随着虚拟现实技术的日益成熟，虚拟现实在产业界的关注度持续升温。Facebook、Google、Microsoft、Sony、HTC等巨头纷纷推出虚拟现实相关产品，有媒体称2015年虚拟现实将发展成重要消费电子类别的一年。

   实际上虚拟现实的有关概念早在上个世纪60年代就已经被科学家提出，其产业化发展几起几落，中国工程院院士赵沁平认为虚拟现实技术掀起的热潮将呈现“虚拟现实+”的发展模式，它将成为诸多行业发展的信息支撑技术，给人类生活带来巨大的变革。

起源于美国

本刊记者：虚拟现实并不是一个全新的概念，它的内涵这些年有什么变化吗？

 赵沁平：虚拟现实的概念最初是在上个世纪60年代提出来的，1965年美国科学家Sutherland在《终极的显示》论文中首次提出了对虚拟现实发展极有意义的“交互图形显示”等基本概念，此后人们对虚拟现实进行了持续的探索和研究。1980年，名词“virtual reality”（VR）被正式提出，一直沿用至今。但实际上模拟仿真现实自古就有，比如“草船借箭”中的稻草人，“纸船明烛照天烧”中的纸船等。

具体来说，虚拟现实技术是通过以计算机技术为核心的现代高技术（人机交互、物理、数学等技术），生成逼真的视觉、听觉、触觉等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。虚拟现实具有“3I”特性，即沉浸感（immersion）、交互性（interaction）和构想性（imagination）。

美国是虚拟现实技术研究的发源地，目前也代表着世界该领域的发展水平。在美国虚拟现实技术的研究中，NASA的探索特别引人注目。1984年NASA Ames研究中心虚拟行星探测实验室组织开发的火星探测虚拟环境视觉显示器，将火星探测器发回的数据输入计算机，为地面研究人员构造了火星表面的三维虚拟环境。目前，NASA己经建立了用于航空、卫星维护的VR训练系统，空间站VR训练系统，并且已经建立了可供全国使用的VR教育系统。

此外，美国高校在VR领域研究也各有特色：如北卡罗来纳大学（UNC）计算机系主要研究分子建模、航空驾驶、外科手术仿真、建筑仿真等；麻省理工学院（MIT）是研究人工智能和计算机图形学及动画的先锋，这些技术都是VR技术的基础。

从上世纪80年代初起，美国率先将虚拟现实技术用于军事领域，主要有以下四个方面：一是虚拟战场环境，二是进行单兵模拟训练，三是实施诸军兵种联合演习，四是进行指挥员训练。

中国研究

本刊记者：中国的虚拟现实研究是什么样的情况？

赵沁平：我国从上个世纪90年代初期开始虚拟现实方面的研究，国家自然科学基金、国家863计划等都对虚拟现实研究给予了支持。国内一些高校和科研院所在虚拟现实研究方面也取得了一定的成绩。北京航空航天大学计算机学院是国内最早进行虚拟现实技术研究的单位之一，其虚拟现实技术与系统国家重点实验室目前主要研究虚拟现实的建模理论与方法，比如虚拟实体的几何、物理和行为建模，大规模虚拟场景的表示与实时绘制等；增强现实与人机交互的机制，比如虚拟环境与真实环境的无缝融合，人机界面的设计与实现；分布式虚拟现实的方法与技术，比如大规模多节点数据采集，通信数据发布一致性处理等；虚拟现实的平台工具和系统，主要是提供开发虚拟现实应用系统的开发平台以及硬件装置，系统的标准制定等。浙江大学、清华大学、北京大学、北京理工大学、北京师范大学、四川大学、西安交通大学、中科院计算所等在虚拟现实建模、真实感图形技术、临场感、立体显示，以及虚拟现实应用等方面都有相当出色的工作。

本刊记者：具体来说，虚拟现实技术目前处于什么样的发展阶段？

赵沁平：经过30多年的发展，VR的基本概念和基本方法已经初步形成，在军事、航空航天，制造业等行业领域取得了可喜的成果，成为其发展的新的信息技术支撑平台。目前VR技术开始进入VR+发展时期：即逐步进入国家战略（重要行业发展）、进入大众生活、进入互联网及移动各个领域，形成VR+X的关系，行业需求旺盛，VR+成为新的发展趋势。

   本刊记者：能否举例来说明一下VR+的具体应用？

 赵沁平：比如在军事领域，模拟战场环境，通过虚拟（增强）现实设备远程交互实现异地的军事仿真训练等；在制造业领域，虚拟样机设计开始得到应用，如福特、丰田的虚拟汽车样机、宝马的汽车拆装维护系统等；在航空领域，飞机的复杂管线设计和驾驶舱的仪表布局评估等都开始应用虚拟现实技术。

如果说这些应用还离大众有一定的距离，那么医学、商务和教育领域，虚拟现实也开始展现身手。虚拟人体器官、虚拟手术、模拟试衣、虚拟课堂、虚拟教学实验等都有广阔的发展前景。

挑战和机遇

  本刊记者：从技术发展的路线来看，虚拟现实发展呈现什么样的趋势？

赵沁平：刚才我提到VR的“3I”特性，即沉浸性、交互性和构想性，未来VR技术还将增加智能化、进化演化的特性。就建模技术来说，将从以几何、物理模型为主扩展到生理、智能模型；从交互技术的角度来看，不仅现在主要的视觉、听觉交互会逐渐向真三维和同声传译的方向发展，未来触觉、味觉等其他感官的交互也都将出现突破，将虚拟现实技术真正推向虚实完美融合的境界。

本刊记者：虚拟现实技术的突破将需要哪些底层技术的突破？

赵沁平：虚拟现实技术是多学科交叉的综合性技术，现有的VR系统要发展为VR+系统还存在不少的技术瓶颈：多源数据/模型无缝融合困难（几何、图像、实物）；模型对象不能自由交互并且实时响应；缺少非几何物理的生理、生命与智能类模型；模型的复杂性、可建模性和可信性理论有待突破；有限带宽和低计算资源下的图形图像处理低效等等。

以人体科学领域为例：虚拟人体的构建需要通过对真实人体进行动静态多源数据采集，并通过几何、物理、生理和智能建模，来构建数字化人体，最后使得虚拟人体的人脑具有思维特征（逻辑思维），人体行为具有智能特征。

本刊记者：之前您提到过对于人体的模拟，是虚拟现实的终极发展目标之一，为什么这么说？

赵沁平：我认为有以下几个原因：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；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；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，而且失败率在90%左右）；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建提供了条件……