2024年1月8日

虚拟现实让生活更精彩

作者 admin

通过模拟现实世界的事物来服务生产生活,是人类实现进步的重要手段。 古代兵马俑、木牛流马等物理模拟,工业时代的机电模拟,信息时代的计算机数字模拟,不断将人类模拟水平推向新的阶段。 随着高性能计算、计算机图形学、自然人机交互等技术的发展,虚拟现实(VR)的出现,使人体模拟水平实现了质的飞跃,达到了新的境界。

用颠覆性技术带来新的认知方法

虚拟现实是应用计算机技术模拟出在视觉、听觉、触觉等方面与真实或想象环境高度相似的数字环境。用户使用头盔显示器、数据手套、运动等必要设备捕捉设备与数字环境中的物体进行交互,创造出身临其境的感觉和体验。

广义的虚拟现实还包括增强现实、混合现实和增强虚拟。 增强现实将计算机生成的数字对象叠加在视频图像或真实环境上,为用户呈现一个虚实结合的新环境; 混合现实与增强现实类似,只不过前者中计算机生成的对象可以与真实环境对象相结合。 区别,而后者则很难区分。 现在普遍使用狭义的虚拟现实概念,即完全由计算机生成的虚拟物体和环境。

设计和实现虚拟现实系统需要数据收集、分析和建模、渲染和呈现以及传感器交互方面的技术。 数据是构建虚拟现实系统的基础。 数据采集设备可分为两类:摄影、摄像、3D激光扫描等通用设备,以及CT、核磁共振等领域的专用设备。 数据采集的质量直接决定虚拟现实技术在各行业的应用效果。 建模是现实世界中的物体在计算机中的数据表示,即利用数学、物理知识和各种数字技术,将现实世界中的物体及其相互关系、相互作用和动态变化映射到数字空间中。 通过输出设备,将虚拟环境中的各种物体模型以视觉、听觉、触觉等形式综合呈现,给用户身临其境的感觉。 虚拟现实的自然交互是指人们在虚拟环境中的操作以及虚拟环境给人们的多感官反馈。

虚拟现实是一项颠覆性技术。 致力于突破二维显示,实现三维呈现; 突破固定屏幕,实现穿戴式自由观看; 突破传统的键盘、鼠标输入方式,实现人体与虚拟环境的手、眼、动作的自然交互; 突破时间和空间的限制,体验者可以沉浸在历史或未来、宏观或微观的现实虚拟环境中。

虚拟现实技术正在对人类社会产生重大影响。 许多科技机构和专家认为,虚拟现实是继个人电脑、智能手机之后的新一代计算平台。 它是互联网未来的新入口,将成为人类认识、体验和改造世界的新手段。

给人类生产带来新模式,给人类生活带来新体验

20世纪60年代,虚拟现实的概念开始被提出。 20世纪80、90年代,虚拟现实被应用于军事、制造、医疗等行业,并取得了显著成果。 经过多年的发展,新型虚拟现实技术已经开始进入大众消费领域,给人们带来全新的体验。 在大众消费市场,“虚拟现实+”已成为发展趋势。

军事是虚拟现实的较早应用。 20世纪80年代初,一些国家的军队开始利用虚拟现实技术构建虚拟战场环境进行军事训练。 目前,虚拟现实技术已全面应用于一些国家各军兵种和联合作战的训练、规划、演练和决策中。 进入21世纪,作战更加复杂、节奏更快、空间更广阔的未来战争对虚拟现实技术提出了更新更高的要求。

虚拟现实技术在装备制造中的应用产生了许多新的制造技术,如沉浸式设计、虚拟样机与评估、虚拟装配、增强现实装拆指导、操作维护培训等。 近年来兴起的数字孪生技术,将虚拟现实应用场景拓展到设备设计、样机、生产、装配、销售、培训、运维等,全面提升生产和管理效率。

医疗健康是虚拟现实技术的重要应用领域。 20世纪90年代,出现了基于点的数字人体和虚拟人体器官。 虚拟人体为医学研究提供了新的实验平台,为临床治疗中的手术规划、演练和优化提供了前所未有的支持。

文化教育也是目前虚拟现实广泛应用的一个领域。 利用虚拟现实技术可以构建各种教学场景,如微观世界的分子、原子,宇宙观世界的空间、太阳系,以及人体三维器官、重大历史事件场景等。 .,从而大大提高学习体验和效率。 此外,虚拟现实图书将传统纸质图书的内容动态、立体地呈现给读者,提高了图书阅读的沉浸感和理解力,对阅读和教学方法产生重要影响。

虚拟现实应用于电子商务,将产品的二维图片展示发展为更加真实的三维全视图。 消费者甚至可以通过手机或者电脑体验试穿、试穿、试用产品的效果。 其他正在开发的应用包括虚拟现实+建筑、虚拟现实+文化旅游和智慧城市。 可见,这些应用扩大了人类感知效率,改变了行业的产品形态和服务模式,推动了行业的升级和发展。

总之,虚拟现实的发展给人类生活带来了新的生产方式和新的体验,同时形成了一个具有发展前景的新产业。

突破数据传输瓶颈迎来快速发展

随着5G技术的普及,虚拟现实将突破数据传输瓶颈,迎来快速发展:系统深度将更加真实,交互高度更加自然,并将与人工智能技术深度融合。

目前,虚拟现实的保真度主要体现在物体的形状和外观上,物理特性仅限于运动学和动力学的范围。 深度写实将能够更丰富地反映物体的其他物理特性,如生命物体的弹塑性、材料特性、生理生化特性。

交互性是虚拟现实的基本特征,高度自然的交互是必然趋势。 首先,计算机系统将对用户完全透明,人与其虚拟现实应用环境之间的自然交互将取代通过键盘和鼠标的人机交互; 其次,头戴式显示设备将进一步向高清、舒适、轻量化方向发展。 设备的眩晕感逐渐减轻,眼动追踪也会让交互更加自然; 第三,AR眼镜逐渐取代屏幕显示; 第四,虚拟现实的触觉识别识别技术、虚拟现实灵活性和温湿度技术的应用,更加个性化的交互设备出现。

未来,人工智能技术将深度融入虚拟现实系统。 一方面,它将带来虚拟环境中虚拟物体和交互的智能化,让VR主播、VR助教、VR护士等更加真实; 另一方面,虚拟现实内容的开发和生产将变得更加智能化和自动化,使VR受到大众的欢迎。 新闻、VR电影、VR游戏将更加丰富。

数字孪生是虚拟现实应用的深度发展。 数字孪生的应用将物联网的互联对象扩展为物理对象及其虚拟孪生体,将物理对象空间和虚拟对象空间连接起来,形成虚实混合空间。 物联网也将发展成为新一代数字孪生网络,从而大幅提高各行业的生产经营效率,产生巨大的经济效益和社会效益。

丰富的数据源、广泛的行业应用、巨大的消费需求,是我国虚拟现实产业发展的独特优势。 同时,我们在源头技术原始创新、基础软硬件平台建设、专用设备研发、标准化推广等方面还有很大的提升空间。 “十四五”时期是我国虚拟现实产业走向集约优化的关键时期。 我们期待虚拟现实技术迎来快速发展,为我们的生活带来更多精彩。

(作者为北京航空航天大学教授、中国工程院院士)