虚拟现实：通向元宇宙的“虫洞”_寇佳丽.pdf

前沿QIANYAN虚拟现实：通向元宇宙的“虫洞”经济杂志、经济网记者寇佳丽在所有为大众所熟知的前沿科技中,虚拟现实（VR）是重点也是热点。它关系生产和产业结构,也关系学习、生活与娱乐,是非常有趣的“多面派”。如何理解“虚拟现实”？“虚拟现实”与其他前沿科技的关系又是什么？带着这些问题,经济杂志、经济网记者专访了东北大学软件学院数字媒体技术系主任高天寒教授。经济:您理解的“虚拟现实”是怎样的？高天寒:虚拟现实是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真技术,其目标是以计算机技术为核心,结合相关科学技术,生成在视觉、听觉、触觉、味觉等方面高度近似的数字化环境,即虚境。用户借助必要的装备与数字化环境中的对象进行交互作用,相互影响,产生亲临相应真实环境的感受和体验。虚拟现实具有多感知、沉浸、交互、构想四个基本特征,强调虚拟现实中用户的主导作用。从过去用户只能从计算机系统的外部去观测处理的结果,到能够沉浸到计算机系统所创建的虚拟环境中；从过去用户只能通过键盘、鼠标与计算环境中的单维数字信息发生作用,到能够使用多种传感器与多维信息环境发生交互；从过去用户只能以定量计算为主的结果中得到启发从而加深对事物的认识,到有可能从定性和定量综合集成的环境中得到感知和理性的认识从而深化概念并萌发新意。总而言之,作为当今时代最前沿的科学、哲学和技术之一,虚拟现实是一种创造全面幻想的全新手段。虚拟现实是用户感受美好或体验恐惧的最强大媒介,其将带给用户前所未有的体验。在人类认知和感知方面,虚拟现实正逐渐成为研究人类存在的重要手段。经济:虚拟现实已经为我国工业生产带来哪些积极影响？高天寒:虚拟现实作为数字可视化的最新表现形式,借助其特性将传统的数据信息以更加形象的方式展现出来,为数据赋予生命,使用户能够身临其境地感受数据流程中的真正效果,在工业领域的精密设备技能培训、复杂工艺流程优化等方面具有重要应用前景。在以工业为首的高精尖产业领域,生产设备成本高昂、操作复杂。如果操作人员在未经过系统培训的情况下对设备进行操作,往往会造成设高天寒新领域 新赛道系列虚拟现实55前沿QIANYAN备损坏,从而产生巨额维修成本,因此工业领域的人员培训一直是困扰行业的难题。与此同时,工业领域的工艺生产流程往往十分复杂,且随着科技与需求的不断发展,对现有工艺流程的改进和优化已逐渐常态化。优化过程中的实验测试成本高昂,即无法保证实验数量的充足性。而虚拟现实不但可以通过结合三维建模技术对精密生产设备进行仿真,同时可以模拟各种参数下的生产效果并进行实验比对,有效减少了实验成本,进而保证工艺流程优化的高效性与可行性。以工业领域的钢铁冶金全流程为例,其涵盖烧结、炼铁、炼钢、连铸、轧钢等环节。钢铁冶金的生产工艺复杂,且在生产冶炼过程中,各个环节间均拥有大量实时数据的传输,复杂的冶炼参数会对钢铁冶炼质量产生直接影响。在实际过程中,不同的冶炼需求要通过不断调整冶炼环节的各个参数,通过分析对比所炼钢铁的质量来确定此次冶炼过程的参数标准。传统尝试过程冶炼成本巨大、技术操作复杂且培训难度较高,借助虚拟现实可以有效解决钢铁冶金全流程中的成本高、培训难等问题。随着虚拟现实技术的成熟与不断发展,我们可以将钢铁冶金全流程通过虚拟场景进行模拟,同时根据钢铁冶炼原理在系统中响应实时的冶炼参数,通过高仿真效果将对应的钢铁冶炼效果表现出来,再现动态的系统工作原理、生产流程及冶炼效果。针对不同的冶炼需求进行有针对性而又详尽的工艺流程模拟,可对操作人员进行工艺流程、设备安装、系统性能等方面的培训,从而有效降低冶炼成本和实际操作风险。虚拟现实与工业制造结合构建数字化工厂,能够将全生产流程进行仿真存储在系统中,使工业设计的手段和思想发生质的飞跃。数字化工厂系统将生产的各种数据实现可视化,在一个系统中就能直观看到生产线中的所有实时数据,并对生产情况实时监控。另外,管理人员还可以在虚拟数字化工厂中对生产进行管理规划,实现生产工序设计、生产线布局、工艺改造和流程模拟,科学合理地调动各种资源,从而使生产管理规划实际应用更高效,对企业提高开发效率,加强数据采集、分析、处理能力,减少决策失误,降低风险起到了重要作用。经济:想要全面提升 VR 全产业链条质量，我们还需要做好哪些工作？高天寒:要全面提升全产业链条质量,首先要解决产业内标准不一的问题。当下各种虚拟现实硬件设备层出不穷,各公司之间仍未形成统一标准,导致虚拟现实行业的开发者必须在应用开发过程中或打包完成后进行移植,以完成不同设备的兼容性,这对开发者来说会产生极大的额外工作量。OpenXR 标准组织力求把各个平台的 SDK 标准统一,业内可以基于此项研究继续开展深入调研,达成开发者只需开发一次应用就能在不同平台上分布运行的最终目标。实现业界开发标准的统一对 VR产业来说将是极大利好。其次,硬件设备制作厂商需要全力突破清晰度、计算性能与眩晕问题。软件内容制作人员在产品设计研发过程中需要进行全方位的市场调研,同时提升自身技术水平,力求保证产品完整度与易用性高、画面真实度与操作感强,为用户提供良好的沉浸交互式体验。人才培养是 VR 产业的最重要一环。领域内的各高校和企业需立足于虚拟现实技术,打造面向市、省、全国的阶梯贯通式专业人才培养模式和以虚拟现实相关领域的社会服务与企业人才输送为导向的技术创新体系,力求培养具备虚拟现实关键应用开发能力,具有创新精神、团队精神与敬业精神,从新领域 新赛道系列虚拟现实56前沿QIANYAN事虚拟现实领域专业技术岗位及管理岗位的实用性、复合型、国际化高级行业人才。同时,以虚拟现实技术在教育培训、医疗、社交娱乐、工业农业、旅游、城市房产、电商、军事、航空航天等各领域的应用为主体技术架构,解决传统领域的技术及共性难题,形成实用高效的解决方案,从而实现产学研一体化与社会效益的最大化,全面提升 VR 产业链条的质量。经济:您如何看待虚拟现实技术与元宇宙、数字孪生的关系？高天寒:元宇宙是利用科技手段进行连接与创造的,是与现实世界映射与交互的虚拟世界,是具备新型社会体系的数字生活空间。元宇宙具备创造性、实时性、持续性、连接性、兼容性、经济属性六大特性,具有基础设施层、人机交互层、去中心化层、空间计算层、创作者经济层、发现层、体验层七层产业链。第一阶段的元宇宙赋能社交与娱乐,第二阶段即为全真互联网,赋能生活和产业。虚拟现实技术是通向元宇宙的“虫洞”,全景沉浸式交互设备是连接玩家与元宇宙的重要交互手段,虚拟现实能够让用户进入全仿真环境,全面连接玩家的视觉、听觉、触觉、味觉,而增强现实和混合现实则能让虚拟世界与真实世界共同存在且相互融合。与此同时,虚拟现实技术是元宇宙全生命周期的支撑技术,为以游戏、交互、人工智能、区块链、物联网、网络计算为核心的元宇宙技术架构的搭建与完善奠定重要基础。数字孪生是集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程,在虚拟空间中完成映射,从而反映相对应实体装备的全生命周期过程。数字孪生是以智能数据解析为基础的实时虚拟交互和映射,本身具备高效决策、深度分析等特点,将有力推动数字产业化和产业数字化进程,加快实现数字经济战略。同时,数字孪生也是以数字化方式创建物理实体的虚拟实体,借助历史数据、实时数据及算法模型,模拟、验证、预测、控制物理实体全生命周期过程的有效技术手段,即“长得像,动作一致,思维统一”。数字孪生涵盖人工智能、区块链、云计算、大数据、边缘计算、雾计算、5G、超高清、物联网、泛虚拟现实等全链条技术,物理实体、虚拟实体、服务、孪生数据、连接构成了数字孪生五维模型,而虚实共生性、高仿真性、高实时交互性、深度洞见性则为数字孪生的四大特性。虚拟现实提供的沉浸式交互方式使得数字化世界在感官和体验上更加接近于物理世界,让“孪生”一词变得更为精妙。经济:您如何看待元宇宙的发展前景及风险？高天寒:元宇宙的发展需要大量创新,包括内容生成、经济模式、交互方式等。在用户端,最重要的是接入元宇宙的方式。当下设备只能提供视觉、听觉等基础信息,脑机接口技术尚未成熟；而在系统端,元宇宙的平稳运行对算力、时延等的需求也极大,传统的软硬件架构无法企及。元宇宙前景广阔,机遇与挑战并存,其发展道路仍很漫长,所有领域内相关技术的从业人员必须脚踏实地,专注底层理论与技术研究,从而在元宇宙逐步完善的过程中占据主动。产业内卷、资本操纵、垄断张力、舆论泡沫、算力压力、经济风险、隐私风险、沉迷风险、知识产权、伦理制约是元宇宙未来发展的十个主要风险。比如,如何在去中心化的框架中构建元宇宙的伦理框架共识,仍需从多视角进行探索；再比如,个体隐私数据作为支撑元宇宙持续运转的底层资源需要不断更新和扩张,数据资源合规收集、储存与管理尚待探讨。新领域 新赛道系列虚拟现实57