虚拟现实的昨天、今天和明天

金小刚 唐祥峻

虚拟现实技术经过长期的发展和积累，产业结构不断完善，产业布局初步形成。从产业链的角度来看，虚拟现实相关硬件、软件、平台、内容和应用场景都已经逐渐走向成熟;从产业生态的角度来看，政府密集出台促进发展的各项政策，研发机构不断推出新技术、新应用，不同规模的相关企业蓬勃发展，各行业用户规模不断累积，虚拟现实产业落地生根的“沃土”已然形成

近年来，随着虚拟现实相关软硬件技术的不断发展成熟、场景的不断创新、内容的不断丰富、案例的加速涌现，虚拟现实逐渐走到“台前”，在教育培训、医疗健康、设计制造、文化、商贸、旅游、娱乐等领域逐渐展现其广阔应用前景和巨大的发展潜力。数字经济时代，虚拟现实技术将对人们的生产生活方式产生越来越深入的影响，与物理实现平行的“孪生世界”将会成为人们了解世界、连接世界、影响世界的最重要载体和通道。

虚拟现实不是一种特定的应用，也并不针对特定的人群。它不会随着某个特定的需求而出现，当这个特定需求得到满足后随之消失。相反，它适用于社会的各个领域——可以是教育行业、制造领域、娱乐游戏，也可以是电子商务。只要人们希望自己的生活更便捷、更幸福;只要供应商希望消费者能从更多层面体验到自己的产品;只要内容制作人仍旧渴望表达，VR/AR就能以适合的方式应用其中。同时，虚拟现实技术和5G、人工智能等信息技术的深度融合，促进了不同领域的交叉融合，不断催生新场景、新业态。

那么，VR/AR将会如何改变，又将改变社会生产生活的哪些方面呢？

密集出台的政策促进产业快速发展

2016年在G20杭州峰会上，习近平总书记提出，人工智能、虚拟现实等新技术日新月异，虚拟经济和实体经济的结合，将给人们的生产生活方式带来革命性的变化。

2018年12月，工信部发布《关于加快推进虚拟现实产业发展的指导意见》，指出虚拟现实能够拓展人类感知能力、改变产品形态和服务模式，给经济、科技、文化、军事、生活等领域带来深刻影响。全球虚拟现实产业正从起步培育期向快速发展期迈进，我国面临同步参与国际技术产业创新的难得机遇，需加快我国虚拟现实产业发展，推动虚拟现实应用创新，培育信息产业新增长点和新动能。

2020年6月，深圳出台产业扶持政策，重点支持面向VR/AR技术终端设备研发的企业，最高可补贴1000万元。

2020年7月，国务院发文鼓励“夜游”和“沉浸式”消费。

今年3月，“十四五”规划纲要将虚拟现实和增强现实产业列为未来五年数字经济重点产业，赋予了虚拟现实产业新的历史使命，有望加速相关产业链发展。

移动互联网带来虚拟现实扎根的“沃土”

虚拟现实产业链可分为硬件、软件、内容制作与分发、应用和服务四大部分。硬件包括虚拟现实技术使用的整机和元器件，按照功能可分为核心器件、终端设备和配套外设三个部分。其中，核心器件包括芯片、傳感器、显示屏、光学器件、通信模块等;终端设备包括主机、移动端设备;配套外设包括手柄、摄像头和体感设备。虚拟现实软件包括支撑软件和软件开发工具包。内容制作与分发是虚拟现实场景的数字表达，包括内容表示、内容生成与制作、内容编码实时交互等。应用和服务是指使用虚拟现实技术来提供应用和服务。

从产业链的角度来看，我国虚拟现实产业结构不断优化，产业生态初步形成。从产业链的结构看，移动互联网的发展带来芯片行业、软件行业和内容制作行业的蓬勃发展，成为虚拟现实落地生根的“沃土”。在硬件层面，5G时代来临，低延时、高宽带、大容量的网络通信，配合云计算的发展，有助于在低端设备上提升虚拟现实的沉浸感和可交互性，减弱因计算力不够导致的眩晕等现象。同时，GPU运行效率越来越快，视觉、触觉、听觉等多感官交互系统共同发展、眼球追踪表情捕捉等技术进入应用阶段。此外，AI加快赋能虚拟现实，神经渲染、基于深度学习的三维重建、基于深度学习的运动合成、强化学习等技术的发展，为虚拟现实内容制作和生成提供有力支撑。

虚拟现实新产品和投融资市场表现火热

随着传感、交互、建模和呈现等虚拟现实技术不断成熟，虚拟现实产品和应用也随之如雨后春笋般大量涌现。2020年1月，微软Hololens 2代AR眼镜正式上市;同月，全球首款1.3英寸2.6K微型OLED发布，Mojo Vision实现了隐形眼镜内置LED显示屏。2020年5月，虚幻引擎5正式发布;同月，高通宣布推出支持VR头显设备的WiFi—6E芯片;7月，酷派发布一体式AR眼镜Xview;8月，华为上线3D开发工具Reality Studio;9月，Facebook发布Quest2（VR一体机），华为发布VR/AR Engine3.0;11月，OPPO推出AR眼镜OPPO AR Glass 2021。虚拟现实新产品的发布可谓是紧锣密鼓、目不暇接。

在产品发布革新的同时，伴随而来的是科技公司和市场的热烈响应。近三年的虚拟现实专利新申请量超过之前20年之和，投融资市场也进入新一轮增长的热潮，各大互联网企业纷纷布局虚拟现实领域。2020年全球虚拟现实市场规模约900亿元，其中VR市场620亿元、AR市场280亿元。2020年1月，2020年国际消费类电子产品展览会（CES 2020）顺利举办，VR/AR参展企业327家，较2019年增长30%。此外，苹果公司1亿美元收购VR内容直播平台Next VR，谷歌1.8亿美元收购加拿大AR眼镜厂商North，索尼宣布对Epic Games投资2.5亿美元，这些都显示着科技公司投资虚拟现实领域的热情。

社会需求决定了虚拟现实发展的广度和深度

社会需求决定了市场大小。虚拟现实可应用于包括教育、制造、娱乐、军事、智慧城市、航空航天等多个行业，这也决定了它的应用案例多、应用领域广。例如，在航空航天行业，虚拟现实技术被应用于虚拟环境模拟训练，并在神舟11号飞行任务中为航天员提供心理支持和保障;美军很早就应用虚拟现实技术进行模拟军事训练、武器系统设计和评估，并构建了虚拟战场环境。在制造业，虚拟现实技术可以全方位展示产品外形、结构和零部件使用方案，打破二维设计的桎梏;在教育行业，能为人们打造一个安全、相对准确的虚拟环境中，从而极大地提高人们的互动性、注意力和理解力;在医疗行业，被应用于解剖学和病理学的教学，外科手术的训练和规划，精神康复治疗等;在文化艺术行业，被应用于文物古迹复原和艺术品展示;在旅游行业，可以将购物、娱乐、饮食、住宿等出行数据在虚拟旅游中集合，提供旅游预体验;在汽车行业，AR可在挡风玻璃上展示不同信息，以带来更好的驾乘体验。

2020年，新冠疫情突袭全球，使人们的行动和交流受限的同时，也再一次引爆了社会对虚拟现实的需求。借助AR/VR，人们可以不受现实世界时空限制，在充分自由的虚拟世界中了解、探索、近距离观察事物并表达自我。

近期火热的元宇宙概念，代表着虚拟现实未来的发展方向。元宇宙是一个虚拟时空间的集合，由一系列的增强现实、虚拟现实和互联网所组成，代表着互联网的下一个阶段。元宇宙的火热必将影响人们了解物理世界、连接物理世界，甚至成为改变物理世界的重要载体和通道。

虚拟现实的发展还有漫长的路程

虚拟现实的研究涵盖了图形学、人机交互、心理学、脑科学、人工智能等多学科领域，即便只关注虚拟现实的浸感性、交互性和想象力三个3I特性，现阶段虚拟现实的应用仍存在很多问题。

从沉浸感的角度来说，一般的移动端设备很难支持实时光追，尽管基于光栅化和图像渲染等实时渲染算法的真实性已经非常高，但对于要求做到“以假乱真”的沉浸感，虚拟现实仍需要非常大的美术工作量和算力支撑;而为了构建真实可信的环境，还需要环境中有合理的物理响应，包括如何快速进行连续碰撞检测，如何在节省计算力的情况下生成真实的物理特效——如流体特效、软体特效等都是尚待解决的问题。此外，虚拟人会成为一个独特的研究方向，其真实的面部表情动画、自然丰富的行为姿态生成，都是非常重要的课题。

从交互性的角度来说，轻便的、易于操作的设备往往能带来更好的体验，但相应的准确性也会同步下降;当人们沉浸在虚拟环境中时，怎样的交互方式可以不破坏沉浸感，又能准确达到用户目的，还尚未解决。交互的快速响应要求虚拟现实环境中运行的所有算法都必须达到实时，这同样是对访存的考验。如果整个环境都用相同的三角面片表示，复杂的几何模型带来更多细节的同时，也占用了更多的存储资源。

想象力方面更多受限于创作者的创作能力，如何提供一个门槛更低、更易于创作者发挥自身想象力的平台或者工具，也是急需解决的难题之一。元宇宙可能是虚拟现实应用的终极目标，但它不是一个应用，而是提供了另一个现实。每个人在那个现实中拥有着自己的化身，可以自由地创作和分享，可以涵盖社会生产生活的许多方面。

现阶段，虚拟现实领域需要做的是把握新一代信息技术孕育发展的機遇，坚持创新驱动、协同发展;加强技术产品研发、丰富内容服务供给，深化行业应用、优化发 展环境、建立标准规范、强化公共服务。以产业创新能力提升，促进虚拟现实与实体经济的深度融合。

（作者单位：浙江大学）

近期火热的元宇宙，可能是虚拟现实应用的终极目标。元宇宙是一个虚拟时空间的集合，由一系列的增强现实、虚拟现实和互联网所组成，代表着互联网的下一个阶段。元宇宙的火热必将影响人们了解物理世界、连接物理世界，甚至成为改变物理世界的重要载体和通道。