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北理工教授王涌天:我国应探讨VR与信息技术深度融合的方式

作者:王涌天来源:中国电子报、电子信息产业网发布时间:2016-05-24 17:48我要评论

信息领域新一轮的革命即将到来,此次颠覆者是蛰伏在研究者手中数十年的虚拟现实技术。

从2013年发布的Google Glass增强现实眼镜,到被脸书收购的Oculus的头盔显示设备Oculus RIFT,再到可能成为索尼“下一个Walkman”的索尼虚拟现实眼镜Project Morpheus;从三星的头戴虚拟现实设备Gear VR到微软的HoloLens眼镜再到HTC的虚拟现实系统HTC VIVE,虚拟现实、增强现实产品在近两年集中式爆发,它们带来的不仅是虚拟现实、增强现实技术本身的进步,而且有可能通过与互联网、移动互联网相结合,以大数据为基础的应用彻底改变整个信息领域的格局。

新一轮的浪潮或将彻底改变人们的生活与交流方式,其影响将不亚于互联网的出现和手机的广泛使用。

虚拟现实应用前景广阔

虚拟现实是人、机、物世界的纽带,是多学科交叉的前沿阵地。

2015年8月,Gartner发布的未来新兴技术周期表显示,从未来2~5年可以完善的手势识别、同声翻译技术,到可能需要10年以上时间才能成熟的真三维显示、脑机交互,有近10项技术与虚拟现实相关。外媒评选出的2016年度10大技术进步中,虚拟现实相关技术占了4项,包括视网膜植入型仿生人眼、可穿戴设备、虚拟现实、语音识别等。

虚拟现实技术具有巨大的应用前景和强烈的市场需求,主要体现在以下四个方面。

第一,传统虚拟现实技术应用领域依然拥有巨大市场潜力和活力:虚拟现实是复杂工程项目的重要基础技术,在核心技术仿真评估和人员训练方面具有不可替代作用,JS、航空、航海、工业等领域越来越需要虚拟现实技术的支撑。

第二,新型可穿戴设备将成为信息时代的下一个爆发点:种种迹象表明,随着头戴式显示设备、智能手表、腕带、脑电波控制的头戴产品、3D视觉操控眼镜等可穿戴设备的发展和成熟,可穿戴技术将在近期获得井喷式发展。

第三,人机交互技术已实现基础技术积累,后续市场发展无可限量:随着人们对交互设备的需求不断提高,拥有良好精度、实时性和用户体验的智能交互设备势必成为发展的主流。目前,手势交互、声音控制等相关技术都在不断成熟发展中。

第四,体验式消费时代为以虚拟现实为基础的大型主题娱乐业提供了无限可能。在国外,迪士尼、环球影城早就将虚拟现实技术用于其主题乐园;在国内,已宣布2020年实现从商业地产到旅游地产转型的万达集团,花巨资投入主题乐园与剧院等旅游地产项目,其中虚拟现实是其主要支撑技术。

各国重视虚拟现实发展规划

国外政府非常重视虚拟现实相关技术的研究,各国政府纷纷制定虚拟现实相关的研究发展规划。

2015年2月,美国政府的“国家网络与信息技术研发计划”在其2016财年预算请求报告中提出了未来研发重点,计划未来一年在八个重点领域投入约41亿美元开展相关研发工作,其中,对人机交互和信息管理的预算每年占比达20%%,在八个领域中位列第二,智能人机交互需求凸显。

欧盟在经费高达800亿欧元的“Horizon 2020”计划中列出了信息与通信技术领域的37个项目,直接涉及智能人机交互的有4个。

在亚太地区,日本政府早在2007年就发布了到2025年的科学技术发展路线图——《创新25战略》,将“自动翻译”、“虚拟现实”等技术纳入其中,并大力支持大型低耗电显示、多语言交流、超临场感交流项目。同样,韩国政府对虚拟现实相关技术加紧布局。2004年,韩国情报通信部提出“U-Korea”战略,将可穿戴式计算机技术列入该战略之中。此外,澳大利亚政府也将人机交互技术、实时计算机视觉系统、自动脸部和身体跟踪技术作为目前信息通信技术领域主要发展方向。

我国及时布局成效显著

在我国,虚拟现实受到了科技部、工业和信息化部、国家基金委等相关政府机构的高度重视和及时支持。在“十二五”期间,国家863计划就从获取、理解、建模、渲染、呈现、交互等六大方面对虚拟现实与数字媒体技术进行系统支持,并取得了阶段性成果。近年来有关高校和研究院所在头戴式显示设备、虚拟场景绘制引擎、增强现实注册定位、新型人机交互技术以及虚拟现实系统应用等方面取得了大量科研成果,获得了一批国家和国际专利,大大缩小了与工业发达国家的差距。

例如,浙江大学研制的3D物理模拟和绘制引擎支持交互式预览,柔体/流体模拟、毛发模拟绘制、人脸动画等技术国际领先,在网易、中南卡通等国内知名企业应用效果显著,形成了具有自主知识产权的3D技术集成环境和服务平台;

北京理工大学采用自由曲面光学、全息和几何波导光学元件等最新技术研制出的系列光学透视式头戴显示设备,体积小、重量轻、成像质量优良、虚实融合效果好,已获得多项中国、美国、欧洲发明专利授权;

华南理工大学、解放军信息工程大学研制了多套新型脑机交互技术,研制了国际上首套基于实时磁共振成像的图像检索脑机交互系统,具有基于功能磁共振信号对人脑视觉实时解码和交互式图像检索功能,实现了通过脑电波控制轮椅、机器人、飞行器等功能;

北京航空航天大学研制的视听触觉融合反馈虚拟现实口腔手术模拟器,是国际上首台可稳定模拟牙周科、牙体科、修复科的多功能虚拟手术系统,已在北京大学口腔医学院和华西口腔医学院等单位开展了教学实验和大规模用户评测;

四川大学和川大智胜公司研制的3D实时渲染引擎采用高性能并行绘制技术,支持更高的仿真模型精度,构建的飞行视景系统达到国际同类产品先进水平,并首次通过中国民航飞行训练设备D级标准认定,在军民航飞行员和管制员训练中成功应用,将逐步替代进口。

此外,中国企业也有很多投入到虚拟现实和自然交互的研发中,华为、中兴、海尔、海信、科大讯飞、联想等均制定了相关的规划,并有相关成果。中国还涌现了诺亦腾、圣威特、乐相科技等一大批专注做VR的创业型公司。

加大对技术方向支持力度

虚拟现实/增强现实技术已出现大规模民用化、产业化的趋势。

随着国外信息领域的巨头们显著加大对本领域的投入,角逐日趋激烈。我国相关科研单位和企业单凭自身技术实力,尚无法与微软、谷歌、三星、索尼、脸谱等跨国公司抗衡。

为在新的信息革命浪潮中取得话语权,我国应该系统布局,加大对虚拟现实技术方向的支持力度,鼓励产学研结合,采取有力措施整合国内分散的研究和市场化资源,弥补我国科研机构与企业之间研发体系与运营模式上的断层,尽快将相关研究成果产品化、工业化和市场化,争取参与甚至引导此次信息领域的变革。

对虚拟现实中设备适人化技术、媒体资源共享管理技术等进行系统攻关,研制关键硬件设备和软件,为虚拟现实产业的形成和发展奠定基础。

Oculus RIFT、Google Glass等穿戴式设备在适人化方面存在明显不足,长时间佩戴会使用户产生不适;同时,针对这些设备的交互技术也存在诸多制约因素,因而限制了其应用领域。

建议在国内已有的技术储备基础上,组织光学、电子学、计算机科学等学科的优势单位,联合医学、心理学、认知科学等领域的研究机构,以虚拟现实设备的适人化等为切入点,研究新型可穿戴技术、交互技术、媒体资源管理技术,开发低成本、高性能、易使用的普适型设备,推出核心软件平台,建立媒体资源共享中心,推动产业化并形成新型产业模式。

深入研究以高沉浸、虚实融合为重要特征的下一代社交化网络的演进趋势,推动相关产业的发展。以移动互联网、大数据和云计算等为基础的社交化网络的发展已经极大地改变了社会的面貌和人们的生活方式,而高沉浸虚拟现实和增强现实正是下一代社交化网络的重要特征。

我国应积极预测虚拟现实技术在未来大众日常生活中的应用模式,探讨其与信息技术领域中互联网、移动通信、大数据、云计算、智慧城市等方向深度融合的方式,深入研究具有独立知识产权的高沉浸、虚实融合社交化网络技术,与国内优势企业合作建立新一代网站,实现技术应用,传承中华文明,传递正能量,促进相关产业快速发展,在国际信息领域的变革中占有先机。

围绕重要应用领域和重大应用问题组织多学科交叉研究,为我国重要行业的技术发展注入活力。虚拟现实的应用领域非常广阔,是典型的多学科交叉融合的技术方向,其发展趋势呈现以应用问题为牵引、以核心技术为基础、以视觉艺术为载体的特点。

建议围绕医学、工业、国防、文化、教育等领域的重大问题,如人体及人脑计划、大型装备设计制造维护、文物保护、智慧博物馆、交互式媒体、中华文化传承等为切入点,组织应用领域、技术研究、艺术设计等多个方面的跨学科研究队伍,推动交叉研究,实现创新应用,利用普适型虚拟现实所提供的新方法和新手段,为应用行业的技术发展注入活力。

(作者王涌天,系北京理工大学信息与电子学部、北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心教授)


责任编辑:林美炳
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