虚拟现实技术迈入“+”时代

与“互联网+”一样，虚拟现实（Virtual Reality，VR）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”。

VR技术潜力巨大

模拟现实世界的方法有实物仿真、机电仿真、计算机仿真等。实物仿真事例很多，草船借箭就是用稻草人对人进行模拟；军事训练中用木头棍模拟枪械进行拼刺刀训练。计算机诞生后，计算机仿真成为模拟仿真的一个主流技术和方向，早期是模拟机仿真，后来是数字计算机仿真。随着计算机处理能力，特别是计算机图形处理和人机交互能力的大幅度提升，上世纪60年代出现了VR概念。

VR有三个典型特征：一是沉浸感，参与者可以全身心沉浸于计算机生成的三維虚拟环境中；二是交互性，参与者可以通过一些VR交互设备与虚拟环境中的对象进行交互，产生与对应真实环境中的对象进行交互的体验。现在自然交互、体感交互是非常热的研究方向。三是构想性，参与者在虚拟环境中可以激发想象，或者可以构想未来世界和历史世界。

VR技术由于其特点，适合以下几方面应用：一是各行业领域的规划决策，如城市规划，手术规划等；二是设计评价，如在装备制造领域，可以先设计构造虚拟样机，通过对虚拟样机各种性能的评价测试，对设计进行修改；三是训练体验，比如军事训练，以及对航天设备、核设备的维护，可在虚拟装备上进行维护和操作训练；四是文化娱乐等领域的应用。

VR可以从两方面改变我们的世界：一是让我们的发展变得更加科学，先在数字空间进行充分论证，然后再实际实施；二是可以使广大人民群众的生活更加精彩。举一个VR应用的实例。2015年10月，在拉斯维加斯举行的美国民主党总统候选人答辩会上，采用VR进行实时直播，拥有VR观看设备的观众可以现场前排座位观众角度进行观看，获得身临其境的体验。这将是新闻传播发展的趋势。

VR和应用领域的关系，类似于数学和物理。先通过数学理论方法给出一个假说，然后再用物理实验方法对其进行验证。比如爱因斯坦100年前就通过理论和数学预言了引力波的存在，但到100年以后的今天，我们才真正从物理上观测到了引力波。VR应用于各领域可实现先在虚拟环境或虚拟对象上进行研究论证，然后再构造实物或进行实物操作。

目前， VR已进入“+”的发展期。一是VR进入各个行业领域，二是VR进入大众生活，特别是进入互联网应用和移动终端应用。2006年发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》中就把VR列为信息领域优先支持的三个方面之一。《“十三五”国家科技创新规划》中，VR也是一个考虑重点，和大数据、云计算一样，国家会给予继续支持。

VR应用成果瞩目

VR已在许多领域取得引人瞩目的应用成果。面向制造领域，在装备设计、研发过程中，可以采用虚拟样机技术。例如波音公司上世纪90年代初期对波音777飞机中的各种管线布局设计采用VR技术，一次成功。

现在运用VR技术较多的是汽车制造业。近年来，梅赛德斯-奔驰、宝马、丰田等著名汽车公司在新车设计中采用VR技术，首先研发虚拟样车，设计人员在虚拟样车中沉浸式地体验新车性能和舒适感，进而对设计进行改进，大幅度缩短了研发周期，降低了研发成本。

航空航天也是应用VR比较早的领域。我们与中国商用飞机有限责任公司合作研发了大飞机驾驶舱的虚实结合的仪表布局和环境设计系统。驾驶员戴着头盔进行操作，测试飞机仪表布局、色度，起落时的光照是否合适，依此对设计进行调整。

VR在医疗健康领域也极具发展潜力。首先是对人体及人体器官的三维可交互展示。在国家自然科学基金的支持下，北航VR技术与系统国家重点实验室陆续研发了牙科手术模拟器、心血管介入手术模拟器以及腹腔镜手术模拟器，目前正在向产业化方向推进。民政部康复中心已经制定了建设基于VR的康复基地的规划。医疗健康领域将因VR应用而产生重大变革。

基于模拟器的腹腔镜手术与传统开放式手术不同，医生手术不是看着人体器官做，而是通过内窥镜看着屏幕来做手术。这就给虚拟手术、研发手术模拟器带来了机遇。虚拟手术中的人体器官都是通过几何、物理和生理建模得到的高度逼真的数字化器官，医生在这样的器官上进行手术操作，感觉与在真实器官上做手术一样。这样就可以通过虚拟手术模拟器对大夫进行手术培训。还可以采集个性化的病体器官数据，构建个性化病体器官模型，进行具体的手术规划和预演，从而大幅度提升手术效果，对医疗手术带来颠覆性影响。

VR与电子商务的结合，使得消费者不仅能看到商品逼真的三维图像，还可以进行首饰、服装等的试穿、试看。

数字化文化保护与利用是VR的传统应用领域。例如，通过VR技术可以再现历史文化遗产，特别是非物质文化遗产，使得参与者可以穿越时空，体验历史文化。目前，基于VR技术构建的虚拟博物馆和虚拟科技馆已经出现，如虚拟故宫、虚拟圆明园，以及中国科技馆的许多VR科普展品等。

教育领域对VR也有着巨大应用需求。目前的网络教学课件都是文字和图片，无法做实验，通过VR技术可以实现交互式物理、化学等的仿真实验，还有医学教学等各种实验。教育部现已批准建设了200多个虚拟仿真教学中心，支持这方面的发展，相信会对教学方式带来深刻影响。

VR将爆发式增长

近几年，Facebook、微软、谷歌等公司对VR产业的介入，导致VR在产业界和投资界迅速升温。

一些巨头公司通过收购或领投VR创新公司，或自身部署VR研发团队，开始抢占VR产业的制高点，特别是头戴式设备，头盔和眼镜。因为它们是VR的基础设备，是硬件平台，如果在这方面领先的话，就会像苹果手机、高端芯片一样，占领VR产业制高点。

2014年，Facebook以20亿美元收购了Oculus公司，该公司是VR头盔创业公司。头盔有两大类，一类是VR头盔，一类是增强现实AR头盔，两者技术路线不同。2015年，微软宣布推出Microsoft HoloLens全息眼镜；谷歌、阿里巴巴领投数亿美元支持Magic Leap创业公司。2015年，一项颠覆性显示技术得以突破，即光场全息显示，能使虚拟物体看起来完全与现实生活中一样。这一技术将给影视、游戏、商务、旅游和电信等行业带来全新的机会和颠覆性影响。此外，HTC也宣布与Valve联手，推出重量级头盔显示设备Vive，并于2016年4月开始发售。

目前，学术界、企业界、投资界都在对VR发展前景进行预测。2016年年初，美国高盛发布一份报告，详细讨论了VR/AR产业的未来发展状况。高盛认为VR/AR拥有巨大潜力，到2025年VR与AR软硬件营收将达到800亿美元，乐观估计，年营收可达1820亿美元（硬件1100亿美元，软件720亿美元），保守预测，到2025年也会有230亿美元。在标准预期下（800亿美元），2025年VR/AR产业将超过全球平板电脑（630亿美元）和游戏机（140亿美元）。在乐观预期下，到2025年，头盔显示设备等将从小众产品发展成为一种大众通用计算平台，移动性和电池续航问题均会得到解决。1100亿美元的硬件规模与当前笔记本电脑市场规模（1110亿美元）和电视机市场规模（990亿美元）相当。

对于国内VR市场，IDC也给出预测，2016年我国VR设备出货量将达到48万台，同比增长476%，VR产业将迎来爆发式增长。

（本文根据赵沁平院士的公开演讲整理而成，未经本人确认。）