来源：科学网 www.sciencenet.cn     作者：张文静 
    与“互联网+”一样，虚拟现实技术也是各行业都可以采用并助力自身发展的一项重要技术。如今，虚拟现实＋X（应用领域）成为一种新的发展趋势，虚拟现实技术进入了“+时代”。
    从能够营造梦幻般舞台效果的全息投影技术，到已经走入人们日常生活的虚拟现实头盔，近几年，“虚拟现实”一词越来越引起人们的关注。对于不少普通人来说，对虚拟现实的印象还仅仅停留在娱乐方面，但实际上，在军事、医学、装备制造、智慧城市等诸多领域，虚拟现实技术都大有用武之地。
    在中国工程院院士、虚拟现实技术与系统国家重点实验室主任赵沁平看来，与“互联网+”一样，虚拟现实技术也是各行业都可以采用并助力自身发展的一项重要技术。如今，虚拟现实的基本概念和基本实现方法已经初步形成，并已从技术研究、系统研发发展到多种应用阶段。虚拟现实＋X（应用领域）成为一种新的发展趋势，虚拟现实技术进入了“+时代”。


赵沁平
中国工程院院士
虚拟现实技术与系统国家重点实验室主任
    身临其境的感受
    所谓虚拟现实（Virtual Reality，简称VR），是一种基于可计算信息的沉浸式交互环境。具体来说，就是采用以计算机技术为核心的现代高科技手段，在特定范围内生成逼真的视、听、触觉等一体化的虚拟环境，用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互、相互影响，从而产生亲临真实环境的感受和体验。
    近两年，虚拟现实技术引发了人们的广泛关注，赵沁平认为，这与该领域的两个事件有关。2013年，欧盟委员会宣布将“人脑工程”作为欧盟未来10年的“新兴旗舰技术项目”。同年，美国政府发布“推进创新神经技术脑研究计划”科学项目，也就是人们熟知的“脑计划”。“‘脑计划’实际上就是要通过采集人脑的动静态数据来构造人脑模型，虚拟人脑。”赵沁平说。
    另一个引起大家关注的事件就是，2014年Facebook公司斥资20亿美元收购了虚拟现实技术企业Oculus VR，该公司最著名的产品就是名为Oculus Rift的3D游戏头盔。随后，谷歌、微软等企业开始陆续推出自己的计划，以虚拟现实眼镜、头盔等产品高调介入虚拟现实领域。
    “虽然虚拟现实技术走进公众视野和大众生活是近几年才发生的事，但实际上，早在上世纪60年代，虚拟现实的概念和技术就被提出来了，从上世纪80年代起，发达国家就已经开始研究和发展这项技术。”赵沁平说。
    据赵沁平介绍，当前世界上不少国家都将虚拟现实技术纳入国家科技发展的战略规划当中，其中中国是比较早开始的。“2006年，我国政府发布《国家中长期科学和技术发展规划纲要2006－2020年》，虚拟现实技术即是信息领域优先支持的三大前沿技术之一。紧接着，日本政府在2007年发布了《创新2025科技发展纲要》，将虚拟现实技术列为18个发展方向之一。2008年，美国工程院公布人类21世纪面临的14个重大工程挑战问题，其中就包括虚拟现实技术。2012年，美国又发布2015~2020年8个新兴科学技术群战略，其中有6个涉及到建模、模拟和虚拟的内容。”
    “可见，各个国家试图从两条道路进入虚拟现实领域，一是国家发展战略，另一个是大众生活和消费，从政府到公司，都在抢占虚拟现实领域。”赵沁平说。
    与诸多行业相融合
    随着技术的发展，虚拟现实也在不断步入应用阶段。“这项技术最早进入的就是国家战略相关领域，也就是一些重要行业，比如军事。随后，它开始走入大众生活，大家感受比较深的就是动漫、游戏。现在，虚拟现实技术也在融入互联网，形成‘互联网+虚拟现实’的模式，开始向移动终端应用的方向发展。这也从功能、指标等各方面对虚拟现实技术提出了更高的要求。”赵沁平说道。
    将虚拟现实技术应用于军事领域，最早进行的是美国。“上世纪80年代，美国就开发了Simnet网络，把美国和欧洲一些国家的军事设施和仿真设施用网络连接起来，进行异地的军事训练。”赵沁平介绍说，它可以连接各种各样的飞行器和车辆模拟器，而且即使分隔数千里，两地的驾驶员也可以进行实时交互。
    “后来，美国的陆军、海军和空军利用虚拟战场进行训练，再发展到陆海空三军以虚实结合的方式进行综合训练。”赵沁平说，“最近，美国又开发了军用的虚拟现实头盔。通过侦查手段把整个战场的数据在后台进行处理，然后全部推送到单兵佩戴的头盔上，这样每个士兵都可以看到和了解整个战场的态势。”
    在装备制造领域，虚拟现实技术也有着广泛的应用。早在上世纪90年代，波音777飞机的设计师们就已尝鲜。如果按照传统的图纸设计方式，零件总数高达300万件以上的波音777，需要7000余名各类专业设计人员组成200多个产品综合研制小组同时工作。在规模如此庞大的设计工作中，小组之间的衔接不当、错误率、重复工作等现象时有发生，令人头疼。然而，在虚拟现实的三维模型仿真技术的帮助下，波音777的设计错误修改量较过去减少了90%，研发周期缩短了50%，成本降低了60%。
    “在装备制造领域，目前应用虚拟现实技术更多的是汽车制造业。”赵沁平说，比如，2006年，福特公司将虚拟现实技术用于新车设计，使研发周期和费用大大降低。2014年，宝马公司宣布将推出虚拟现实眼镜，用于智慧维修和沉浸式汽车设计当中。“此外，在医疗、建筑、教育等领域，虚拟现实技术也在发挥着重要的作用。”
    仍有瓶颈需要突破
    虽然，虚拟现实技术与各个行业的结合越来越紧密，但赵沁平认为，要想做到两者的真正融合，目前仍有许多重大技术瓶颈需要突破。
    “包括多源数据或模型无缝融合的困难，还有对象模型不能自由交互或逼真响应。比如在军事领域应用虚拟现实技术，假设击中一架直升机之后，直升机向下掉，是尾巴掉，还是旋翼掉，都要事先建模。那么，如何做到更加真实是摆在我们面前的一个问题。”赵沁平说道，“同时，目前模型的复杂性、可建模性和可信性理论还有待突破。当前的虚拟现实技术能与视觉、听觉、触觉等相结合，但智能化的部分还有所欠缺，人机体感交互还不尽如人意。”
    “新的相关领域技术的发展，会为虚拟现实技术提供新的元素、机会和平台。可穿戴设备、互联网、移动终端应用、大数据应用等新型应用需求的出现，也需要虚拟现实技术提供有力的支撑。”赵沁平认为，随着虚拟现实技术与相关领域技术的不断发展，人机交互设备产业，行业应用模拟器、虚拟环境产业，网络、移动终端虚拟现实产业，虚拟现实平台软件与嵌入式系统产业，虚拟现实服务产业等，都将逐步成为虚拟现实技术产业中新的增长点。
    “总的来说，虽然目前还存在许多有待解决与突破的问题，但虚拟现实是一个充满活力、具有巨大应用前景的高新技术领域。”赵沁平说，“为了提高虚拟现实系统的交互性、逼真性、智能性和沉浸感，我们在新型传感和感知机理、几何与物理建模新方法、高性能计算，特别是高速图形图像处理以及人工智能、心理学、社会学等方面，都还要付出很多努力。”