特别策划 | 赵沁平：“虚拟现实+”进入发展期
赵沁平
中国工程院院士、中国科协副主席、教育部教育信息化专家组组长
“虚拟现实+”是各个行业都可以应用的，包括我们的教育。虚拟现实是二三十年以前就出现的一个技术，最近一两年比较火，虚拟现实近两年火起来的原因是由几个事件激发引起。一，2013年美国政府和欧盟相继宣布实施“脑计划”，欲构建人脑模型和虚拟人脑，我国也在制定我们国家的脑计划；二，2014年，Facebook公司宣布斥资20亿美元收购虚拟现实（VR）设备公司Oculus，随后google、微软等大公司接连推出自己的VR头盔显示器，高调宣布进入虚拟现实领域。这意味着发达国家政府和大公司从不同的两条战线开始抢占VR制高点，再次引起了人们对VR技术的关注。
1“虚拟现实+”成为发展趋势
虚拟现实技术发展到现在不是偶然，它是一个发展的过程。一方面，计算技术进入人机物三元融合发展期，VR思维与方法成为人机物三元融合的重要支撑；另一方面，VR技术本身也开始进入VR+发展期，方便推动促进虚拟现实技术的发展；另外，+X，各行业对VR系统新功能与新指标的需求，推动它产生一些实用功能。VR+X的交叉合作，即虚拟现实技术和其它各行业的合作，也有利于推动它的发展，一些虚拟现实和一些相关领域的新技术，比如体感交互、VR交互设备、移动终端和网络新应用等，都对VR技术的发展起到推动作用。
虚拟现实是通过一些设备、装备进行交互，来产生的感受和体验，每一项都有它适合的领域，虚拟现实平台主要适合前期的规划决策、设计评价、训练体验、文化教育等方面的应用。
经过三十多年的发展，VR的基本概念和基本实现方法已初步形成，并在许多行业领域取得可喜的应用成果，成为其发展的新的信息技术支撑平台。VR与+X（应用领域）的关系，类似于数学和物理，VR+成为发展趋势。
对此，各个国家都很重视。比如，2006年，中国政府发布中长期科技发展规划纲要：虚拟现实技术为信息领域优先支持的三大前沿技术之一。2007年，日本政府发布创新2025科技发展规划：虚拟现实技术为十八个方向之一。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，虚拟现实是其中之一。2012年，英国发布2015-2020年8个新兴科学技术群战略报告中6个涉及建模、模拟和虚拟的内容。
2重要技术瓶颈有待突破
“虚拟现实+”已经做到什么程度呢？
许多新技术都是在军事领域开始应用，虚拟现实技术也一样。上世纪八十年代，美国开始投入虚拟现实技术的研发，首先应用于军方，用于虚拟战场环境。之后应用于医学（虚拟手术）、制造业（虚拟样机）等。
虚拟技术在教育领域的应用，国内不少学校部署了虚拟校园，另外，一些学校部署了虚拟教学平台，虚拟课堂等。目前的重点主要在虚拟教学实验方面。比如，化学虚拟实验、工程力学虚拟实验、几何光学虚拟实验。具体来讲，在虚拟教学中，可以面向工科学生进行读图训练；实现真实感教学演示，如晶体分子结构演示、晶体管原理演示、计算机集成制造演示等，能形象地展示它的效果。
然而，现有虚拟现实技术距离VR+期望目标，尚存在若干重大技术瓶颈，主要有如下几方面。
第一，多源数据或者说多源数据建立的模型，相互之间的无缝融合困难，这是一个难题；
第二，对象模型不能自由交互与变拓扑实时逼真响应；
第三，现在大多数模型都是几何的物理的，缺少非几何物理的生理与智能模型；
第四，模型的复杂性、可建模性和可信性理论有待突破；
第五，有限带宽和低计算资源下的图形图像处理低效；
第六，真三维显示、人机体感交互与自然化人机交互设备不如人意，这方面要有很长的路还要走。
另外，相关技术和一些应用，和虚拟现实发展形成了互动，互相推动发展。比如，真三维的显示、可穿戴设备、体感交互和移动终端的应用、新型网络应用、大数据的应用，以及人体科学等领域的应用，都对虚拟现实会有推动和促进的作用。
相关技术和新型应用与虚拟现实发展形成互动，对虚拟现实提出新需求，为虚拟现实提供新元素。比如，新型虚拟现实交互设备，如全息、光塑显示；可穿戴设备与体感交互；移动终端应用；新型网络应用；大数据应用；人体科学等领域应用。
3虚拟现实产业可望形成
上述技术的突破将导致VR+新一代虚拟现实系统的出现，并逐步形成如下新的VR产业。
第一，虚拟现实人机交互设备产业，比如网上实验需要一定的交互设备，鼠标、三维鼠标都是其中的一种类型，而且还会产生新的可以创新的领域，形成人机交互的交互设备产业；
第二，行业应用模拟器、虚拟环境产业，比如飞行模拟器、手术模拟器、军事训练，以及虚拟战场环境，都是行业应用；
第三，虚拟现实领域和行业模型数据产业，比如美国有专门的人体器官虚拟模型系统；
第四，网络、移动终端虚拟现实产业；
第五，虚拟现实平台软件与嵌入式系统产业
第六，虚拟现实服务产业。
相信今后将虚拟现实技术应用于教育领域，也会形成它自己的一些产业。所以，虚拟现实技术目前还是有很大发展前景的，是朝阳的技术领域。未来在航空航天、军事应用、智慧城市、装备制造、医疗健康、移动与网络应用等方面都将是VR+重点发展的领域。
（本文整理自中国工程院院士、中国科协副主席、教育部教育信息化专家组组长赵沁平关于“虚拟现实+”的主题报告）