【大家】赵沁平院士深度解读VR+、VR产业发展新方向
本文刊登于《卫星与网络》杂志2016年3月刊【大家】栏目
原文标题：《虚拟现实：一种全新的社会发展信息技术支撑平台——专访中国工程院院士赵沁平》
作者：贺鹏梓
赵沁平，1970年参加工作，1986年获博士学位。
历任北京航空航天大学计算机系主任、副校长，国务院学位委员会办公室主任，教育部副部长。
2013年当选中国工程院院士。
现任中国科协副主席、中国仿真学会理事长、虚拟现实技术与系统国家重点实验室（北京航空航天大学）主任。
虚拟现实（VR）技术已经有几十年的发展史。早期，由于计算机能力的不足，VR技术的发展相当困难。近年来，随着计算机运算能力的大幅度提升，VR技术得以高速发展，不但在国防、航空航天、工业制造等领域得到越来越广泛的应用，也在个人娱乐等方面进入了消费领域。
可以想见，未来相当长的一段时间里，VR都将是信息产业和信息技术发展的重要领域之一，它的逐步成熟和推广应用，将对经济社会发展和人民生活产生深远的影响。
令人欣喜的是，中国的VR技术与国外相比，基本上处在齐头并进的态势。这要归功于专注VR领域的诸多辛勤耕耘的行业中坚。现任虚拟现实技术与系统国家重点实验室主任的赵沁平院士就是其中一位学术领袖。
新年伊始，本刊记者有幸面见赵沁平院士，就VR技术的发展做了一番讨教。
长久以来，人类就一直在追求模拟仿制真实世界的事物为人所用。“草船借箭”中的稻草人，“纸船明烛照天烧”中的纸船，军队训练拼刺刀用的木枪就是对人、船和枪的简单实物仿真。
VR是一个很时髦的新概念，但是赵院士指出，人类一直在追求模拟仿制真实世界的事物为人所用。“草船借箭”中的稻草人，“纸船明烛照天烧”中的纸船，军队训练拼刺刀用的木枪就是对人、船和枪的简单实物仿真。现代科学技术的发展把人类的这一追求不断推向新的阶段和高度。我们今天所谈的虚拟现实用英文称为“Virtual Reality”（VR）是用计算机而非实物来模拟现实世界。VR是随着计算机技术，特别是计算机图形学和人机交互技术的发展，人们在模拟现实世界方向上达到的最新境界。
有了计算机，人类在模拟现实世界方面就有了全新的强大工具。在用实物模仿真实世界的阶段，人们只能模拟其中很少的一些特征，比如用稻草人来模拟人类的形体。有了计算机技术，就能生成与一定范围真实世界在视、听、触感等方面高度近似的数字化环境，用户借助必要的装备与数字化环境中的对象进行交互作用，相互影响，从而产生亲临相应真实环境的感受和体验。例如我们所熟悉的美国计算机游戏《使命召唤》和国产游戏《光荣使命》。
既然要模拟现实世界，那么从理论上说，VR就应当让人的各种感官都能感受到现实世界的特征，包括视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉和方向感。显然，这其中有着巨大的困难。
其中，真实感图形图像实时绘制是实现VR视觉感知的最重要手段, 是构造虚拟环境的一项核心技术。人们围绕VR视觉进行了大量工作，也取得了显著成就。赵院士领导的团队在视觉、听觉、力、触觉等方面取得了很多成果。但是在味觉、嗅觉方面，世界上还普遍处于摸索阶段，需要更长的时间才能取得实用化的成果。
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＋成为一种新的发展趋势，虚拟现实技术进入了“+时代”。
解答了VR的基本理念之后，赵院士着重强调了VR+。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、系统研发等，发展到多种应用阶段。
上文中讨论的诸多领域，都可以用VR+的理念来推动技术发展和应用推广。所谓“+”，就是把两个领域的内容充分融合。VR+应用领域，就是要把VR变成这个应用领域发展的支撑平台。
通过实现VR+，与国家战略发展相关的国防军事、航空航天、装备制造、智慧城市、公共安全等行业，以及与大众生活密切相关的医疗健康、教育培训、商务消费、文化娱乐、社交旅游等领域将获得全新的信息技术支撑和动力，实现升级换代式发展。
普通人接触VR技术，很多是通过战争主题电子游戏。实际上这与VR技术的重要应用——军事模拟训练——是非常类似的。前文提到的《光荣使命》就有商业和军用两个版本，前者用于大众消费，后者供部队训练之用。
赵院士指出，VR如今不仅可以应用于军事训练，还可以供人们在虚拟人体上进行手术训练和手术规划，可乘虚拟光速航天器在虚拟太空漫游、体验相对论世界，供城市规划、电视节目创意仿真、工程制造、教育等用途。
与传统实物仿真手段相比，VR具有“3I”的特征，即沉浸感、交互性和构想性（Immersion、Interaction、Imagination）。
总体上说，就是要让身处虚拟环境中的人们感觉自己是处在某个真实世界里，学习操作方法、发现各种问题。VR还能让人们体会到一些在现实世界中无法直接体会的东西，例如可见光频段之外的电磁波，以及人类无法生存的恶劣环境。也可以虚拟出现实世界中不存在的事物，用于娱乐或者锻炼心理素质。
正是因为如此，一些IT巨头企业开始将目光投向VR技术。2016年初美国著名投行高盛发布的一份报告，详细分析了VR与AR（增强现实）产业的未来发展状况。根据市场统计和预测，许多媒体将2016年称为VR产业元年。
技术突破将导致各行业VR+ 系统的出现，导致有关行业产业的新发展；随着VR设备性能的不断提高和价格的降低，会带来VR大众消费的爆发式发展，并逐步形成如下新的VR产业生长点：虚拟现实人机交互设备产业；行业应用模拟器、虚拟环境产业；虚拟现实平台软件与嵌入式系统产业；领域和行业模型数据产业；网络、移动终端虚拟现实产业；虚拟现实服务产业。
和各种新兴高技术产业一样，VR不但充满活力和挑战，也存在大量有待解决的问题和难题，而且还在不断产生新的理论和关键技术问题，早在2008年，赵院士就提出了VR技术需要进一步研究的10大科学问题。最近，他又提出了7类问题，主要有：各类数据的获取，以及多源数据/模型无缝融合；新概念数据获取机制与设备；非刚体物理建模以及自由交互与实时逼真响应；行为、智能与演化模型；模型的可建模性、复杂性与可信性；真三维显示与自然化人机交互机制与交互设备；应用效果的评价等。
上述问题的存在，也正是VR技术、VR产业进一步发展前进的方向。赵院士表示，如果上述技术取得突破，将导致新一代VR+系统的出现，并逐步形成如下新的VR产业生长点：虚拟现实人机交互设备产业；行业应用模拟器、虚拟环境产业；虚拟现实平台软件与嵌入式系统产业；领域和行业模型数据产业；网络、移动终端虚拟现实产业；虚拟现实服务产业。
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