溫曉君

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，簡稱VR）融合了多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)、新型顯示技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)和人工智能等多領域技術(shù)，是新一代信息技術(shù)的集大成者。虛擬現(xiàn)實通過構(gòu)建或向真實世界疊加三維虛擬環(huán)境，向使用者提供逼真的感知體驗和較為自然的交互服務，極大地拓展了人們的認知疆域，是人類認識世界和改造世界方式的一次顛覆式變革。作為未來眾多行業(yè)創(chuàng)新應用的基礎平臺，虛擬現(xiàn)實已逐漸滲透到軍事、工業(yè)、文化、民生等各個領域，對各行業(yè)產(chǎn)品的形態(tài)、功能，服務的內(nèi)容、模式等產(chǎn)生深遠影響。2017年我國虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模同比增長164%，市場規(guī)?？傤~高達160億元。未來虛擬現(xiàn)實將撬動上萬億美元產(chǎn)值，成為經(jīng)濟新舊動能轉(zhuǎn)換和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級的重要動力之一。

一、虛擬現(xiàn)實的內(nèi)涵及意義

（一）虛擬現(xiàn)實是對客觀世界的易知、易用性改造

虛擬現(xiàn)實簡化了人類對客觀世界的認知過程，從而解放了人類的想象力和創(chuàng)新力。具體體現(xiàn)在：一是抽象事物的具象化，如一維、二維和多維事物的三維投影，以及信息數(shù)據(jù)的可視化建模等；二是觀察視角的自主化，使得人類首次突破空間物理尺寸、時間維度和觀察視角的局限，開展增強式觀察、全景式觀察、自然動態(tài)觀察等，并重塑世界觀；三是交互方式的自然化，摒棄了傳統(tǒng)的鍵盤、鼠標、觸控等輸入輸出方式轉(zhuǎn)而手眼協(xié)調(diào)的自然方式人機交互。

（二）虛擬現(xiàn)實是人類主觀能動性的延伸

與人工智能直接改造機器使其完成人腦任務不同，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的直接作用對象依然是“人”而非“物”。它以人的認知體驗為基本評判依據(jù)，通過加之于“人”的影響，產(chǎn)生對“物”的間接改造。因此，從生產(chǎn)的角度來說，虛擬現(xiàn)實并沒有改變生產(chǎn)工具本身，而是提高了人類使用生產(chǎn)工具的能力和效率。

（三）虛擬現(xiàn)實拓展了現(xiàn)實世界的維度和廣度

從虛擬世界和真實世界的融合程度劃分，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可分為狹義的虛擬現(xiàn)實（VR）、增強現(xiàn)實（Augmented Reality，簡稱AR）以及混合現(xiàn)實（Mixed Reality，簡稱MR）。虛擬現(xiàn)實帶來的絕不僅僅是顯示方式、視覺體驗的進步，或是增加一種娛樂的內(nèi)容和方式，它更多地是通過與互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合，打破時空局限，拓展形成與真實物理世界并行的人類“第二世界”。虛擬世界、真實世界、人（包括多人）在其中互動交互、相互作用，并具備時間維度的成長性，從而實現(xiàn)真實世界與虛擬世界的辯證統(tǒng)一。

（四）虛擬現(xiàn)實重塑經(jīng)濟、社會、文化發(fā)展形態(tài)

虛擬現(xiàn)實打破了由時間和空間的稀缺性所形成的商業(yè)價值鏈，推動了新的商業(yè)體系形成。作為未來互聯(lián)網(wǎng)的重要入口，企業(yè)可以借助虛擬現(xiàn)實手段，為用戶提供產(chǎn)品展示、個性化設計定制，甚至對產(chǎn)品進行遠程故障排除，在提升售后服務質(zhì)量的同時，大大節(jié)約了售后服務成本。此外，虛擬現(xiàn)實還將改變醫(yī)療、教育等民生領域的經(jīng)濟形態(tài)，有效緩解了社會公共資源不均衡問題。虛擬現(xiàn)實極具表現(xiàn)力和沖擊力的體驗感受，也使其成為文化價值輸出的大國利器，對擴大本國文化的全球影響力意義重大。

（五）虛擬現(xiàn)實已成為信息技術(shù)、信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的風向標

從技術(shù)的角度看，虛擬現(xiàn)實作為多學科、多技術(shù)高度融合的系統(tǒng)性科學，其自身形成了感知、建模、呈現(xiàn)、交互四大類技術(shù)集群，并與信息通信設備、軟件、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等領域的技術(shù)交叉互補、互為牽引，已成為信息技術(shù)創(chuàng)新和應用突破的風向標。從產(chǎn)業(yè)的角度看，虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)在核心技術(shù)創(chuàng)新、軟硬件產(chǎn)品研發(fā)、內(nèi)容生產(chǎn)、生態(tài)體系構(gòu)建等方面提出了更新、更高的要求，代表了系統(tǒng)化、體系化創(chuàng)新的發(fā)展理念，必將成為整個信息產(chǎn)業(yè)未來穩(wěn)增長、調(diào)結(jié)構(gòu)、促轉(zhuǎn)型的重要著力點。

二、重點行業(yè)領域虛擬現(xiàn)實技術(shù)應用模式分析

目前，全球虛擬現(xiàn)實在B端行業(yè)應用市場已漸成燎原之勢，前期應用領域主要包括軍事、制造、教育、醫(yī)療、文化藝術(shù)、旅游等。行業(yè)應用的快速滲透和效益拉動，將為虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)的真正爆發(fā)提供不竭動力。

（一）軍事：有效提高戰(zhàn)場生還率

虛擬現(xiàn)實在武器系統(tǒng)的設計和性能評價、操作訓練、大規(guī)模軍事演習及戰(zhàn)役指揮等方面發(fā)揮了重要作用并產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益，同時有效地降低了意外傷亡事故。據(jù)統(tǒng)計，未參加過實戰(zhàn)的飛行員在首次執(zhí)行任務時生還率只有60%，而經(jīng)模擬對抗訓練后，生還率可提高到90%以上。美軍利用“虛擬艦艇作戰(zhàn)指揮中心”僅需5個月就能培訓出合格軍官。未來，軍事領域仍將圍繞提高這三類虛擬系統(tǒng)能力展開，進一步開發(fā)包括戰(zhàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)融合與輸出建模（包括地形繪制、天氣描述、運動和傳感、武器系統(tǒng)與效應、自主兵力部署等）、分布式多維武器系統(tǒng)交互等應用場景。

（二）制造：打破二維平面思維桎梏

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在制造業(yè)的設計研發(fā)、裝配、檢修、培訓等環(huán)節(jié)已經(jīng)實現(xiàn)初步應用。

在設計研發(fā)環(huán)節(jié)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以展現(xiàn)產(chǎn)品的立體面貌，使研發(fā)人員能夠全方位設計產(chǎn)品的外形、結(jié)構(gòu)、模具及零部件配置使用方案，特別是在飛機、汽車等大型、精密裝備原型樣品的研制過程中，有效提升設計效率。福特公司自2000年以來就開始將虛擬現(xiàn)實應用于汽車設計過程，目前已將虛擬現(xiàn)實置于汽車開發(fā)的核心位置；法國達索公司開發(fā)了虛擬現(xiàn)實通用設計平臺，波音公司采用該平臺設計了波音777和787型飛機的三百多萬個零部件，使得設計錯誤修改量減少了90%、研發(fā)周期縮短了50%、成本降低了60%。

在裝配環(huán)節(jié)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要應用于精密加工和大型設備的裝配，通過高精度設備、精密測量、精密伺服系統(tǒng)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)的協(xié)同，實現(xiàn)工件、加工環(huán)境、加工系統(tǒng)之間的精準配合，將系統(tǒng)誤差和隨機誤差降到極低的水平。操作人員在產(chǎn)品原型實際加工之前就可以全方位地檢查零部件之間的裝配間隙和干涉，也可通過程序自動檢查裝配狀態(tài)，可以大大提高實際裝配成功率并降低零件制作返工率。中國一拖集團采用我國本土企業(yè)曼恒數(shù)字研發(fā)的“數(shù)字化虛擬現(xiàn)實顯示系統(tǒng)”打造出虛擬裝配車間，可實現(xiàn)360度內(nèi)部全景漫游，既能多角度觀察每個裝配工位，又能精準跟蹤裝配工件的生產(chǎn)工藝流程，為我國大型農(nóng)業(yè)裝備制造行業(yè)發(fā)展注入了技術(shù)創(chuàng)新的活力。

在設備維護檢修環(huán)節(jié)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)應用于復雜系統(tǒng)的檢修工作中，能夠?qū)崿F(xiàn)從出廠前到銷售后的全流程檢測，提高服務效率、拓展服務內(nèi)容、提升服務質(zhì)量，將制造業(yè)服務化推向新的階段。美國福特公司聯(lián)合克萊斯勒公司與IBM合作開發(fā)了應用于汽車制造的虛擬現(xiàn)實環(huán)境，在汽車出廠前可以檢驗出其存在的設計缺陷并輔助修正，在汽車出廠后，還可以通過遠程數(shù)據(jù)傳輸構(gòu)建虛擬可視化檢修環(huán)境，實現(xiàn)遠程的預判性和實時性的檢測維修服務。

在培訓環(huán)節(jié)，通過利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)建立虛擬培訓基地，能夠立體展現(xiàn)制造場景，幫助學員通過全方位的感知體驗，獲取高仿真的、可重復的、低風險的學習體驗，有利于制造業(yè)從業(yè)人員提前熟悉制造場景、提升應用技能。當前，已經(jīng)有許多國內(nèi)外企業(yè)運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)開展培訓工作。英國皇家裝甲公司采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，對14.5噸的新型車輛進行車輛訓練模擬，實現(xiàn)了對專用車型駕駛員的操作培訓。

未來，虛擬現(xiàn)實尤其是增強現(xiàn)實技術(shù)應用的逐漸成熟，實現(xiàn)大型物理系統(tǒng)與信息交互系統(tǒng)的實時感知和動態(tài)控制，打通從設計到制造再到服務的鏈條，為智能制造的發(fā)展提供強有力的支撐。

（三）教育：革新知識獲取的渠道和交互方式

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育領域的應用主要包括科學研究、虛擬學習環(huán)境、人體模型仿真等。虛擬現(xiàn)實通過提供生動逼真、沉浸性和交互性的體驗，有助于營造“自主學習”的環(huán)境，實現(xiàn)由傳統(tǒng)的“以教促學”的學習方式向?qū)W習者自主感知并與環(huán)境信息交互汲取知識、技能的新型學習方式轉(zhuǎn)變。未來，虛擬教育、虛擬課堂等應用將更加普及，虛擬現(xiàn)實技術(shù)將會更廣泛地應用于學習情景的創(chuàng)設，大幅提升學習內(nèi)容的形象性和趣味性。

（四）醫(yī)療：術(shù)前規(guī)劃精準施治

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在醫(yī)療健康領域的應用主要包括學習培訓、手術(shù)模擬、精神康復質(zhì)量等方面。通過提供具有真實感的環(huán)境和實時的觸覺反饋，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以幫助醫(yī)生提高手術(shù)的熟練度和成功率，虛擬出有效的康復訓練計劃幫助病人實現(xiàn)術(shù)后康復，幫助培訓者快速地掌握醫(yī)學要領。未來，虛擬現(xiàn)實在人體病理模型建模、藥物研制開發(fā)等方面還將大有可為。

（五）文化藝術(shù)：提升文藝鑒賞、創(chuàng)作的想象空間

虛擬現(xiàn)實在文化藝術(shù)領域的應用主要包括通過數(shù)字手段進行文物古跡復原、文物和藝術(shù)品展示，提供虛擬場景進行雕塑、立體繪畫等藝術(shù)創(chuàng)作，以及作為一種新型工具來進行建筑設計、汽車設計和室內(nèi)設計。作為傳輸顯示信息的媒體和新型設計工具，虛擬現(xiàn)實可以將藝術(shù)動態(tài)化，將設計者構(gòu)思變成看得見的虛擬物體和環(huán)境，將不復存在的文物進行復原展示，并大幅提高表現(xiàn)能力，為文化藝術(shù)發(fā)展帶來無限想象空間。

（六）旅游：基于虛擬現(xiàn)實游戲架構(gòu)下的國際化產(chǎn)業(yè)

虛擬旅游是在現(xiàn)實旅游景觀基礎上充分利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，通過模擬或還原現(xiàn)實中的旅游景區(qū)構(gòu)建虛擬旅游環(huán)境，向旅游者提供虛擬體驗的旅游形式。虛擬旅游可細致逼真、生動地再現(xiàn)旅游景點的風光風貌，帶來虛擬導游、地圖導航、酒店預訂、社區(qū)、虛擬古跡等方面切實可觀的效益。愛爾蘭、菲律賓等一些國家的旅游部門和眾多著名的旅游公司，如STA Travel、Starwood、Hyatt等均在Second Life、OpenSim、Project Wonderland等虛擬現(xiàn)實游戲中開發(fā)了虛擬旅游市場，吸引游客將其作為旅游目的地。截至2015年底，全球旅游網(wǎng)上交易共達130億美元，而且其增長速度甚至高于IT行業(yè)。

三、虛擬現(xiàn)實行業(yè)應用模式總結(jié)

由上述領域應用分析得出，虛擬現(xiàn)實在行業(yè)端應用的共性結(jié)合點可歸納為三個方面：一是規(guī)劃決策，二是設計評價，三是訓練體驗。虛擬現(xiàn)實的行業(yè)應用一定從高端裝備制造、原型產(chǎn)品設計、流程仿真、高端虛擬平臺服務等高附加值行業(yè)或價值鏈的高端環(huán)節(jié)興起，新技術(shù)系統(tǒng)應用增加的成本須與所獲得的效率之間達成權(quán)衡。

同時，虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)應用發(fā)展的重點在于構(gòu)建跨領域融合開放的產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系，促進資源共享和協(xié)同創(chuàng)新。作為典型的跨界融合領域，虛擬現(xiàn)實基礎層面與物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等緊密聯(lián)系，產(chǎn)品層面與智能手機、可穿戴設備、智能家居、智能汽車等智能設備息息相關，應用層面與智能制造、智慧醫(yī)療、智慧教育、智慧交通等領域關聯(lián)密切，任何單一的企業(yè)均無法涵蓋虛擬現(xiàn)實從技術(shù)、產(chǎn)品到應用的全產(chǎn)業(yè)鏈。上述分行業(yè)應用的成功案例中，開放生態(tài)體系的搭建包括三個層次：一是底層基礎資源共享，包括高校、科研院所、企業(yè)間核心技術(shù)和核心軟硬件資源的合作；二是產(chǎn)業(yè)鏈的深度合作，包括行業(yè)事實標準體系的建立，產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)的互動和開放式協(xié)同創(chuàng)新等；三是建設經(jīng)濟上可持續(xù)、可維持的應用系統(tǒng)，通過智能終端融合應用、傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)融合應用、互聯(lián)網(wǎng)平臺的融合應用來控制成本、提高盈利。

四、促進虛擬現(xiàn)實行業(yè)應用的措施建議

從全球看，虛擬現(xiàn)實在基礎技術(shù)方面仍存在一些共性難點和問題，全球企業(yè)都在尋找更可行的新技術(shù)和新方案，虛擬現(xiàn)實的技術(shù)體系和商業(yè)模式處于不斷發(fā)展演進中。作為一個新興領域，國內(nèi)外虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)目前發(fā)展基本同步，國外企業(yè)加快發(fā)展的同時，國內(nèi)企業(yè)也在積極布局跟進。這就為我國電子信息行業(yè)提供了同步參與國際創(chuàng)新、同臺競爭、跨越式趕超的機遇，而行業(yè)應用的深入開展，既是中國特色“互聯(lián)網(wǎng)+”的細化創(chuàng)新，同時也為《中國制造2025》戰(zhàn)略實施提供了強有力的保障。為此，提出以下建議。

（一）強化頂層設計，面向行業(yè)需求規(guī)劃應用路徑

定義和構(gòu)建若干典型應用場景，明確應用需求，分步、有序推進虛擬現(xiàn)實技術(shù)在各行業(yè)領域的融合應用。推動虛擬現(xiàn)實在設計研發(fā)、檢測維護、操作培訓、營銷展示等環(huán)節(jié)的應用，提升輔助設計能力和制造服務化水平。將虛擬現(xiàn)實應用于協(xié)同制造、遠程協(xié)作等方面，建立生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)進度、現(xiàn)場操作、質(zhì)量檢驗、設備狀態(tài)、物料傳送等生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的可視化管理，提高制造執(zhí)行、過程控制的精確化程度。推進虛擬現(xiàn)實在產(chǎn)品全生命周期各環(huán)節(jié)和企業(yè)管理各方面的應用，實現(xiàn)設計、工藝、制造、管理、物流等環(huán)節(jié)的集成優(yōu)化，推進企業(yè)數(shù)字化設計、裝備智能化升級、工藝流程優(yōu)化、精益生產(chǎn)、可視化管理、質(zhì)量控制與追溯、智能物流等方面的快速提升。

（二）加強重點攻關，盡快突破行業(yè)應用技術(shù)瓶頸

組織產(chǎn)、學、研、用各機構(gòu)多方面力量解決關鍵共性技術(shù)問題，鼓勵開發(fā)具有更好使用體驗的創(chuàng)新型產(chǎn)品。突破工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)信息三維空間的注冊定位、建模、搜索、顯示與交互等核心技術(shù)。提升虛擬現(xiàn)實主控芯片、微顯示器、高端傳感器供應能力。加快虛擬設計、虛擬裝配制造、虛擬檢測維修、虛擬培訓等軟件及工具包的開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化。構(gòu)筑大數(shù)據(jù)和虛擬現(xiàn)實相結(jié)合的智能服務云平臺，提升產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新能力和融合創(chuàng)新能力。

（三）制定標準規(guī)范，開展行業(yè)應用聯(lián)合測試驗證

推動建立虛擬現(xiàn)實技術(shù)、產(chǎn)品和系統(tǒng)評價指標體系，開發(fā)相應的評價工具，保障虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品性能和質(zhì)量。構(gòu)建基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的信息物理系統(tǒng)參考模型和綜合技術(shù)標準體系。推動工業(yè)級虛擬現(xiàn)實軟硬件標準，以及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設備、產(chǎn)品之間標識解析、數(shù)據(jù)交換、安全通信等標準的制定。建設虛擬現(xiàn)實應用測試驗證平臺和綜合驗證試驗床，開展兼容適配、互聯(lián)互通和互操作等測試驗證。

（四）推進試點示范，以點帶面擴大行業(yè)應用范圍和影響力

推廣宣傳典型示范案例，提高相關企業(yè)、產(chǎn)品和品牌影響力，進一步推動其市場化應用。面向汽車、鋼鐵、高端裝備制造等重點行業(yè)，設立若干基于虛擬現(xiàn)實的智能制造應用示范區(qū)，打造智能制造單元、智能生產(chǎn)線、智能車間、智能工廠，通過應用驗證反饋完善系統(tǒng)功能。培育一批系統(tǒng)解決方案供應商，組織開展行業(yè)系統(tǒng)解決方案應用試點，為中小企業(yè)提供標準化、專業(yè)化的系統(tǒng)解決方案。

（作者系中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院電子所副所長）