郝振省：同志們，朋友們，大家上午好。給大家拜一個晚年，再拜一個早節(jié)，明天就是元宵節(jié)了。今天是2016年第2期，總排序第82期中央和國家機關(guān)“強素質(zhì)·作表率”讀書活動主題講壇，我們?yōu)榇蠹已埖街袊こ淘涸菏俊⒅袊茀f(xié)副主席、北京航空航天大學(xué)教授、中國仿真學(xué)會理事長、虛擬現(xiàn)實技術(shù)與系統(tǒng)國家重點實驗室主任趙沁平教授，大家歡迎他！趙沁平教授曾擔(dān)任教育部副部長，長期從事計算機軟件、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等方向的科研工作，主持完成了國家自然科學(xué)基金，國家863計劃、973計劃，國家科技預(yù)研等二十余項國家科技重點計劃項目。在我國，他最早開發(fā)建立了分布式的虛擬環(huán)境，他帶領(lǐng)團隊研制了實時三維圖形平臺，分布交互仿真應(yīng)用程序運行平臺等虛擬現(xiàn)實的基礎(chǔ)軟件，特別是他組織開發(fā)了戰(zhàn)術(shù)指揮模擬訓(xùn)練系統(tǒng)、虛擬融合的飛機駕駛艙設(shè)計評估系統(tǒng)、機械裝置拆裝維護訓(xùn)練系統(tǒng)、北京奧運會開幕式節(jié)目創(chuàng)意仿真與流程監(jiān)控系統(tǒng)、建國60周年國慶閱兵方案三維推演和決策系統(tǒng)。他是國家虛擬現(xiàn)實技術(shù)的頂級領(lǐng)軍人才。今天國家新聞出版廣電總局黨組成員、副局長孫壽山同志和吳尚之同志來到現(xiàn)場，和我們一起聆聽趙教授的主題演講。

　　今天趙教授演講的題目是《虛擬現(xiàn)實+》，講這個題目，一方面是考慮到虛擬現(xiàn)實技術(shù)在生活中出現(xiàn)得越來越多，包括今年地壇廟會上都掛了一個牌子，寫著“虛擬現(xiàn)實”。但是我們對它并不清楚，如虛擬現(xiàn)實技術(shù)的內(nèi)涵和外延，產(chǎn)生和發(fā)展的來龍去脈，虛擬現(xiàn)實技術(shù)如何影響我們的生產(chǎn)生活，及其未來的發(fā)展趨勢等等，都是我們需要了解的。在座的同志可能對虛擬現(xiàn)實技術(shù)及其應(yīng)用還不十分了解，實際上在軍事、醫(yī)學(xué)、航空航天、智慧城市等諸多領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實技術(shù)大有用武之地。另一方面，從國家層面來講，虛擬現(xiàn)實技術(shù)正在全面進入國家發(fā)展戰(zhàn)略，成為各行各業(yè)科學(xué)發(fā)展新的信息技術(shù)支撐平臺，虛擬現(xiàn)實+成為發(fā)展趨勢。同時還要再說一句，從世界范圍來看，虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)成為國際間競爭激烈的高科技領(lǐng)域，成為硬實力的重要內(nèi)容，成為軟實力的重要依托。趙教授曾說，虛擬現(xiàn)實與各行業(yè)的關(guān)系類似于數(shù)學(xué)和物理，將成為人難以區(qū)分的真實和虛擬兩個世界，或者是虛實混合的新世界?，F(xiàn)在讓我們請趙教授開講，請他給我們講解虛擬現(xiàn)實的神奇和奧妙。歡迎趙教授！

　　尊敬的各位領(lǐng)導(dǎo)，各位朋友，感謝中央和國家機關(guān)“強素質(zhì)·作表率”讀書活動給我這樣一個機會，也感謝主持人對我剛才的介紹。

　　我今天和大家共同探討的主題是虛擬現(xiàn)實+，為什么是虛擬現(xiàn)實+？互聯(lián)網(wǎng)+大家已耳熟能詳，也就是各行各業(yè)都可以利用互聯(lián)網(wǎng)這一現(xiàn)代信息支撐平臺創(chuàng)新和發(fā)展自身的業(yè)務(wù)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)也是一個可以對各行業(yè)和各領(lǐng)域發(fā)展給予支撐的新的信息技術(shù)支撐平臺，在座各位所在的部門、領(lǐng)域都可以應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，因此稱其為虛擬現(xiàn)實+。

　　下面，我從虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）是什么，它能做什么，以后的趨勢是什么，這幾個方面給大家進行介紹。由于VR應(yīng)用極具可視性，所以我盡可能通過VR在一些行業(yè)中的應(yīng)用實例給大家介紹和展示。

        一、虛擬現(xiàn)實是什么

　　VR的目標是以計算機技術(shù)為核心，結(jié)合其他相關(guān)科學(xué)技術(shù)，生成一個與一定現(xiàn)實世界在視、聽、觸覺等方面高度近似的數(shù)字化環(huán)境，人們可以通過一些交互設(shè)備與數(shù)字化環(huán)境進行交互，能夠產(chǎn)生親臨該現(xiàn)實世界的體驗。

　　模擬現(xiàn)實世界是人類自古以來就有的夢想，VR就是隨著計算機技術(shù)，特別是計算機圖形學(xué)和人機交互技術(shù)等的發(fā)展，人類在模擬現(xiàn)實世界方向上達到的最新境界。仿真大家都聽說過，傳統(tǒng)仿真可以說是數(shù)值仿真，VR則是圖形仿真，當然現(xiàn)在的趨勢是兩者結(jié)合。

　　模擬現(xiàn)實世界的方法有實物仿真、機電仿真、計算機仿真等。實物仿真事例很多，草船借箭就是用稻草人對人進行模擬；軍事訓(xùn)練中用木頭棍模擬槍械進行拼刺刀訓(xùn)練等。計算機誕生以后，計算機仿真成為模擬仿真的一個主流技術(shù)和方向，早期是模擬機仿真，后來是數(shù)字計算機仿真。隨著計算機處理能力，特別是計算機圖形處理和人機交互能力的大幅度提升，上世紀60年代出現(xiàn)了VR的概念。

　　VR有三個典型的特征：一是沉浸感，參與者可以全身心沉浸于計算機生成的三維虛擬環(huán)境中；二是交互性，參與者可以通過一些VR交互設(shè)備和虛擬環(huán)境中的對象進行交互，產(chǎn)生與對應(yīng)真實環(huán)境中的對象進行交互的體驗?，F(xiàn)在自然交互、體感交互是非常熱的一個研究方向。三是構(gòu)想性，參與者在虛擬環(huán)境中可以激發(fā)想象，或者可以構(gòu)想未來世界和歷史世界。

　　每一項科學(xué)技術(shù)都有其特定的作用，都有適合它的應(yīng)用領(lǐng)域。VR技術(shù)由于其特點，適合于如下幾個方面應(yīng)用：一是各行業(yè)領(lǐng)域的規(guī)劃決策，比如城市規(guī)劃，手術(shù)規(guī)劃等；二是設(shè)計評價，比如在裝備制造領(lǐng)域，可以先設(shè)計構(gòu)造虛擬樣機，通過對虛擬樣機各種性能的評價測試，對設(shè)計進行修改；三是訓(xùn)練體驗，比如軍事訓(xùn)練，以及對航天設(shè)備、核設(shè)備的維護，可以在虛擬的裝備上進行維護和操作訓(xùn)練；四是文化娛樂等領(lǐng)域的應(yīng)用。在座的各位對VR在這一領(lǐng)域的應(yīng)用可能體驗得比較多。

　　VR可以從兩個方面改變我們的世界：一是讓我們的發(fā)展變得更加科學(xué)，先在數(shù)字空間進行充分論證，然后再實際實施；二是可以使廣大人民群眾的生活更加精彩。

　　上世紀60年代，國外出現(xiàn)對VR技術(shù)的科學(xué)研究，我本人于上世紀90年代初期開始VR技術(shù)研究，是國內(nèi)最早的。最近幾年VR比較火爆。2015年習(xí)主席訪美和訪英時都參觀了VR技術(shù)展示，如微軟即將發(fā)布的VR頭盔眼鏡。另一個實例是2015年10月，美國在拉斯維加斯舉行的民主黨總統(tǒng)候選人辯論會，用VR技術(shù)進行實時直播，擁有VR觀看設(shè)備的觀眾可以看到現(xiàn)場的兩個人，并且可以選擇觀看的角度。這將是新聞傳播發(fā)展的趨勢，可以由用戶選擇內(nèi)容、選擇觀看角度，而且可以把線上和相關(guān)的場景進行統(tǒng)籌，聯(lián)結(jié)在一起。

　　經(jīng)過幾十年的發(fā)展，可以說VR在許多領(lǐng)域取得了引人矚目的應(yīng)用成果。最早是在軍事方面，軍事領(lǐng)域是應(yīng)用VR技術(shù)最早，也是目前應(yīng)用最多、取得明顯成效的領(lǐng)域。還有航空航天、裝備制造、醫(yī)療健康、動漫游戲等。專家們普遍認為，VR和其應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)系，類似于數(shù)學(xué)和物理。先通過數(shù)學(xué)理論方法給出一個假說，然后再用物理實驗方法對其進行驗證。比如愛因斯坦100年前就通過理論和數(shù)學(xué)預(yù)言了引力波的存在，但到100年以后的今天，我們才真正從物理上觀測到了引力波。各領(lǐng)域應(yīng)用可以先在虛擬環(huán)境或虛擬對象上進行研究論證，然后再構(gòu)造實物或進行實物操作。VR+將成為一個發(fā)展趨勢。

　　最近幾年由于一些巨頭公司，如臉譜、微軟、谷歌、三星等對VR產(chǎn)業(yè)的介入，導(dǎo)致VR在產(chǎn)業(yè)界和投資界迅速升溫，許多媒體都將2016年稱為VR產(chǎn)業(yè)發(fā)展的元年。

　　VR進入+的發(fā)展期，主要體現(xiàn)在兩方面。一是VR進入各個行業(yè)，二是進入大眾生活，特別是進入互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和移動終端應(yīng)用。2006年國家頒布的中長期科技發(fā)展規(guī)劃綱要中，就把VR列為信息領(lǐng)域優(yōu)先支持的三個方面之一。新的“十三五”科技規(guī)劃中，VR也是一個考慮的重點，和大數(shù)據(jù)、云計算等一樣，國家會給予繼續(xù)支持。

　　近兩年，一些巨頭公司通過收購或領(lǐng)投VR創(chuàng)新公司，或者自身部署VR研發(fā)團隊，開始搶占VR產(chǎn)業(yè)的制高點，特別是頭戴式設(shè)備，頭盔和眼鏡，因為它們是VR的基礎(chǔ)設(shè)備，是硬件平臺，如果在這方面領(lǐng)先的話，就會像蘋果手機、高端芯片一樣，可以形成壟斷，從而占領(lǐng)VR產(chǎn)業(yè)制高點。但更重要的是內(nèi)容，光有顯示設(shè)備，沒有內(nèi)容是沒用的。

　　2014年臉譜公司用20億美元收購了Oculus公司，這個公司是VR頭盔創(chuàng)業(yè)公司。頭盔有兩大類，一類是VR頭盔，一類是增強現(xiàn)實AR頭盔，兩者技術(shù)路線不同。2015年微軟宣布要推出Microsoft HoloLens全息眼鏡。還有谷歌、阿里巴巴領(lǐng)投數(shù)億美元支持Magic Leap創(chuàng)業(yè)公司，在2015年突破一項顛覆性顯示技術(shù)，即光場全息顯示，能使虛擬物體看起來完全與現(xiàn)實生活中一樣。這一技術(shù)將給影視、游戲、商務(wù)、旅游和電信等行業(yè)帶來全新的機會和顛覆性影響。HTC宣布與Valve聯(lián)手，推出重量級頭盔顯示設(shè)備Vive，并將于2016年4月發(fā)售。

　　現(xiàn)在學(xué)術(shù)界、企業(yè)界、投資界都在對VR的發(fā)展前景進行預(yù)測。2016年初美國著名投行高盛發(fā)布一份報告，詳細討論了VR/AR產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展狀況。高盛認為VR/AR擁有巨大潛力，到2025年VR與AR軟硬件營收將達到800億美元，樂觀估計，年營收可達1820億美元(硬件1100億美元，軟件720億美元)，保守預(yù)測，到2025年也會有230億美元。在標準預(yù)期下（800億美元），2025年VR/AR產(chǎn)業(yè)將超過全球平板電腦（630億美元）和游戲機（140億美元）。在樂觀預(yù)期下，到2025年，頭盔顯示設(shè)備等將從小眾產(chǎn)品發(fā)展成為一種大眾通用計算平臺，移動性和電池續(xù)航問題均會得到解決。1100億美元的硬件規(guī)模與當前筆記本電腦市場規(guī)模(1110億美元)和電視機市場規(guī)模(990億美元)相當。信息技術(shù)及科技咨詢公司IDC預(yù)測，2016年我國VR設(shè)備出貨量將達到48萬臺，同比增長476%，VR產(chǎn)業(yè)將迎來爆發(fā)式增長。

        二、虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用及現(xiàn)狀

　　前面講了VR+將成為一個發(fā)展趨勢。下面對VR在有關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀，以及我國可以達到的技術(shù)水平，給各位領(lǐng)導(dǎo)進行展示和介紹。

　　1.軍事領(lǐng)域。很多科學(xué)技術(shù)都是首先在軍事領(lǐng)域得到應(yīng)用，包括VR技術(shù)。美國上世紀80年代初研發(fā)了一個著名的系統(tǒng)SIMNET，將分布在美國和英、德的飛機、坦克模擬器通過遠程網(wǎng)絡(luò)連接在一起，構(gòu)成分布式虛擬戰(zhàn)場環(huán)境，進行異地的軍事訓(xùn)練。此后又持續(xù)開發(fā)了各軍兵種和綜合化的VR軍事訓(xùn)練系統(tǒng)JSIMS、JMASS、STOW和WARSIM2000等，并形成了支持分布交互仿真的IEEE DIS標準。2014年，美國DARPA在五角大樓的公眾開放日展示中，演示了未來網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)爭和機器人戰(zhàn)場計劃中的士兵增強現(xiàn)實感知技術(shù)，作戰(zhàn)人員在戰(zhàn)場上通過頭戴設(shè)備可以看到整個戰(zhàn)場態(tài)勢，分辨敵軍我軍，以及接受作戰(zhàn)指令等。軍事仿真訓(xùn)練的優(yōu)勢，是可以構(gòu)造任何作戰(zhàn)地形環(huán)境和作戰(zhàn)目標，并節(jié)約大量經(jīng)費。美軍目前40%的軍事訓(xùn)練是在VR/AR環(huán)境下進行的。

　　下面演示的是導(dǎo)彈發(fā)射，與游戲不同，導(dǎo)彈的軌道都是根據(jù)物理和動力學(xué)計算出來的。

　　2.制造領(lǐng)域。在裝備設(shè)計、研發(fā)過程中，可以采用虛擬樣機技術(shù)。波音公司上世紀90年代初期對波音777飛機中的各種管線布局設(shè)計采用VR技術(shù)，一次成功。

　　現(xiàn)在運用VR技術(shù)比較多的是汽車制造業(yè)。近年來梅賽德斯-奔馳、寶馬、豐田等著名汽車公司在新車設(shè)計中采用VR技術(shù)，首先研發(fā)虛擬樣車，設(shè)計人員在虛擬樣車中沉浸式地體驗新車性能和舒適感，進而對設(shè)計進行改進，大幅度縮短了研發(fā)周期，降低了研發(fā)成本。

　　下面是寶馬采用增強現(xiàn)實技術(shù)對車輛進行拆裝維護引導(dǎo)的一個概念性實例。

　　現(xiàn)在建筑行業(yè)也在開發(fā)應(yīng)用VR，可以將建筑效果和整個施工全過程完全三維化地呈現(xiàn)給甲方，而且和建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計相結(jié)合，進行沉浸式體驗式設(shè)計，對建筑設(shè)計帶來重大影響。

　　3.航空航天領(lǐng)域。航空航天領(lǐng)域應(yīng)用VR也比較早。我們與中國商飛合作研發(fā)了大飛機駕駛艙的虛實結(jié)合的儀表布局和環(huán)境設(shè)計系統(tǒng)。駕駛員戴著頭盔進行操作，測試飛機儀表布局、色度，起落時的光照是不是合適，依此對設(shè)計進行調(diào)整。

　　4.醫(yī)療健康領(lǐng)域。VR在醫(yī)療健康領(lǐng)域極具發(fā)展?jié)摿?。首先是對人體及人體器官的三維可交互展示。在國家自然科學(xué)基金的支持下，北航VR技術(shù)與系統(tǒng)國家重點實驗室陸續(xù)研發(fā)了牙科手術(shù)模擬器、心血管介入手術(shù)模擬器以及腹腔鏡手術(shù)模擬器，目前正在向產(chǎn)業(yè)化方向推進。民政部康復(fù)中心制定了建設(shè)基于VR的康復(fù)基地的規(guī)劃。我國一些醫(yī)療健康領(lǐng)域的企業(yè)，如天津的天堰公司等，也開始關(guān)注和部署開發(fā)相關(guān)的VR產(chǎn)品。醫(yī)療健康領(lǐng)域?qū)⒁騐R應(yīng)用而產(chǎn)生重大變革。

　　下面演示的是腹腔鏡手術(shù)，與傳統(tǒng)開放式手術(shù)不同，醫(yī)生手術(shù)不是看著人體器官做，而是通過內(nèi)窺鏡看著屏幕來做手術(shù)。這樣就給虛擬手術(shù)，研發(fā)手術(shù)模擬器帶來了機遇。虛擬手術(shù)中的人體器官都是通過幾何、物理和生理建模得到的高度逼真的數(shù)字化器官，醫(yī)生在這樣的器官上進行手術(shù)操作，感覺與在真實器官上做手術(shù)一樣。這樣就可以通過虛擬手術(shù)模擬器對大夫進行手術(shù)培訓(xùn)。還可以采集個性化的病體器官數(shù)據(jù)，構(gòu)建個性化病體器官模型，進行具體的手術(shù)規(guī)劃和預(yù)演，從而大幅度提升手術(shù)效果，對醫(yī)療手術(shù)帶來顛覆性影響。

　　康復(fù)訓(xùn)練也是VR可以發(fā)揮作用的領(lǐng)域，例如構(gòu)造虛擬環(huán)境治療恐高癥、自閉癥，進行肢體的康復(fù)鍛煉等；美國通過構(gòu)造的特定虛擬環(huán)境，對戰(zhàn)后士兵的心理疾病進行治療。

　　5.安防領(lǐng)域。現(xiàn)在我國有二三千萬個視頻監(jiān)控攝像頭，北京市有幾十萬個。目前都是由人來監(jiān)視，由于視角有限，畫面多，需不斷切換，因此很容易疲勞，而且看不到場景整體情況。我們研發(fā)了虛實融合的監(jiān)控系統(tǒng)，把監(jiān)控區(qū)域視頻圖像與周邊虛擬環(huán)境融合在一起，也可以把相鄰監(jiān)控區(qū)域的視頻無縫融合，提升了監(jiān)控系統(tǒng)的性能、功能和適人化水平。

　　6.電子商務(wù)。目前在電子商務(wù)方面，比如在淘寶網(wǎng)上，主要展示的是商品的二維圖片。通過VR技術(shù)，不但可以看到商品的逼真的三維形象，還可以進行首飾、服裝等的試穿、試看。

　　下面看一個三維鞋的實例，這是我們采用圖像建模技術(shù)構(gòu)建的一款女鞋，可以從各個角度觀賞鞋子。

　　下面展示的是一個VR家裝設(shè)計與體驗系統(tǒng)。可以沉浸式地選擇體驗不同的壁紙、地板等裝飾材料和圖案，以及家具的擺放效果。很顯然VR技術(shù)將對這一產(chǎn)業(yè)帶來巨大影響。

　　7.體育領(lǐng)域。下面展示的是一個籃球比賽解說、訓(xùn)練的VR概念演示。整個比賽場景、過程都是立體全息的，大家可以想象它在未來的影響會有多大。

　　 8.文化保護與利用。數(shù)字化文化保護與利用是VR技術(shù)的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域。下面是使用VR建模與繪制技術(shù)數(shù)字化的玉龍，半透明，有通透感，和實際的玉龍幾乎完全一樣。

這里再給大家展示一下我們構(gòu)建的三維虛擬束河古鎮(zhèn)，參與者可以隨意漫游觀賞景點，還可以把景點和當?shù)匚幕嘟Y(jié)合進行展示，參與者既可游覽景點，又可了解體驗當?shù)仫L(fēng)俗、文化。

　　通過VR技術(shù)可以再現(xiàn)歷史文化遺產(chǎn)，特別是非物質(zhì)文化遺產(chǎn)，使得參與者可以穿越時空，體驗歷史文化。下面是我們根據(jù)歷史典籍記載復(fù)原的我國古代的禮射和五禽戲。

　　北航和北師大文字學(xué)家合作，通過動畫將漢字從甲骨文到現(xiàn)代楷書的整個演化過程形象地呈現(xiàn)出來，并通過音視頻結(jié)合解說構(gòu)字的含義，使大家對漢字有更深刻的了解。這里采用的技術(shù)與VR關(guān)系不大，但因其頗具知識性和觀賞性，所以也推薦給大家，特別是可以讓自己的孩子們看看。

　　基于VR技術(shù)構(gòu)建的虛擬博物館和虛擬科技館，想來大家已見過不少，如虛擬故宮、虛擬圓明園，以及中國科技館的許多VR科普展品等。

　　9.教育領(lǐng)域。教育領(lǐng)域?qū)R有巨大應(yīng)用需求。目前的網(wǎng)絡(luò)教育課件都是文字和圖片，無法做實驗，通過VR技術(shù)可以實現(xiàn)交互式物理、化學(xué)等的仿真實驗，還有醫(yī)學(xué)教學(xué)等各種實驗。教育部批準建設(shè)了200多個虛擬仿真教學(xué)中心，支持這方面的發(fā)展，相信會對教學(xué)方式帶來深刻影響。

　　剛才把VR在一些主要領(lǐng)域的應(yīng)用，通過視頻實例給大家做了概要介紹。我1993年在北航創(chuàng)建了VR研究室，開始進行VR技術(shù)研究，2007年由科技部批準成為VR技術(shù)與系統(tǒng)國家重點實驗室，是國內(nèi)目前唯一專門從事VR研究的國家重點實驗室。

　　我們早期主要研發(fā)虛擬戰(zhàn)場環(huán)境，后來與北京軍區(qū)合作，研發(fā)了陸軍指揮訓(xùn)練系統(tǒng)，用于指揮訓(xùn)練，可以節(jié)省大量經(jīng)費。同時，我們開發(fā)了一些有影響的VR應(yīng)用系統(tǒng)，如北京奧運會開閉幕式節(jié)目仿真系統(tǒng)。利用VR技術(shù)將節(jié)目創(chuàng)意方案全部三維數(shù)字化建模實現(xiàn)，導(dǎo)演組可以看到逼真的節(jié)目效果，從而進行節(jié)目的遴選決策。下面給大家展示的是奧運五環(huán)。如果沒有VR技術(shù)的支撐，將耗費大量時間和經(jīng)費。這些節(jié)目仿真所采用的圖形工具，是我們自己研制的實時三維圖形平臺，該系統(tǒng)獲得了國家科技進步一等獎。

　　下面給大家看一下我們?yōu)榭箲?zhàn)勝利70周年閱兵所制作的推演展示系統(tǒng)，提供給閱兵總指揮部向中央領(lǐng)導(dǎo)同志匯報、決策。

        三、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的實現(xiàn)技術(shù)與發(fā)展趨勢

　　下面簡要介紹VR系統(tǒng)的實現(xiàn)技術(shù)。

　　實現(xiàn)一個VR系統(tǒng)，大體需要三方面的技術(shù)，即：建模、表現(xiàn)與交互。

　　首先是現(xiàn)實世界的對象在計算機數(shù)字空間的表示問題，也就是建模。建模需要通過數(shù)學(xué)、物理，以及各種數(shù)字化方法將現(xiàn)實世界中的對象、對象之間的關(guān)系、相互作用及動態(tài)變化所遵循的規(guī)律，映射為數(shù)字空間中的各種動靜態(tài)數(shù)據(jù)表示。建模方法與所要模擬的對象類有關(guān)，也與應(yīng)用領(lǐng)域密切相關(guān)。針對所要模擬對象的不同方面，建模方法分為幾何外觀建模、基于物理的建模、行為建模和虛實融合建模等。由于現(xiàn)實世界形態(tài)的復(fù)雜性、發(fā)展的無限性，以及人類認識世界的局限性，使得建模成為VR領(lǐng)域永恒的研究方向。

　　第二類問題是虛擬環(huán)境對象的表現(xiàn),包括視、聽、觸/力、嗅/味等的表現(xiàn)。VR表現(xiàn)技術(shù)將虛擬環(huán)境中的各種對象模型通過不同的表現(xiàn)方法、算法渲染在表現(xiàn)設(shè)備上，以沉浸方式呈現(xiàn)給用戶。表現(xiàn)方法和對象模型及表現(xiàn)設(shè)備直接相關(guān)。表現(xiàn)設(shè)備，如頭盔、真三維顯示、力反饋操縱和觸覺數(shù)據(jù)手套等都在不斷發(fā)展，因此，這也是一個無窮盡的問題領(lǐng)域。

　　第三類問題是人對虛擬環(huán)境中對象的操作,以及虛擬環(huán)境對象對現(xiàn)實世界的作用，也就是VR人機交互問題，主要涉及人或外部世界與虛擬環(huán)境之間互相作用的信息交換方式與人機交互設(shè)備。自然人機交互是目前的一個研究熱點。

　　VR大體上有如下幾個發(fā)展趨勢，首先VR將會與AI（人工智能）技術(shù)結(jié)合，使其特征由3I成為4IE，即VR系統(tǒng)會具有智能（Intelligent）和自我演進演化（Evolution）特征；在VR建模技術(shù)方面會從目前以幾何、物理建模為主，向幾何、物理、生理、行為、智能建模發(fā)展；在交互技術(shù)與設(shè)備方面會出現(xiàn)一些顛覆性技術(shù)，如光場全息顯示、實時同聲翻譯、觸感溫濕感交互和味覺等。

　　現(xiàn)有VR系統(tǒng)距離VR+的期望目標，尚存在若干重大技術(shù)瓶頸，例如：各類數(shù)據(jù)的獲取，以及多源數(shù)據(jù)/模型無縫融合，新概念數(shù)據(jù)獲取機制與設(shè)備，非剛體物理建模，以及自由交互與實時逼真響應(yīng)，行為、智能與演化模型，模型的可建模性、復(fù)雜性與可信性，真三維顯示與自然化人機交互機制與交互設(shè)備，應(yīng)用效果的評價等。

　　VR技術(shù)的發(fā)展可以給許多行業(yè)帶來升級換代式發(fā)展，如航空航天、國防軍事、裝備制造、智慧城市、醫(yī)療健康、公共安全、文化教育等；會對許多產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生顛覆性影響，如影視、游戲、旅游、商務(wù)、社交網(wǎng)絡(luò)等，同時可望形成新型的VR產(chǎn)業(yè)生長點，如VR人機交互設(shè)備產(chǎn)業(yè)，行業(yè)應(yīng)用模擬器、虛擬環(huán)境產(chǎn)業(yè)，VR平臺軟件與嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，領(lǐng)域和行業(yè)模型數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)，網(wǎng)絡(luò)、移動終端VR產(chǎn)業(yè)和VR服務(wù)產(chǎn)業(yè)等。

　　我的報告到此結(jié)束，謝謝大家！

　　主持人：下面我代表在座的各位對趙沁平教授的主題演講作簡單梳理。

　　今天的演講有三個要點。第一點，趙教授回答了什么是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的問題。他一開始給了我們一個準確的定義，虛擬現(xiàn)實技術(shù)就是采用以計算機技術(shù)為核心的現(xiàn)代高科技手段，在特定的范圍內(nèi)生成逼真的視覺、聽覺、觸覺一體化的虛擬環(huán)境，用戶借助必要的方式與虛擬環(huán)境的對象進行交互作用、相互影響，產(chǎn)生一種親臨真實環(huán)境的感受和體驗。然后他講到虛擬現(xiàn)實沉浸感、交互性、構(gòu)想性的特征，講到其進一步發(fā)展是加強性。我們是否可以將之理解為一種計算機與人之間“道高一尺，魔高一丈”的相互推進的關(guān)系，人發(fā)明了計算機（電腦），電腦是人腦的延伸和拓展，但是人并不滿足于對人腦的延伸，也不滿足于對視覺、聽覺、觸覺的延伸，而是要借助計算機，構(gòu)建更豐富的觸覺、視覺、聽覺，甚至是味覺，因此虛擬現(xiàn)實就形成了。這反映了人類總是有所發(fā)現(xiàn)和發(fā)明，總要創(chuàng)造、前進的歷史必然性，而這種必然性不限于一種產(chǎn)業(yè)，所以有了虛擬現(xiàn)實+的方法論的價值和意義。這里面有哲學(xué)意義。人類認知世界，其感官會有局限，但是人類通過科技手段，可以實現(xiàn)無限性。從這個意義上講，我們甚至可以說，關(guān)于真理的相對性是絕對的，關(guān)于真理的絕對性是相對的。

　　第二點，趙教授告訴我們虛擬現(xiàn)實技術(shù)有巨大的生產(chǎn)力效益，因為它使得我們對事物的認識和掌控更加精確化、更加純粹化，最大限度地排除了那種自然性的風(fēng)險。比如在未來做心臟手術(shù)，可以先不直接到人體上、動物上練習(xí)，而是通過虛擬手段練習(xí)，這就可以把手術(shù)風(fēng)險降到最低。咱們過去說“真的假不了，假的真不了”，但是趙教授講的虛擬現(xiàn)實技術(shù)卻讓人感覺“假的就是真的”。特別是虛擬現(xiàn)實技術(shù)在很多方面的應(yīng)用，如軍事、航天、醫(yī)療、非文化遺產(chǎn)保護方面。趙教授之前曾經(jīng)介紹過，一架大飛機的研制有七千多個技術(shù)攻關(guān)小組，怎么防止他們不撞車、減少撞車，怎么減少設(shè)計的誤差量，都需要協(xié)調(diào)。完美的技術(shù)可以減少90%的誤差量，可以縮短50%的生產(chǎn)周期，可以減少50%的生產(chǎn)成本。所以從這個角度講，虛擬現(xiàn)實技術(shù)對于生產(chǎn)成本的節(jié)約，對于提高大型活動的精準度有很大的作用。

　　第三點，未來的發(fā)展趨勢。趙教授講到了虛擬現(xiàn)實的技術(shù)趨勢、產(chǎn)業(yè)趨勢，包括其重點領(lǐng)域。在技術(shù)趨勢方面，我感覺趙教授講的建模的問題、表現(xiàn)的問題、交互的問題，由于時間關(guān)系，并沒有展開，但是技術(shù)趨勢是肯定的。同時他講到產(chǎn)業(yè)趨勢，我記住一點，叫顛覆性技術(shù)、爆炸性產(chǎn)業(yè)。講到重點領(lǐng)域，一個是國家科技發(fā)展戰(zhàn)略，一個是大眾的生活需求，這使在座的各位深切感覺到壓力、自信、動力。壓力就是我們在某些技術(shù)方面并不落后，但是從產(chǎn)業(yè)和企業(yè)的角度上看，則有很大的差距，虛擬現(xiàn)實技術(shù)研發(fā)公司更早、更多的是在發(fā)達國家。自信是在我國中長期科技發(fā)展綱要中也把虛擬現(xiàn)實技術(shù)放在重要的位置，我們對其的研發(fā)也有了一定的基礎(chǔ)和規(guī)模。動力在于我們應(yīng)該更加清醒地認識到，實現(xiàn)中華民族的科技復(fù)興，虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一個十分重大而又十分緊迫的領(lǐng)域。

　　趙教授作為我國虛擬現(xiàn)實技術(shù)研究領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物和帶頭人，他的演講內(nèi)容豐富，文理兼?zhèn)?，富有魅力，使我們享受了一次技術(shù)的盛宴、思想的盛宴。讓我們再一次對趙教授豐富、精彩的演講表示衷心的感謝。