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郝振�。和緜�，朋友們，大家上午好。給大家拜一個(gè)晚年，再拜一個(gè)早節，明天就是元宵節了。今天是2016年第2期，總排序第82期中央和國家機關(guān)“強素質(zhì)·作表率”讀書(shū)活動(dòng)主題講壇，我們?yōu)榇蠹已埖街袊こ淘涸菏�、中國科協(xié)副主席、北京航空航天大學(xué)教授、中國仿真學(xué)會(huì )理事長(cháng)、虛擬現實(shí)技術(shù)與系統國家重點(diǎn)實(shí)驗室主任趙沁平教授，大家歡迎他！趙沁平教授曾擔任教育部副部長(cháng)，長(cháng)期從事計算機軟件、虛擬現實(shí)技術(shù)等方向的科研工作，主持完成了國家自然科學(xué)基金，國家863計劃、973計劃，國家科技預研等二十余項國家科技重點(diǎn)計劃項目。在我國，他最早開(kāi)發(fā)建立了分布式的虛擬環(huán)境，他帶領(lǐng)團隊研制了實(shí)時(shí)三維圖形平臺，分布交互仿真應用程序運行平臺等虛擬現實(shí)的基礎軟件，特別是他組織開(kāi)發(fā)了戰術(shù)指揮模擬訓練系統、虛擬融合的飛機駕駛艙設計評估系統、機械裝置拆裝維護訓練系統、北京奧運會(huì )開(kāi)幕式節目創(chuàng )意仿真與流程監控系統、建國60周年國慶閱兵方案三維推演和決策系統。他是國家虛擬現實(shí)技術(shù)的頂級領(lǐng)軍人才。今天國家新聞出版廣電總局黨組成員、副局長(cháng)孫壽山同志和吳尚之同志來(lái)到現場(chǎng)，和我們一起聆聽(tīng)趙教授的主題演講。
今天趙教授演講的題目是《虛擬現實(shí)+》，講這個(gè)題目，一方面是考慮到虛擬現實(shí)技術(shù)在生活中出現得越來(lái)越多，包括今年地壇廟會(huì )上都掛了一個(gè)牌子，寫(xiě)著(zhù)“虛擬現實(shí)”。但是我們對它并不清楚，如虛擬現實(shí)技術(shù)的內涵和外延，產(chǎn)生和發(fā)展的來(lái)龍去脈，虛擬現實(shí)技術(shù)如何影響我們的生產(chǎn)生活，及其未來(lái)的發(fā)展趨勢等等，都是我們需要了解的。在座的同志可能對虛擬現實(shí)技術(shù)及其應用還不十分了解，實(shí)際上在軍事、醫學(xué)、航空航天、智慧城市等諸多領(lǐng)域，虛擬現實(shí)技術(shù)大有用武之地。另一方面，從國家層面來(lái)講，虛擬現實(shí)技術(shù)正在全面進(jìn)入國家發(fā)展戰略，成為各行各業(yè)科學(xué)發(fā)展新的信息技術(shù)支撐平臺，虛擬現實(shí)+成為發(fā)展趨勢。同時(shí)還要再說(shuō)一句，從世界范圍來(lái)看，虛擬現實(shí)技術(shù)已經(jīng)成為國際間競爭激烈的高科技領(lǐng)域，成為硬實(shí)力的重要內容，成為軟實(shí)力的重要依托。趙教授曾說(shuō)，虛擬現實(shí)與各行業(yè)的關(guān)系類(lèi)似于數學(xué)和物理，將成為人難以區分的真實(shí)和虛擬兩個(gè)世界，或者是虛實(shí)混合的新世界�，F在讓我們請趙教授開(kāi)講，請他給我們講解虛擬現實(shí)的神奇和奧妙。歡迎趙教授！
尊敬的各位領(lǐng)導，各位朋友，感謝中央和國家機關(guān)“強素質(zhì)·作表率”讀書(shū)活動(dòng)給我這樣一個(gè)機會(huì )，也感謝主持人對我剛才的介紹。
我今天和大家共同探討的主題是虛擬現實(shí)+，為什么是虛擬現實(shí)+？互聯(lián)網(wǎng)+大家已耳熟能詳，也就是各行各業(yè)都可以利用互聯(lián)網(wǎng)這一現代信息支撐平臺創(chuàng )新和發(fā)展自身的業(yè)務(wù)。虛擬現實(shí)技術(shù)也是一個(gè)可以對各行業(yè)和各領(lǐng)域發(fā)展給予支撐的新的信息技術(shù)支撐平臺，在座各位所在的部門(mén)、領(lǐng)域都可以應用虛擬現實(shí)技術(shù)，因此稱(chēng)其為虛擬現實(shí)+。
下面，我從虛擬現實(shí)（Virtual Reality，VR）是什么，它能做什么，以后的趨勢是什么，這幾個(gè)方面給大家進(jìn)行介紹。由于VR應用極具可視性，所以我盡可能通過(guò)VR在一些行業(yè)中的應用實(shí)例給大家介紹和展示。
一、虛擬現實(shí)是什么
VR的目標是以計算機技術(shù)為核心，結合其他相關(guān)科學(xué)技術(shù)，生成一個(gè)與一定現實(shí)世界在視、聽(tīng)、觸覺(jué)等方面高度近似的數字化環(huán)境，人們可以通過(guò)一些交互設備與數字化環(huán)境進(jìn)行交互，能夠產(chǎn)生親臨該現實(shí)世界的體驗。
模擬現實(shí)世界是人類(lèi)自古以來(lái)就有的夢(mèng)想，VR就是隨著(zhù)計算機技術(shù)，特別是計算機圖形學(xué)和人機交互技術(shù)等的發(fā)展，人類(lèi)在模擬現實(shí)世界方向上達到的最新境界。仿真大家都聽(tīng)說(shuō)過(guò)，傳統仿真可以說(shuō)是數值仿真，VR則是圖形仿真，當然現在的趨勢是兩者結合。
模擬現實(shí)世界的方法有實(shí)物仿真、機電仿真、計算機仿真等。實(shí)物仿真事例很多，草船借箭就是用稻草人對人進(jìn)行模擬；軍事訓練中用木頭棍模擬槍械進(jìn)行拼刺刀訓練等。計算機誕生以后，計算機仿真成為模擬仿真的一個(gè)主流技術(shù)和方向，早期是模擬機仿真，后來(lái)是數字計算機仿真。隨著(zhù)計算機處理能力，特別是計算機圖形處理和人機交互能力的大幅度提升，上世紀60年代出現了VR的概念。
VR有三個(gè)典型的特征：一是沉浸感，參與者可以全身心沉浸于計算機生成的三維虛擬環(huán)境中；二是交互性，參與者可以通過(guò)一些VR交互設備和虛擬環(huán)境中的對象進(jìn)行交互，產(chǎn)生與對應真實(shí)環(huán)境中的對象進(jìn)行交互的體驗�，F在自然交互、體感交互是非常熱的一個(gè)研究方向。三是構想性，參與者在虛擬環(huán)境中可以激發(fā)想象，或者可以構想未來(lái)世界和歷史世界。
每一項科學(xué)技術(shù)都有其特定的作用，都有適合它的應用領(lǐng)域。VR技術(shù)由于其特點(diǎn)，適合于如下幾個(gè)方面應用：一是各行業(yè)領(lǐng)域的規劃決策，比如城市規劃，手術(shù)規劃等；二是設計評價(jià)，比如在裝備制造領(lǐng)域，可以先設計構造虛擬樣機，通過(guò)對虛擬樣機各種性能的評價(jià)測試，對設計進(jìn)行修改；三是訓練體驗，比如軍事訓練，以及對航天設備、核設備的維護，可以在虛擬的裝備上進(jìn)行維護和操作訓練；四是文化娛樂(lè )等領(lǐng)域的應用。在座的各位對VR在這一領(lǐng)域的應用可能體驗得比較多。
VR可以從兩個(gè)方面改變我們的世界：一是讓我們的發(fā)展變得更加科學(xué)，先在數字空間進(jìn)行充分論證，然后再實(shí)際實(shí)施；二是可以使廣大人民群眾的生活更加精彩。
上世紀60年代，國外出現對VR技術(shù)的科學(xué)研究，我本人于上世紀90年代初期開(kāi)始VR技術(shù)研究，是國內最早的。最近幾年VR比較火爆。2015年習主席訪(fǎng)美和訪(fǎng)英時(shí)都參觀(guān)了VR技術(shù)展示，如微軟即將發(fā)布的VR頭盔眼鏡。另一個(gè)實(shí)例是2015年10月，美國在拉斯維加斯舉行的民主黨總統候選人辯論會(huì )，用VR技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)直播，擁有VR觀(guān)看設備的觀(guān)眾可以看到現場(chǎng)的兩個(gè)人，并且可以選擇觀(guān)看的角度。這將是新聞傳播發(fā)展的趨勢，可以由用戶(hù)選擇內容、選擇觀(guān)看角度，而且可以把線(xiàn)上和相關(guān)的場(chǎng)景進(jìn)行統籌，聯(lián)結在一起。
經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，可以說(shuō)VR在許多領(lǐng)域取得了引人矚目的應用成果。最早是在軍事方面，軍事領(lǐng)域是應用VR技術(shù)最早，也是目前應用最多、取得明顯成效的領(lǐng)域。還有航空航天、裝備制造、醫療健康、動(dòng)漫游戲等。專(zhuān)家們普遍認為，VR和其應用領(lǐng)域的關(guān)系，類(lèi)似于數學(xué)和物理。先通過(guò)數學(xué)理論方法給出一個(gè)假說(shuō)，然后再用物理實(shí)驗方法對其進(jìn)行驗證。比如愛(ài)因斯坦100年前就通過(guò)理論和數學(xué)預言了引力波的存在，但到100年以后的今天，我們才真正從物理上觀(guān)測到了引力波。各領(lǐng)域應用可以先在虛擬環(huán)境或虛擬對象上進(jìn)行研究論證，然后再構造實(shí)物或進(jìn)行實(shí)物操作。VR+將成為一個(gè)發(fā)展趨勢。
最近幾年由于一些巨頭公司，如臉譜、微軟、谷歌、三星等對VR產(chǎn)業(yè)的介入，導致VR在產(chǎn)業(yè)界和投資界迅速升溫，許多媒體都將2016年稱(chēng)為VR產(chǎn)業(yè)發(fā)展的元年。
VR進(jìn)入+的發(fā)展期，主要體現在兩方面。一是VR進(jìn)入各個(gè)行業(yè)，二是進(jìn)入大眾生活，特別是進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)應用和移動(dòng)終端應用。2006年國家頒布的中長(cháng)期科技發(fā)展規劃綱要中，就把VR列為信息領(lǐng)域優(yōu)先支持的三個(gè)方面之一。新的“十三五”科技規劃中，VR也是一個(gè)考慮的重點(diǎn)，和大數據、云計算等一樣，國家會(huì )給予繼續支持。
近兩年，一些巨頭公司通過(guò)收購或領(lǐng)投VR創(chuàng )新公司，或者自身部署VR研發(fā)團隊，開(kāi)始搶占VR產(chǎn)業(yè)的制高點(diǎn)，特別是頭戴式設備，頭盔和眼鏡，因為它們是VR的基礎設備，是硬件平臺，如果在這方面領(lǐng)先的話(huà)，就會(huì )像蘋(píng)果手機、高端芯片一樣，可以形成壟斷，從而占領(lǐng)VR產(chǎn)業(yè)制高點(diǎn)。但更重要的是內容，光有顯示設備，沒(méi)有內容是沒(méi)用的。
2014年臉譜公司用20億美元收購了Oculus公司，這個(gè)公司是VR頭盔創(chuàng )業(yè)公司。頭盔有兩大類(lèi)，一類(lèi)是VR頭盔，一類(lèi)是增強現實(shí)AR頭盔，兩者技術(shù)路線(xiàn)不同。2015年微軟宣布要推出Microsoft HoloLens全息眼鏡。還有谷歌、阿里巴巴領(lǐng)投數億美元支持Magic Leap創(chuàng )業(yè)公司，在2015年突破一項顛覆性顯示技術(shù)，即光場(chǎng)全息顯示，能使虛擬物體看起來(lái)完全與現實(shí)生活中一樣。這一技術(shù)將給影視、游戲、商務(wù)、旅游和電信等行業(yè)帶來(lái)全新的機會(huì )和顛覆性影響。HTC宣布與Valve聯(lián)手，推出重量級頭盔顯示設備Vive，并將于2016年4月發(fā)售。
現在學(xué)術(shù)界、企業(yè)界、投資界都在對VR的發(fā)展前景進(jìn)行預測。2016年初美國著(zhù)名投行高盛發(fā)布一份報告，詳細討論了VR/AR產(chǎn)業(yè)的未來(lái)發(fā)展狀況。高盛認為VR/AR擁有巨大潛力，到2025年VR與AR軟硬件營(yíng)收將達到800億美元，樂(lè )觀(guān)估計，年營(yíng)收可達1820億美元(硬件1100億美元，軟件720億美元)，保守預測，到2025年也會(huì )有230億美元。在標準預期下（800億美元），2025年VR/AR產(chǎn)業(yè)將超過(guò)全球平板電腦（630億美元）和游戲機（140億美元）。在樂(lè )觀(guān)預期下，到2025年，頭盔顯示設備等將從小眾產(chǎn)品發(fā)展成為一種大眾通用計算平臺，移動(dòng)性和電池續航問(wèn)題均會(huì )得到解決。1100億美元的硬件規模與當前筆記本電腦市場(chǎng)規模(1110億美元)和電視機市場(chǎng)規模(990億美元)相當。信息技術(shù)及科技咨詢(xún)公司IDC預測，2016年我國VR設備出貨量將達到48萬(wàn)臺，同比增長(cháng)476%，VR產(chǎn)業(yè)將迎來(lái)爆發(fā)式增長(cháng)。
二、虛擬現實(shí)的應用及現狀
前面講了VR+將成為一個(gè)發(fā)展趨勢。下面對VR在有關(guān)領(lǐng)域的應用現狀，以及我國可以達到的技術(shù)水平，給各位領(lǐng)導進(jìn)行展示和介紹。
1.軍事領(lǐng)域。很多科學(xué)技術(shù)都是首先在軍事領(lǐng)域得到應用，包括VR技術(shù)。美國上世紀80年代初研發(fā)了一個(gè)著(zhù)名的系統SIMNET，將分布在美國和英、德的飛機、坦克模擬器通過(guò)遠程網(wǎng)絡(luò )連接在一起，構成分布式虛擬戰場(chǎng)環(huán)境，進(jìn)行異地的軍事訓練。此后又持續開(kāi)發(fā)了各軍兵種和綜合化的VR軍事訓練系統JSIMS、JMASS、STOW和WARSIM2000等，并形成了支持分布交互仿真的IEEE DIS標準。2014年，美國DARPA在五角大樓的公眾開(kāi)放日展示中，演示了未來(lái)網(wǎng)絡(luò )戰爭和機器人戰場(chǎng)計劃中的士兵增強現實(shí)感知技術(shù)，作戰人員在戰場(chǎng)上通過(guò)頭戴設備可以看到整個(gè)戰場(chǎng)態(tài)勢，分辨敵軍我軍，以及接受作戰指令等。軍事仿真訓練的優(yōu)勢，是可以構造任何作戰地形環(huán)境和作戰目標，并節約大量經(jīng)費。美軍目前40%的軍事訓練是在VR/AR環(huán)境下進(jìn)行的。
下面演示的是導彈發(fā)射，與游戲不同，導彈的軌道都是根據物理和動(dòng)力學(xué)計算出來(lái)的。
2.制造領(lǐng)域。在裝備設計、研發(fā)過(guò)程中，可以采用虛擬樣機技術(shù)。波音公司上世紀90年代初期對波音777飛機中的各種管線(xiàn)布局設計采用VR技術(shù)，一次成功。
現在運用VR技術(shù)比較多的是汽車(chē)制造業(yè)。近年來(lái)梅賽德斯-奔馳、寶馬、豐田等著(zhù)名汽車(chē)公司在新車(chē)設計中采用VR技術(shù)，首先研發(fā)虛擬樣車(chē)，設計人員在虛擬樣車(chē)中沉浸式地體驗新車(chē)性能和舒適感，進(jìn)而對設計進(jìn)行改進(jìn)，大幅度縮短了研發(fā)周期，降低了研發(fā)成本。
下面是寶馬采用增強現實(shí)技術(shù)對車(chē)輛進(jìn)行拆裝維護引導的一個(gè)概念性實(shí)例。
現在建筑行業(yè)也在開(kāi)發(fā)應用VR，可以將建筑效果和整個(gè)施工全過(guò)程完全三維化地呈現給甲方，而且和建筑結構設計相結合，進(jìn)行沉浸式體驗式設計，對建筑設計帶來(lái)重大影響。
3.航空航天領(lǐng)域。航空航天領(lǐng)域應用VR也比較早。我們與中國商飛合作研發(fā)了大飛機駕駛艙的虛實(shí)結合的儀表布局和環(huán)境設計系統。駕駛員戴著(zhù)頭盔進(jìn)行操作，測試飛機儀表布局、色度，起落時(shí)的光照是不是合適，依此對設計進(jìn)行調整。
4.醫療健康領(lǐng)域。VR在醫療健康領(lǐng)域極具發(fā)展潛力。首先是對人體及人體器官的三維可交互展示。在國家自然科學(xué)基金的支持下，北航VR技術(shù)與系統國家重點(diǎn)實(shí)驗室陸續研發(fā)了牙科手術(shù)模擬器、心血管介入手術(shù)模擬器以及腹腔鏡手術(shù)模擬器，目前正在向產(chǎn)業(yè)化方向推進(jìn)。民政部康復中心制定了建設基于VR的康復基地的規劃。我國一些醫療健康領(lǐng)域的企業(yè)，如天津的天堰公司等，也開(kāi)始關(guān)注和部署開(kāi)發(fā)相關(guān)的VR產(chǎn)品。醫療健康領(lǐng)域將因VR應用而產(chǎn)生重大變革。
下面演示的是腹腔鏡手術(shù)，與傳統開(kāi)放式手術(shù)不同，醫生手術(shù)不是看著(zhù)人體器官做，而是通過(guò)內窺鏡看著(zhù)屏幕來(lái)做手術(shù)。這樣就給虛擬手術(shù)，研發(fā)手術(shù)模擬器帶來(lái)了機遇。虛擬手術(shù)中的人體器官都是通過(guò)幾何、物理和生理建模得到的高度逼真的數字化器官，醫生在這樣的器官上進(jìn)行手術(shù)操作，感覺(jué)與在真實(shí)器官上做手術(shù)一樣。這樣就可以通過(guò)虛擬手術(shù)模擬器對大夫進(jìn)行手術(shù)培訓。還可以采集個(gè)性化的病體器官數據，構建個(gè)性化病體器官模型，進(jìn)行具體的手術(shù)規劃和預演，從而大幅度提升手術(shù)效果，對醫療手術(shù)帶來(lái)顛覆性影響。
康復訓練也是VR可以發(fā)揮作用的領(lǐng)域，例如構造虛擬環(huán)境治療恐高癥、自閉癥，進(jìn)行肢體的康復鍛煉等；美國通過(guò)構造的特定虛擬環(huán)境，對戰后士兵的心理疾病進(jìn)行治療。
5.安防領(lǐng)域�，F在我國有二三千萬(wàn)個(gè)視頻監控攝像頭，北京市有幾十萬(wàn)個(gè)。目前都是由人來(lái)監視，由于視角有限，畫(huà)面多，需不斷切換，因此很容易疲勞，而且看不到場(chǎng)景整體情況。我們研發(fā)了虛實(shí)融合的監控系統，把監控區域視頻圖像與周邊虛擬環(huán)境融合在一起，也可以把相鄰監控區域的視頻無(wú)縫融合，提升了監控系統的性能、功能和適人化水平。
6.電子商務(wù)。目前在電子商務(wù)方面，比如在淘寶網(wǎng)上，主要展示的是商品的二維圖片。通過(guò)VR技術(shù)，不但可以看到商品的逼真的三維形象，還可以進(jìn)行首飾、服裝等的試穿、試看。
下面看一個(gè)三維鞋的實(shí)例，這是我們采用圖像建模技術(shù)構建的一款女鞋，可以從各個(gè)角度觀(guān)賞鞋子。
下面展示的是一個(gè)VR家裝設計與體驗系統�？梢猿两降剡x擇體驗不同的壁紙、地板等裝飾材料和圖案，以及家具的擺放效果。很顯然VR技術(shù)將對這一產(chǎn)業(yè)帶來(lái)巨大影響。
7.體育領(lǐng)域。下面展示的是一個(gè)籃球比賽解說(shuō)、訓練的VR概念演示。整個(gè)比賽場(chǎng)景、過(guò)程都是立體全息的，大家可以想象它在未來(lái)的影響會(huì )有多大。
8.文化保護與利用。數字化文化保護與利用是VR技術(shù)的傳統應用領(lǐng)域。下面是使用VR建模與繪制技術(shù)數字化的玉龍，半透明，有通透感，和實(shí)際的玉龍幾乎完全一樣。
這里再給大家展示一下我們構建的三維虛擬束河古鎮，參與者可以隨意漫游觀(guān)賞景點(diǎn)，還可以把景點(diǎn)和當地文化相結合進(jìn)行展示，參與者既可游覽景點(diǎn)，又可了解體驗當地風(fēng)俗、文化。
通過(guò)VR技術(shù)可以再現歷史文化遺產(chǎn)，特別是非物質(zhì)文化遺產(chǎn)，使得參與者可以穿越時(shí)空，體驗歷史文化。下面是我們根據歷史典籍記載復原的我國古代的禮射和五禽戲。
北航和北師大文字學(xué)家合作，通過(guò)動(dòng)畫(huà)將漢字從甲骨文到現代楷書(shū)的整個(gè)演化過(guò)程形象地呈現出來(lái)，并通過(guò)音視頻結合解說(shuō)構字的含義，使大家對漢字有更深刻的了解。這里采用的技術(shù)與VR關(guān)系不大，但因其頗具知識性和觀(guān)賞性，所以也推薦給大家，特別是可以讓自己的孩子們看看。
基于VR技術(shù)構建的虛擬博物館和虛擬科技館，想來(lái)大家已見(jiàn)過(guò)不少，如虛擬故宮、虛擬圓明園，以及中國科技館的許多VR科普展品等。
9.教育領(lǐng)域。教育領(lǐng)域對VR有巨大應用需求。目前的網(wǎng)絡(luò )教育課件都是文字和圖片，無(wú)法做實(shí)驗，通過(guò)VR技術(shù)可以實(shí)現交互式物理、化學(xué)等的仿真實(shí)驗，還有醫學(xué)教學(xué)等各種實(shí)驗。教育部批準建設了200多個(gè)虛擬仿真教學(xué)中心，支持這方面的發(fā)展，相信會(huì )對教學(xué)方式帶來(lái)深刻影響。
剛才把VR在一些主要領(lǐng)域的應用，通過(guò)視頻實(shí)例給大家做了概要介紹。我1993年在北航創(chuàng )建了VR研究室，開(kāi)始進(jìn)行VR技術(shù)研究，2007年由科技部批準成為VR技術(shù)與系統國家重點(diǎn)實(shí)驗室，是國內目前唯一專(zhuān)門(mén)從事VR研究的國家重點(diǎn)實(shí)驗室。
我們早期主要研發(fā)虛擬戰場(chǎng)環(huán)境，后來(lái)與北京軍區合作，研發(fā)了陸軍指揮訓練系統，用于指揮訓練，可以節省大量經(jīng)費。同時(shí)，我們開(kāi)發(fā)了一些有影響的VR應用系統，如北京奧運會(huì )開(kāi)閉幕式節目仿真系統。利用VR技術(shù)將節目創(chuàng )意方案全部三維數字化建模實(shí)現，導演組可以看到逼真的節目效果，從而進(jìn)行節目的遴選決策。下面給大家展示的是奧運五環(huán)。如果沒(méi)有VR技術(shù)的支撐，將耗費大量時(shí)間和經(jīng)費。這些節目仿真所采用的圖形工具，是我們自己研制的實(shí)時(shí)三維圖形平臺，該系統獲得了國家科技進(jìn)步一等獎。
下面給大家看一下我們?yōu)榭箲饎倮?0周年閱兵所制作的推演展示系統，提供給閱兵總指揮部向中央領(lǐng)導同志匯報、決策。
三、虛擬現實(shí)系統的實(shí)現技術(shù)與發(fā)展趨勢
下面簡(jiǎn)要介紹VR系統的實(shí)現技術(shù)。
實(shí)現一個(gè)VR系統，大體需要三方面的技術(shù)，即：建模、表現與交互。
首先是現實(shí)世界的對象在計算機數字空間的表示問(wèn)題，也就是建模。建模需要通過(guò)數學(xué)、物理，以及各種數字化方法將現實(shí)世界中的對象、對象之間的關(guān)系、相互作用及動(dòng)態(tài)變化所遵循的規律，映射為數字空間中的各種動(dòng)靜態(tài)數據表示。建模方法與所要模擬的對象類(lèi)有關(guān)，也與應用領(lǐng)域密切相關(guān)。針對所要模擬對象的不同方面，建模方法分為幾何外觀(guān)建模、基于物理的建模、行為建模和虛實(shí)融合建模等。由于現實(shí)世界形態(tài)的復雜性、發(fā)展的無(wú)限性，以及人類(lèi)認識世界的局限性，使得建模成為VR領(lǐng)域永恒的研究方向。
第二類(lèi)問(wèn)題是虛擬環(huán)境對象的表現,包括視、聽(tīng)、觸/力、嗅/味等的表現。VR表現技術(shù)將虛擬環(huán)境中的各種對象模型通過(guò)不同的表現方法、算法渲染在表現設備上，以沉浸方式呈現給用戶(hù)。表現方法和對象模型及表現設備直接相關(guān)。表現設備，如頭盔、真三維顯示、力反饋操縱和觸覺(jué)數據手套等都在不斷發(fā)展，因此，這也是一個(gè)無(wú)窮盡的問(wèn)題領(lǐng)域。
第三類(lèi)問(wèn)題是人對虛擬環(huán)境中對象的操作,以及虛擬環(huán)境對象對現實(shí)世界的作用，也就是VR人機交互問(wèn)題，主要涉及人或外部世界與虛擬環(huán)境之間互相作用的信息交換方式與人機交互設備。自然人機交互是目前的一個(gè)研究熱點(diǎn)。
VR大體上有如下幾個(gè)發(fā)展趨勢，首先VR將會(huì )與AI（人工智能）技術(shù)結合，使其特征由3I成為4IE，即VR系統會(huì )具有智能（Intelligent）和自我演進(jìn)演化（Evolution）特征；在VR建模技術(shù)方面會(huì )從目前以幾何、物理建模為主，向幾何、物理、生理、行為、智能建模發(fā)展；在交互技術(shù)與設備方面會(huì )出現一些顛覆性技術(shù)，如光場(chǎng)全息顯示、實(shí)時(shí)同聲翻譯、觸感溫濕感交互和味覺(jué)等。
現有VR系統距離VR+的期望目標，尚存在若干重大技術(shù)瓶頸，例如：各類(lèi)數據的獲取，以及多源數據/模型無(wú)縫融合，新概念數據獲取機制與設備，非剛體物理建模，以及自由交互與實(shí)時(shí)逼真響應，行為、智能與演化模型，模型的可建模性、復雜性與可信性，真三維顯示與自然化人機交互機制與交互設備，應用效果的評價(jià)等。
VR技術(shù)的發(fā)展可以給許多行業(yè)帶來(lái)升級換代式發(fā)展，如航空航天、國防軍事、裝備制造、智慧城市、醫療健康、公共安全、文化教育等；會(huì )對許多產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生顛覆性影響，如影視、游戲、旅游、商務(wù)、社交網(wǎng)絡(luò )等，同時(shí)可望形成新型的VR產(chǎn)業(yè)生長(cháng)點(diǎn)，如VR人機交互設備產(chǎn)業(yè)，行業(yè)應用模擬器、虛擬環(huán)境產(chǎn)業(yè)，VR平臺軟件與嵌入式系統產(chǎn)業(yè)，領(lǐng)域和行業(yè)模型數據產(chǎn)業(yè)，網(wǎng)絡(luò )、移動(dòng)終端VR產(chǎn)業(yè)和VR服務(wù)產(chǎn)業(yè)等。
我的報告到此結束，謝謝大家！
主持人：下面我代表在座的各位對趙沁平教授的主題演講作簡(jiǎn)單梳理。
今天的演講有三個(gè)要點(diǎn)。第一點(diǎn)，趙教授回答了什么是虛擬現實(shí)技術(shù)的問(wèn)題。他一開(kāi)始給了我們一個(gè)準確的定義，虛擬現實(shí)技術(shù)就是采用以計算機技術(shù)為核心的現代高科技手段，在特定的范圍內生成逼真的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)一體化的虛擬環(huán)境，用戶(hù)借助必要的方式與虛擬環(huán)境的對象進(jìn)行交互作用、相互影響，產(chǎn)生一種親臨真實(shí)環(huán)境的感受和體驗。然后他講到虛擬現實(shí)沉浸感、交互性、構想性的特征，講到其進(jìn)一步發(fā)展是加強性。我們是否可以將之理解為一種計算機與人之間“道高一尺，魔高一丈”的相互推進(jìn)的關(guān)系，人發(fā)明了計算機（電腦），電腦是人腦的延伸和拓展，但是人并不滿(mǎn)足于對人腦的延伸，也不滿(mǎn)足于對視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)的延伸，而是要借助計算機，構建更豐富的觸覺(jué)、視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)，甚至是味覺(jué)，因此虛擬現實(shí)就形成了。這反映了人類(lèi)總是有所發(fā)現和發(fā)明，總要創(chuàng )造、前進(jìn)的歷史必然性，而這種必然性不限于一種產(chǎn)業(yè)，所以有了虛擬現實(shí)+的方法論的價(jià)值和意義。這里面有哲學(xué)意義。人類(lèi)認知世界，其感官會(huì )有局限，但是人類(lèi)通過(guò)科技手段，可以實(shí)現無(wú)限性。從這個(gè)意義上講，我們甚至可以說(shuō)，關(guān)于真理的相對性是絕對的，關(guān)于真理的絕對性是相對的。
第二點(diǎn)，趙教授告訴我們虛擬現實(shí)技術(shù)有巨大的生產(chǎn)力效益，因為它使得我們對事物的認識和掌控更加精確化、更加純粹化，最大限度地排除了那種自然性的風(fēng)險。比如在未來(lái)做心臟手術(shù)，可以先不直接到人體上、動(dòng)物上練習，而是通過(guò)虛擬手段練習，這就可以把手術(shù)風(fēng)險降到最低。咱們過(guò)去說(shuō)“真的假不了，假的真不了”，但是趙教授講的虛擬現實(shí)技術(shù)卻讓人感覺(jué)“假的就是真的”。特別是虛擬現實(shí)技術(shù)在很多方面的應用，如軍事、航天、醫療、非文化遺產(chǎn)保護方面。趙教授之前曾經(jīng)介紹過(guò)，一架大飛機的研制有七千多個(gè)技術(shù)攻關(guān)小組，怎么防止他們不撞車(chē)、減少撞車(chē)，怎么減少設計的誤差量，都需要協(xié)調。完美的技術(shù)可以減少90%的誤差量，可以縮短50%的生產(chǎn)周期，可以減少50%的生產(chǎn)成本。所以從這個(gè)角度講，虛擬現實(shí)技術(shù)對于生產(chǎn)成本的節約，對于提高大型活動(dòng)的精準度有很大的作用。
第三點(diǎn)，未來(lái)的發(fā)展趨勢。趙教授講到了虛擬現實(shí)的技術(shù)趨勢、產(chǎn)業(yè)趨勢，包括其重點(diǎn)領(lǐng)域。在技術(shù)趨勢方面，我感覺(jué)趙教授講的建模的問(wèn)題、表現的問(wèn)題、交互的問(wèn)題，由于時(shí)間關(guān)系，并沒(méi)有展開(kāi)，但是技術(shù)趨勢是肯定的。同時(shí)他講到產(chǎn)業(yè)趨勢，我記住一點(diǎn)，叫顛覆性技術(shù)、爆炸性產(chǎn)業(yè)。講到重點(diǎn)領(lǐng)域，一個(gè)是國家科技發(fā)展戰略，一個(gè)是大眾的生活需求，這使在座的各位深切感覺(jué)到壓力、自信、動(dòng)力。壓力就是我們在某些技術(shù)方面并不落后，但是從產(chǎn)業(yè)和企業(yè)的角度上看，則有很大的差距，虛擬現實(shí)技術(shù)研發(fā)公司更早、更多的是在發(fā)達國家。自信是在我國中長(cháng)期科技發(fā)展綱要中也把虛擬現實(shí)技術(shù)放在重要的位置，我們對其的研發(fā)也有了一定的基礎和規模。動(dòng)力在于我們應該更加清醒地認識到，實(shí)現中華民族的科技復興，虛擬現實(shí)技術(shù)是一個(gè)十分重大而又十分緊迫的領(lǐng)域。
趙教授作為我國虛擬現實(shí)技術(shù)研究領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物和帶頭人，他的演講內容豐富，文理兼備，富有魅力，使我們享受了一次技術(shù)的盛宴、思想的盛宴。讓我們再一次對趙教授豐富、精彩的演講表示衷心的感謝。
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