关于虚拟现实发展的思考赵沁平院士25

关于虚拟现实发展的思考赵沁平院士虚拟现实技术与系统国家重点实验室2013年美国政府和欧盟相继宣布实施“脑计划”，欲构建人脑模型和虚拟人脑；2014年，Facebook公司宣布斥资20亿美元收购虚拟现实（VR）设备公司Oculus，随后google、微软等大公司接连推出自己的VR头盔显示器，高调宣布进入虚拟现实领域。发达国家政府和大公司从国家战略和大众生活两条不同的战线开始抢占VR制高点，引起了人们对VR技术的关注。虚拟现实的特点虚拟现实：虚拟现实就是采用以计算机技术为核心的现代高技术生成逼真的试、听、触觉一体化的一定范围的虚拟环境，用户可以借助必要的装备以自然的方式与虚拟环境中的物体进行交互作用、相互影响，从而获得亲临等同真实环境的感受和体验。3I特性：-沉浸感(immersion)：参与者可以全身心地沉浸于计算机所生成的三维虚拟环境，产生身临其境的感觉。-交互性(interaction)：参与者可以利用各种自然化人机交互设备与虚拟环境进行交互操作。-构想性(imagination)：参与者可提供建模、呈现等手段构造所想象的逼真虚拟环境。虚拟现实的作用国家科学发展大众精彩生活虚拟现实平台规划决策设计评价训练体验文化娱乐中国政府发布中长期科技发展规划纲要：虚拟现实技术为信息领域优先支持的三大前沿技术之一日本政府发布创新2025科技发展规划：虚拟现实技术为十八个方向之一美国工程院公布人类21世纪面临的14个重大工程挑战问题，虚拟现实是其中之一英国发布2015-2020年8个新兴科学技术群战略报告中6个涉及建模、模拟和虚拟的内容2006年2007年2008年2012年VR+军事：虚拟战场环境超低空突防美军增强现实头盔SIMNETDARPA&DoD1983-1989BFTT、JMASS、CATT、…（基于DIS）美军各军兵种1992-2006美陆军虚拟之旗军演DARPA2014战场观测指引增强显示综合集成环境-LVCVR+制造：虚拟样机宝马拆装施工进程1992波音777采用VR，降低研发周期50%成本60%2001欧洲VIEW计划，VR在工业设计、测试中应用2006福特C3P将VR用于新车设计，降低周期40%，费用30%2014宝马宣布将推出AR眼镜，用于智能维修；福特利用VR技术，沉浸式汽车设计2015丰田分心虚拟驾驶模拟器；克莱斯勒的虚拟整车工厂VR+航空航天飞机驾驶舱仪表评估嫦娥三号登月VR+医学：虚拟手术虚拟人体器官虚拟手术1989美国虚拟可视人技术2005瑞士的“蓝脑”计划2011美国国家卫生研究院的虚拟手术与虚拟手术室2013美国政府、欧盟的虚拟人脑计划VR+商务鞋子家俱家装VR+教育虚拟校园虚拟课堂地理课堂人体解刨课堂虚拟教学实验化学虚拟实验工程力学虚拟实验几何光学虚拟实验计算机集成制造演示虚拟现实技术与系统国家重点实验室虚拟支架手术抗战胜利阅兵96-02分布式虚拟战场环境98-05分布交互仿真运行平台1999-2010实时三维图形平台06-2008***合成部队战术智慧模拟训练系统2006-2011视频图像内容驱动的虚拟场景生成技术06-2013虚拟融合飞机驾驶舱设计评估系统与部件拆装维护系统2012-2016人体数字器官与心血管手术模拟器经过三十多年的发展，VR的基本概念和基本实现方法已初步形成，并在许多行业领域取得可喜的应用成果，成为其发展的新的信息技术支撑平台。VR与+X（应用领域）的关系，类似于数学和物理，VR+成为发展趋势。VR技术开始进入VR+发展期：VR进入国家战略（重要行业发展）VR进入大众生活VR进入互联网与移动VR技术发展的新动力+X（行业）的需求旺盛多样VR交互设备发展迅速移动终端、大数据、网络应用带来VR技术新方向VR的几个发展趋势VR系统特征3I→4IE（volution）（3I+智能化、进化演化）建模技术几何、物理→生理、智能交互技术视觉→真三维听觉→同声传译力觉→触感、温湿感、味觉相关技术和新型应用与虚拟现实发展形成互动，对虚拟现实提出新需求，为虚拟现实提供新元素：1、新型虚拟现实交互设备，如全息、光塑现实2、可穿戴设备与体感交互3、移动终端应用4、新型网络应用5、人体科学等领域应用6、大数据应用关于虚拟人体对真实人体行动静态多源数据采集，并通过几何、物理、生理和智能建模，构建的数字化人体。虚拟人体由于下述原因，虚拟人体的研究开始得到一些发达国家的重视：1、通过“解码”人体器官，对重要的生理、病理、认知思维等现象进行研究，可助推对人体、生命过程和智能的认识；2、基于虚拟人体进行手术规划、预演和训练，提高手术治疗水平；3、基于虚拟人体对病理和药物的作用进行研究，支持新药研发（成功研发一种药物平均需要14年，投入14亿美元；新药的失败率90%）；4、基因图谱、蛋白质组计划等研究成果、越来越多的可获得数据，以及计算机强大的计算能力为多尺度人体器官模型构造提供了条件。下一个十年，在生命科学和医药领域，仿真将带来史无前例的、颠覆性的发展。病体生理学建模技术的发展、新软件平台的研发和可获取数据的增长，共同促进了生物仿真预演技术的新发展——生物系统动态仿真。这是仿真在医药领域的最新发展，超越了简单的化学和分子结构水平。生物仿真预演的应用，支持新治疗药物研发，满足了制药业开发治疗疑难杂症新方法的需求，降低了由此而产生的研发风险和成本。——INTERNATIONALASSESSMENTOFRESEARCHANDDEVELOPMENTINSIMULATION.BASEDENGINEERINGANDSCUENCE,2010愿景未来，宝宝出生后的那一天开始，他/她的健康档案中会有一个完全等同的数字化虚拟宝宝伴随他/她同步成长。未来技术有待突破现有虚拟现实系统距离VR+期望目标，尚存在若干重大技术瓶颈：1、多源数据/模型无缝融合困难（几何、图像、实物）；2、对象模型不能自由交互与变拓朴实时逼真响应；3、缺少非几何物理的生理、生命与智能类模型；4、模型的复杂性、可建模型和可信性理论有待突破5、有限带宽和低计算资源下的图形图像处理低效6、真三维显示、人机体感交互与自然化人机交互设备不如人意。VR产业有望形成上述技术突破将导致VR+新一代虚拟现实系统的出现，并逐步形成如下新的VR产业生长点：1、虚拟现实人机交互设备产业；2、行业应用模拟器、虚拟环境产业；3、领域和行业模型数据产业；4、网络、移动终端虚拟现实产业；5、虚拟现实平台软件和嵌入式系统产业；6、虚拟现实服务产业。VR+重点领域国家战略大众生活1、航空航天1、医疗健康2、国防军事2、教育培训3、装备制造3、商务消费4、智慧城市4、文化娱乐5、公共安全5、社交6、移动与网络应用