me前沿

赵沁平院士:虚拟现实技术螺旋型发展,虚拟现实产业波浪式前行

作者:中国电子报
赵沁平院士:虚拟现实技术螺旋型发展,虚拟现实产业波浪式前行
赵沁平院士:虚拟现实技术螺旋型发展,虚拟现实产业波浪式前行

11月12日,在江西南昌召开的2022世界VR产业大会上,同期举办了《虚拟现实与行业应用融合发展行动计划(2022—2026年)》(以下简称行动计划)政策宣贯会,中国工程院院士赵沁平在会上从技术角度对行动计划进行解读,并分析了虚拟现实的发展趋势。

虚拟现实将在六方面带来颠覆性影响

赵沁平说,有人问虚拟现实和仿真有什么区别,我说两者的目标没有区别。用人工手段模拟现实世界为人类所用,自古以来就是人类追求的目标。早期的模拟是实物仿真,例如陪葬用的陶俑,草船借箭中的稻草人等。实物仿真主要模拟仿真目标对象的外形外观。后来出现了“实材+机电”类仿真,可以模拟目标对象的某些物理特性,例如用于培训抢救窒息患者的仿真人体。随着计算机技术的发展,出现了计算仿真,主要模拟某些工业生产过程和装备操作,如飞机驾驶模拟器等。随着高性能计算,特别是图形学和自然人机交互的发展出现了虚拟现实技术。虚拟现实是人类在模拟仿真现实世界方面达到的最新境界。不同阶段的仿真技术进步可以实现各领域不同的应用目标,带来不同的体验效果和经济、社会效益。

例如在医学领域,模拟仿真人体进行医学教育和医学研究也一直是人类追求的目标,早在2000多年前的西汉早期就有人体经脉木模型,后来出现“实材+机电”人体,可用于示教、按摩、窒息抢救等实操训练。虚拟现实技术的发展催生出虚拟人体,也就是医用数字人,可以用于示教、手术操作、手术规划、预演、方案评价等,甚至药物实验都可以在医用数字人体上进行,全方位支持医学发展。

虚拟现实是典型的交叉学科,是广谱技术领域,包括近眼显示、渲染计算、内容制作、感知交互、网络传输等。赵沁平表示,这些虚拟现实技术会对现有技术和现有应用在一定程度上带来颠覆性影响,主要在以下几个方面:突破二维显示,实现各种机制的三维显示;突破键盘鼠标的传统输入方式,实现手、眼、行协调的人景自然交互;突破固定屏幕显示,实现眼镜式自由观看;可以突破时空局限,使体验者沉浸在历史或未来、宇观或微观的逼真虚拟环境中;会为各行业带来新的发展契机,产生新的产品形态和服务模式,实现产业升级或换代;是新的媒体形态、互联网的新入口和新社交环境。

虚拟现实要加强技术创新、内容研发

赵沁平说,虚拟现实在工业制造、航空航天、国防军事、公共安全、医疗卫生、教育培训、智慧城市、文化旅游、融合媒体、体育健康、商贸创意、演艺娱乐等众多行业和大众生活领域得到广泛应用,推动行业升级换代,形成新的大众消费体验和领域。

“从20世纪60年代开始出现的虚拟现实技术,呈现出螺旋型发展的特点。从应用和产业来看,每螺旋上升一圈就会有相应的虚拟现实应用和产业涌现,波浪式前行。这也是所有新兴技术产业发展的必然过程,抢占新兴技术产业的起点在不断向技术原始创新前移。这就需要我们的企业,特别是头部企业加大技术研发投入,产学研用结合,坚持不懈,一步一步有所突破,并抓住每一步发展机遇。”赵沁平说。

目前虚拟现实发展存在的问题,表现在技术创新、内容研发、产业生态三个方面。在技术创新方面,全行业对虚拟现实技术系统性的科研不足,技术研发单点改进多、系统性突破少;应用研发多,基础性创新少;娱乐性应用多,战略性行业应用少;视觉展示体验多,交互式体验少,且交互层次浅。在内容研发方面,优质虚拟现实内容缺乏,内容产出量少、频度不够,市场规模受影响;内容质量与硬件性能不匹配,需要更优质、更丰富的内容来提升用户体验,特别是在大众消费领域。同时产业生态须进一步完善。尽管很多企业对产业链中的薄弱环节进行了“强链”行动,但全国虚拟现实产业链协同创新机制尚需进一步形成。

赵沁平说,解决上述问题的根本还在于技术创新和发展。下述10个方面的技术进步和突破,将会带来VR应用和产业的巨大发展。包括:VR头显的类人显示、输入与交互;头戴式显示的空间计算与AR的大场地化;VR视频的数据采集、制作与交互式播放;基于移动终端和互联网的VR;物理特征的更多体现与新型物理模型;模型的进化演化;智能行为模型;视听触觉一致性交互,触觉识别、力交互的个性化;VR内容的智能化、自动化生产技术与通用软件开发工具;VR心理学和VR社会学。

虚拟现实2.0需要更强的智能化和互通性、演变性

虚拟现实未来的发展特点是什么?赵沁平表示,虚拟现实目前有三大特征,沉浸感(Immersion)、交互性(Interaction)、构想性(Imagination),这可以说是虚拟现实1.0。随着虚拟现实应用领域的不断扩展和深化,特别是数字孪生和互联网应用3.0对虚拟现实技术提出了一系列新的创新需求,从而推动虚拟现实进入2.0阶段。

数字孪生是采用虚拟现实技术构建物理实体的虚拟对象,并在两者之间建立双向数据通道。虚拟对象依据物理对象的历史数据和现实状态变化数据,实时或及时地进行相应的更新演化,同时利用自身的运行状态数据,对物理对象全生命周期过程进行实时或及时的预测、监控。

数字孪生带来新的互联网应用,也就是第三代互联网应用。第一代互联网络的连接对象是电脑,其应用主要是社交和市场营销;第二代互联网络应用是物联网,连接对象是万物,其应用扩展至各行业生产和生活服务;数字孪生将实物对象空间与虚拟对象空间融合,成为一种虚实混合空间,将物联网发展成为新一代的虚实融合网,形成第三代互联网应用,也就是互联网3.0,从而大幅度提升各行业领域的生产和服务运行效能。

赵沁平说,要支持互联网3.0,只具有沉浸感、交互性、构想性的虚拟现实1.0难以胜任,必须创新发展为具有5IE特征的虚拟现实2.0。5IE,即沉浸感、交互性、构想性、智能化(Intelligentize)、互通性(Interconnection)和演变性(evolutionary)。智能化包括智能对象及其智能行为建模、人机交互智能化与智能体化身的交互,以及内容生产的智能化。互通性则是虚拟对象/环境和对应的真实对象/环境的多模态数据互通。演变性是虚拟对象模型随着物理对象的形态和状态变化,实时或及时地进行同变,以及生命体和时变体模型可依据相应规律自行演化。这些都需要一系列技术原始创新,使技术不断迭代发展,推动虚拟现实应用、产业和互联网3.0的不断前行。

作者丨刘晶

编辑丨赵晨

美编丨马利亚

监制丨连晓东