chǎn)業(yè)。