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2015-2016年虛擬現實學科發(fā)展報告

福建信息職業(yè)技術學院科協(xié)

2015年，虛擬現實（VR）產業(yè)受到社會各界廣泛關注。2016年，政府、科技企業(yè)巨頭、創(chuàng)業(yè)企業(yè)等都積極參與到VR產業(yè)中，大量資金涌入，資本市場火爆，點燃了資本市場的熱情，產品逐步進入大眾消費市場，應用領域不斷擴張，是公認的虛擬現實元年。在國內，資本是VR產業(yè)發(fā)展的重要推手，在國外，VR技術發(fā)展是主要推動力量。目前國內VR技術落后于世界，但隨著我國VR產業(yè)整體迅速發(fā)展，酷開等大廠商的高規(guī)格入局，與國外差距正在迅速縮小。2016年，國家相繼推出一系列行業(yè)政策，支持前沿技術開發(fā)、科技成果轉化，推動產業(yè)化與標準的創(chuàng)制、專利的申請、公共技術服務平臺的搭建，圍繞著VR/AR的生態(tài)環(huán)境構建提供了全方位的政策支持。政策的倡導體現了國家對虛擬現實行業(yè)價值的肯定，在其推動支持下虛擬現實行業(yè)統(tǒng)一標準陸續(xù)出臺，為基礎技術研發(fā)及保護、專業(yè)人才教育培養(yǎng)進入發(fā)展快車道保駕護航。該文對虛擬現實學科的發(fā)展現狀及發(fā)展過程中遇到的問題進行深入研究，力求較為客觀、全面地闡述當前國內虛擬現實技術、行業(yè)發(fā)展、應用前景，并對學科研究熱點進行趨勢預測。

虛擬現實技術 新興學科 發(fā)展機遇

1 概述

虛擬現實亦稱虛擬實境（Virtual Reality，簡稱VR），也稱靈境技術或人工環(huán)境，是利用電腦模擬產生一個三度空間的虛擬世界，提供用戶關于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓用戶如同身臨其境一般，可以及時、沒有限制地觀察三度空間內的事物。用戶進行位置移動時，電腦可以立即進行復雜的運算，將精確的三維世界視頻傳回產生臨場感[1]。

VR系統(tǒng)的基本特征有：（1）構想性。指用戶沉浸在多維信息空間中，依靠自己的感知和認知能力全方位獲取知識，發(fā)揮主觀能動性，尋求解答，形成新的概念。（2）沉浸感。指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實程度。（3）交互性。指參與者對虛擬環(huán)境內物體的可操作程度和從環(huán)境中得到反饋的自然程度。

虛擬現實是多學科結合的領域，其核心技術有計算機圖形和仿真技術，此外還有計算機軟硬件、圖像與視覺、人工智能等技術，由于要用到視覺、觸覺、聽覺等多感知通道，還會涉及到光、聲、電、機械技術等。該技術集成了計算機圖形、計算機仿真、人工智能、傳感、顯示及網絡并行處理等技術的最新發(fā)展成果，是一種由計算機技術輔助生成的高技術模擬系統(tǒng)。

與很多技術一樣，在大規(guī)模應用之前，我們還需要突破很多硬件軟件技術的瓶頸，譬如現在我們佩戴的VR眼鏡如Oculus，雖然設計得還算不錯，但持續(xù)戴十幾分鐘，人的眼睛仍可能會感覺難受，嚴重的還會頭暈。目前，全球頂尖學者都在研究人機工程問題，研發(fā)設計出更加舒適又不失沉浸感的設備。再如當戴上眼鏡后，有些人會有大腦被三維虛擬環(huán)境控制的感覺，這可能會帶來心理上的沖擊，因此虛擬現實的應用還會涉及到心理學、社會學等問題。虛擬現實具有較強的學科綜合性和交叉性，已成為科學技術探索過程中除理論研究、科學實驗之外的第三種手段。

雖然VR在一兩年內難以全方位走向大眾，但我們堅信VR將在未來幾年內會在計算機工程界、計算機工業(yè)界進行大規(guī)模應用，會在5年內像當年的智能手機一樣實現井噴。虛擬現實逐漸走向大眾，未來應用前景無限，具有巨大的發(fā)展?jié)摿εc美好的發(fā)展藍圖，讓我們拭目以待。

1.1 虛擬現實行業(yè)發(fā)展概況

隨著Oculus、HTC、索尼等第一線大廠多年的付出與努力，VR產品在2016年迎來了一次大爆發(fā)。這一階段的產品擁有更親民的設備定價，更強大的內容體驗和交互手段，輔以強大的資本支持與市場推廣。整個VR行業(yè)正式進入爆發(fā)成長期。

1.1.1 虛擬現實行業(yè)發(fā)展現況與未來預期

從國內市場研究分析，虛擬現實產業(yè)在2016年得到了政府、企業(yè)、資本、媒體等廣泛的關注，受到來自各方面的力量的推動，國內涌現出一大批VR初創(chuàng)企業(yè)，并推出了大量的消費級產品，另一方面，包括阿里，騰訊、創(chuàng)維酷開、暴風科技等大廠也積極布局VR領域，并屢有重量級的產品推出，呈現出和海外市場截然不同的發(fā)展態(tài)勢。根據市場調查數據，2015 年 VR 產業(yè)的市場規(guī)模為 7.7 億美元，而2016年VR 產業(yè)的市場規(guī)模約為56.6億元，預計虛擬現實產業(yè)2025 年將形成高達到650 億美元的市場[2]。隨著近年 GPU 和 OLED 顯示屏幕的快速發(fā)展，以NVIDIA 和三星為首的底層硬件已經為虛擬現實產業(yè)的爆發(fā)做好了準備。預計 VR 產業(yè)將繼續(xù)保持 5～10 年的快速增長。到 2025 年，PC 端和游戲主機端 VR 設備的總銷量將有望達到 7500 萬臺。屆時 VR 總市場規(guī)模將達到 650 億美元[3]。由此可見，VR 產業(yè)具有極高的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

1.1.2 虛擬現實行業(yè)產業(yè)生態(tài)

(1)上游硬件巨頭壟斷，產品設計百花齊放。在硬件產業(yè)上游，AMOLED 已經戰(zhàn)勝 LCD 成為 VR 顯示屏的主流配置，三星已經牢牢霸占顯示屏 AMOLED 的市場，供貨量達到 95%；顯卡巨頭 NVIDIA 的半壟斷態(tài)勢在 VR 時代也將繼續(xù)維持。VR 設備設計廠商則百花齊放：在定位于高端家用的 PC 端和游戲主機端 VR，Oculus、HTC Vive、Sony PS VR 三足鼎立格局已經初現。在定位于低端便攜使用的移動端 VR，三星 Gear VR 銷量已經超過500萬臺，目前領跑移動端 VR 市場。

(2)軟件穩(wěn)步發(fā)展，爆點內容還需平臺搭橋。在軟件生態(tài)鏈中，操作系統(tǒng)和開發(fā)平臺是基石，開發(fā)者和用戶的粘性高，因此往往形成巨頭長期壟斷的格局。當前 VR 設備和 VR 內容的發(fā)展在初期階段遇到了“雞和蛋”的困境，造成當下“雞和蛋”困境的原因主要是因為 VR 開發(fā)平臺尚處于初級階段，生態(tài)環(huán)境不成熟。

1.1.3 虛擬現實行業(yè)發(fā)展?jié)摿薮?/p>

虛擬現實未來遠景可期，潛力巨大。未來發(fā)展方向主要有：

(1) 虛擬現實開發(fā)平臺。開發(fā)平臺和設備的碎片化導致 VR 開發(fā)工具的移植性較差，開發(fā)成本過高。各大廠商爭相投入開發(fā)的通用、低成本的 VR 開發(fā)平臺將是未來整個 VR 產業(yè)崛起的基石。

(2) 虛擬現實內容。在2016 年，VR 內容的投資熱度已經超越 VR 硬件，成為 VC 關注的焦點。目前 VR 行業(yè)急需通過 2C 的優(yōu)質內容增加用戶基數和用戶黏性。

(3) 體感識別與人機交互新方式。受近年來人機互動的蓬勃發(fā)展，VR 交互新方式成為人機互動開發(fā)者所耕耘的前沿陣地。身體姿態(tài)的信號捕捉和計算一直是人機交互領域重點的研發(fā)方向。

(4) 眼球追蹤技術。目前的 VR 設備在進行圖像渲染時并沒有考慮人眼的焦距，默認所有物體無論遠近都是清晰可見的。因此，用戶可能會在觀看復雜場景中由于過于清晰而導致眼睛疲勞，繼而引發(fā)暈眩。視覺追蹤技術將進一步發(fā)展，能夠分辨用戶觀看的物體和背景，分別進行不同程度的渲染，最終解決聚焦過于清晰導致的暈眩問題。

(5) 增強現實與 SLAM。伴隨著近兩年虛擬現實的快速發(fā)展，增強現實產業(yè)也在近兩年走進大眾視野。微軟的HoloLens 一經發(fā)布，便被眾多科技媒體稱之為“黑科技”。相比較 VR 設備，AR 設備的技術壁壘更高，但應用場景更為廣泛，未來前景巨大。

1.1.4 虛擬現實行業(yè)發(fā)展存在的問題

隨著虛擬現實行業(yè)相關聯技術的提升，資本驅動著行業(yè)爆發(fā)點正在逼近，中國VR產業(yè)潛力是巨大，但仍存在很多問題，主要表現在：

(1) VR的內容極端缺乏是最大障礙?，F在整個VR行業(yè)的各個環(huán)節(jié)還是割裂的，各個廠商還只停留在單點突破的思路上，這也是每一家企業(yè)都無法突破的原因。

(2)硬件技術局限。目前硬件技術存在使用不便、效果不佳等問題，硬件的處理速度不能滿足在虛擬世界中實時處理大量數據的需求。

(3)軟件可用性差。目前大多數VR軟件普遍存在語言專業(yè)性較強、通用性較差、易用性差等問題。受硬件局限性的影響，VR軟件開發(fā)花費巨大且效果有限。此外，相關的算法和理論也尚不成熟。

(4)應用領域有限?，F階段的VR技術主要應用于游戲、娛樂和高校科研，在教育、工業(yè)領域應用還遠遠不足，未來應努力在消費領域的不同行業(yè)發(fā)揮作用。

(5)效果不理想。虛擬世界畫面的表示側重幾何表示，缺乏逼真的物理、行為模型。在虛擬世界的感知方面，視覺合成研究較多，聽覺、觸覺(力覺)關注較少，真實性與實時性不足，基于嗅覺、味覺的設備還沒有成熟及商品化。在與虛擬世界的交互中，自然交互性不夠，在語音識別等人工智能方面的效果并不能令人滿意。

目前VR產業(yè)化進程仍處在萌芽階段，消費級虛擬現實設備和VR殺手級應用的出現將會成為整個市場的轉折點。虛擬現實打破了人類對視覺和觸覺的感知，交互將是未來的重點，藝術手法需要被大量探討。VR的未來，一定是技術和藝術雙驅動，虛擬與現實之間的通道正在形成，人們借助VR可以以第一人稱視角去探索未知的環(huán)境，包括一些人類難以到達的環(huán)境。

1.2 研究虛擬現實學科發(fā)展的目的和實現意義

1.2.1 富有挑戰(zhàn)性的交叉技術

虛擬現實技術是仿真技術的一個重要方向，是仿真技術與計算機圖形學、人機接口技術、多媒體技術、傳感技術、網絡技術等多種技術的集合，是一門富有挑戰(zhàn)性的交叉技術。

1.2.2 促進計算機學科的發(fā)展與交叉

隨著虛擬現實前沿學科快速發(fā)展，誕生了很多新型的硬件、軟件與處理方法，涉及到計算機圖形學、人體工程學、人工智能等多學科綜合應用，虛擬現實系統(tǒng)是一個綜合的系統(tǒng)，虛擬現實技術的發(fā)展促進了這些計算機相關學科的發(fā)展。

1.2.3 促進相關學科理論與技術的進步

首先是硬件技術的進步，虛擬現實系統(tǒng)的建立與實現依賴于計算機等硬件設備，但隨之也大大促進了計算機等硬件設備的高速發(fā)展，與此同時，虛擬現實技術的產生與發(fā)展，本身就依賴于其他技術的最新成果，但相關軟件與理論也隨著虛擬現實技術的發(fā)展而高速發(fā)展，如圖形理論、算法與顯示技術，圖形、圖像/視頻和其他感知信號的處理與融合技術，傳感器與信息獲取技術，人機交互技術等。

1.2.4 計算機應用提高到一個嶄新的水平

虛擬現實技術的用途廣泛，能夠實現人與自然之間和諧交互，擴大人對信息空間的感知通道，提高人類對跨越時空事物和復雜動態(tài)事件的感知能力。VR為人類認識世界提供了全新的方法與手段，對人類的生活產生了重大的影響，使人類可以跨越時間與空間，去經歷和體驗世界上早已發(fā)生或尚未發(fā)生的事件，可以使人類突破生理上的限制，進入宏觀或微觀世界進行研究和探索；也可以模擬因條件限制等原因而難以實現的事情。

1.2.5 促進信息技術更加普及化

虛擬現實技術更高的層次意義是在觀念上，從“以計算機為主體”變成“以人為主體”，人機交互不再使用鍵盤、鼠標、菜單等，而是使用數據手套、頭盔式顯示器等，通過視覺、聽覺、觸覺、嗅覺，運用形體、手勢或口語等媒體形式，參與到信息處理的環(huán)境中去，并獲得身臨其境的體驗，人們可以不必意識到自己在同計算機打交道，而可以像在日常生活中那樣去同計算機交流，這就把人從操作計算機的復雜工作中解放出來，使用計算機無需培訓與學習，操作也異常簡單而方便。在信息技術日益復雜、用途日益廣泛的今天，虛擬現實技術對計算機的普及應用，充分發(fā)揮信息技術的潛力具有重大的意義。

1.2.6 提高了工作效率

虛擬現實技術的應用引起了一系列技術和手段的重大變革，改變了過去—些陳舊的技術，出現了改進產品設計開發(fā)的新技術手段，大大地提高了工作效率，減小了危險性，降低了工作難度，也使職業(yè)人訓練與決策的方式得以改進。

2 國內外虛擬現實學科發(fā)展現狀

虛擬現實給人類帶來“夢想照進現實”的新篇章，各國在虛擬現實技術和產業(yè)的投入都在不斷加大，50多年來，以美國為首的先鋒引領全球虛擬現實領域的高速發(fā)展，歐洲、日本、中國也呈迎頭趕上的趨勢。

2.1 國外VR學科發(fā)展現狀

美國、日本作為虛擬現實技術發(fā)展的重要根據地，現已開始出現不同的研究傾向。美國傾向在感知、用戶界面、后臺軟件和硬件等加大投入，日本在VR知識庫和虛擬現實的游戲方面有著重要影響力，歐洲各國紛紛建立虛擬現實實驗室，將虛擬現實與不同行業(yè)技術相結合，研究范圍廣泛。

2.1.1 美國VR研究狀況

美國是虛擬現實技術研究的發(fā)源地，在虛擬現實技術領域擁有著無可爭議的優(yōu)勢。目前美國在該領域的基礎研究主要集中在感知、用戶界面、后臺軟件和硬件四個方面。

首先，美國政府積極資助虛擬現實技術的研發(fā)。美國宇航局（NASA）的Ames實驗室完善了頭盔顯示器（HMD），并將VPL的數據手套工程化，使其成為可用性較高的產品。NASA研究的重點放在對空間站操縱的實時仿真上，大多數研究是在NASA的約翰遜空間中心完成的。他們大量運用了面向座艙的飛行模擬技術。NASA完成的一項著名工作是對哈勃太空望遠鏡的仿真。NASA的Ames現在正致力于一個叫“虛擬行星探索（VPE）”[4]的試驗計劃（見圖1示意），這一項目能使“虛擬探索者”利用虛擬環(huán)境來考察遙遠的行星，他們的第一個目標是火星?，F在NASA己經建立了航空、衛(wèi)星維護VR訓練系統(tǒng)，空間站VR訓練系統(tǒng)，并且已經建立了可供全國使用的VR教育系統(tǒng)。

圖1 NASA的虛擬行星探索

其次，企業(yè)、高校及科研院所競相掀起虛擬現實技術研究和應用熱潮，同時它們還有一套適時有效的科技政策。北卡羅來納大學計算機系最早進行VR研究，他們主要對分子建模、航空駕駛、外科手術仿真、建筑仿真等開展研究。在顯示技術上，UNC開發(fā)了一個幫助用戶在復雜視景中建立實時動態(tài)顯示的并行處理系統(tǒng)——像素飛機（Pixel planes）。Loma Linda大學醫(yī)學中心成功將計算機圖形及VR的設備用于探討與神經疾病相關的問題。他們以數據手套為工具，將手的運動實時在計算機上用圖形表示出來；SRI研究中心建立了“視覺感知計劃”，研究現有VR技術的進一步發(fā)展。SRI進行了利用VR技術對軍用飛機或車輛駕駛的訓練研究，試圖通過仿真來減少飛行事故。另外，SRI還利用遙控技術進行外科手術的仿真研究。

華盛頓大學華盛頓技術中心的人機界面技術實驗室（HIT Lab）在新概念的研究中起著領先作用，同時也在進行感覺、知覺、認知和運動控制能力的研究。HIT將VR研究引入了教育、設計、娛樂和制造領域。例如，波音公司的V22運輸機就是先在實驗室中造出虛擬機后再投入生產的。

再次，虛擬現實的民間應用也廣泛運用到各行各業(yè)。美國媒體紛紛布局虛擬現實技術，《紐約時報》于2015年11月推出了第一款面向智能手機和谷歌紙板頭盔的虛擬現實新聞客戶端，該客戶端APP名為“NYT VR”，這也是《紐約時報》第一次推出虛擬現實新聞產品。美國廣播公司（ABC）新聞部也推出了一個全新的服務“ABC News VR”，這可能是全世界第一家利用虛擬現實技術報道新聞的電視臺。

2.1.2 日本VR研究狀況

日本虛擬現實技術的發(fā)展在世界相關領域的研究中同樣具有舉足輕重的地位，它在建立大規(guī)模VR知識庫和虛擬現實的游戲方面做出了很大的成就。早在1995年，日本岐阜市召開“虛擬系統(tǒng)與多媒體國際會議”，探討虛擬現實研究發(fā)展。作為當前實用虛擬現實技術的研究與開發(fā)中處于領先位置的國家，日本主要側重于建立大規(guī)模VR知識庫和虛擬現實的游戲的開發(fā)設計。

日本國家級單位和大型企業(yè)在虛擬現實技術的開發(fā)主要集中在虛擬互動系統(tǒng)的設計。日本國際工業(yè)和商業(yè)部工業(yè)科學和技術代辦處經營的產品科學研究院開發(fā)了一種采用X、Y記錄器的受力反饋裝置。他們把這種裝置應用于一個虛擬現實的“游戲棒”中。NEC公司計算機和通信分部的系統(tǒng)研究實驗室開發(fā)了一種虛擬現實系統(tǒng)，它能讓操作者都使用“代用手”去處理三維CAD中的形體模型，該系統(tǒng)通過VPL公司的數據手套把對模型的處理與操作者手的運動聯系起來。

日本大學研究室也為虛擬現實可視化、嗅覺化、全息系統(tǒng)等領域貢獻良多。日本奈良尖端技術研究生院大學教授千原國宏領導的研究小組于2004年開發(fā)出一種嗅覺模擬器，只要把虛擬空間里的水果放到鼻尖上一聞，裝置就會在鼻尖處放出水果的香味，這是虛擬現實技術在嗅覺研究領域的一項突破。東京大學廣瀨研究室重點研究虛擬現實的可視化問題。為了克服當前顯示和交互作用技術的局限性，他們開發(fā)出一種虛擬全息系統(tǒng)，取得了4項成果：一個類似CAVE的系統(tǒng)、用HIMD在建筑群中漫游、人體測量和隨動、飛行仿真器。筑波大學工程機械學院研究了一些力反饋顯示方法，他們開發(fā)了九自由度的觸覺輸入器，開發(fā)了虛擬行走原型系統(tǒng)，步行者只要腳上穿上全方向的滑動裝置，他就能交替邁動左腳和右腳。

日本虛擬現實技術在游戲應用方面的造詣也非常值得稱道。“初音未來”是世界上第一個使用3D全息投影技術舉辦演唱會的虛擬偶像。演唱會中使用的3D全息透明屏幕是一種采用了全息技術的透明投影屏幕，這種投影屏幕具有全息圖像的特點，只顯示來自某一特定角度的圖像，而忽略其他角度的光線。即使是在環(huán)境光線很亮的地方，也能顯示非常明亮、清晰的影像。任天堂在2015年推出一款基于地理位置信息互動的現實虛擬游戲“寵物小精靈GO”（見圖2示意），該款手游由任天堂和開發(fā)商Niantic Labs共同制作。玩家可以通過地圖搜索小精靈并進行收集，玩家之間還可以交換萌寵并展開訓練師競技，將神奇寶貝們帶入現實世界，游戲在北美一推出就引發(fā)萬人空巷的熱潮。

圖2 用戶體驗“寵物小精靈GO”游戲

2.2 國內研究現狀

和美國、日本等國相比，我國的VR技術還有一定差距，但已引起政府有關部門和科學家們的高度重視?！笆濉币?guī)劃、國家自然科學基金會、國家高技術研究發(fā)展計劃等都把VR列入了研究項目。在緊跟國際新技術的同時，國內一些重點院校已積極投入到了這一領域的研究工作。

2.2.1 重點虛擬現實研究機構研究現狀

北京航空航天大學計算機系是國內最早進行VR研究、最有權威的機構之一，他們首先進行了一些基礎知識方面的研究，并著重研究了虛擬環(huán)境中物體物理特性的表示與處理；在虛擬現實中的視覺接口方面開發(fā)出了部分硬件，提出了有關算法及實現方法；實現了分布式虛擬環(huán)境網絡設計，建立了網上虛擬現實研究論壇，可以提供實時三維動態(tài)數據庫，提供虛擬現實演示環(huán)境，提供用于飛行員訓練的虛擬現實系統(tǒng)，提供開發(fā)虛擬現實應用系統(tǒng)的開發(fā)平臺，并將要實現與有關單位的遠程連接。

2007年，北航虛擬現實新技術國家重點實驗室成立，由北京航空航天大學四個一級學科——計算機科學與技術、控制科學與工程、機械工程和生物醫(yī)學工程，聯合與深圳市易尚展示股份有限公司共同開設，下設 5 個研究室，分別是：虛擬環(huán)境研究室、虛擬仿真研究室、虛擬設計研究室、人機交互研究室、基礎理論研究室，主要研究虛擬現實中的建模理論與方法、增強現實與人機交互機制、分布式虛擬現實方法與技術、虛擬現實的平臺工具與系統(tǒng)等專業(yè)領域[5]。近5年來，該實驗室承擔國家“973”計劃、國家“863”計劃、國家自然科學基金、國防科技計劃等各類國家科研項目180 余項，以及100余項其他項目。通過上述科研項目的研究，取得一系列理論、技術創(chuàng)新成果，在《Information Sciences》、《Journal of Systems and Software》、《中國科學》等國內外著名刊物和會議發(fā)表學術論文800余篇。

中國科學院計算技術研究所虛擬現實技術實驗室主要在虛擬現實、多模式人機接口和人工智能等方向開展基礎與前瞻技術研究，目前研究重點集中于“虛擬人合成”和“虛擬環(huán)境交互”。實驗室先后獲得國家863、973、國家自然科學基金、國家科技攻關計劃等項目資助，已取得多項研究成果。曾獲2003年度國家科技進步二等獎，2006年度北京市科技進步一等獎。該實驗室于2007年被中關村管委會認定為“中關村開放實驗室”，主要對企業(yè)界提供核心技術服務。

2.2.2 國內企業(yè)研究現狀

在我國，企業(yè)布局虛擬現實行業(yè)的熱情也空前高漲，目前已有24家企業(yè)虛擬現實實驗室，比較有代表性的，如阿里巴巴設立 VR 實驗室 Gnome Magic Lab，第一個項目是“造物神”計劃，目標是聯合商家建立 3D 商品庫，加速實現虛擬世界的購物體驗；京東 PCL 實驗室（認知感知實驗室），主要研究 DNN 技術（深層神經網絡，Deep Neural Networks）和OCR (光學字符識別，Optical Character Recognition)，將圖像上的文字識別成計算機文字的技術；VR Dream Lab由網易傳媒聯合清華大學共同打造，旨在承擔連接平臺和 VR 內容孵化兩個方面的功能；騰訊優(yōu)圖實驗室（Tencent YouTu Lab），研究方向為人臉識別、語音識別、聊天的機器人等智能硬件。麥克斯·別雷克創(chuàng)新實驗室，是華為聯合徠卡創(chuàng)設，將在新光學系統(tǒng)、計算成像、虛擬現實（VR）和增強現實（AR）領域開展聯合研發(fā)。在未來手機成像上，該實驗室的建立將驅動光學系統(tǒng)和圖像處理技術進一步發(fā)展，從而廣泛地為攝影及移動設備應用提升影像質量等。

另據不完全統(tǒng)計，目前國內涉及VR的是上市公司已達60多家，有相當一部分上市公司在VR行業(yè)擁有舉足輕重的地位。比如，歌爾聲學目前是Oculus獨家ODM供應商，參投了諾亦騰、時光機、互動視界等虛擬現實公司，與川大智勝合作的奧飛動漫，都在全球VR產業(yè)鏈上占有一席之地[6]。

2.2.3 差距

(1)學科基礎薄弱，底層研究不足。相較于美國、日本的虛擬現實研究，我國起步較晚，學科基礎較為薄弱，在數據計算、圖像處理、視覺合成、幾何表示、語音識別等領域的研究還有比較大的差距。相關的硬件設備和軟件系統(tǒng)的開發(fā)也略遜一籌。

(2) VR產品的質量差異較大。目前國內的VR企業(yè)以初創(chuàng)型企業(yè)開發(fā)為主，后由大型企業(yè)逐漸加入或收購，這和國外以幾大科技巨頭為主力，小型企業(yè)多以開發(fā)內容為主的模式不同。因此，國內產品的的同質化程度比較嚴重，交互性能較差，超半數設備不支持外接操作。

(3)虛擬現實應用開發(fā)滯后。我國現階段的VR技術主要應用于軍事領域和高?？蒲?，在教育、工業(yè)領域應用還遠遠不足，在商用和家用消費級領域更是落后一大步。

3 我國虛擬現實學科面臨的重大機遇

我國發(fā)展虛擬現實學科有兩個明顯優(yōu)勢，一是人口優(yōu)勢帶來的巨大的市場空間，二是我國有著良好的信息產業(yè)基礎。近年來，國家政策、橫向產業(yè)和縱向產業(yè)的發(fā)展都為我國虛擬現實學科發(fā)展提供了良好的機遇。

3.1 政策機遇

2016年3月，《國民經濟和社會發(fā)展第十三個五年（2016-2020年）規(guī)劃綱要》正式發(fā)布。2016年4月，在工業(yè)和信息化部電子信息司指導下，中國電子技術標準化研究院組織編寫了《虛擬現實產業(yè)發(fā)展白皮書》。2016年8月，國家發(fā)改委印發(fā)《關于請組織申報“互聯網+”領域創(chuàng)新能力建設專項的通知》指出，我國要建設虛擬現實/增強現實技術及應用國家工程實驗室。目前，各地也正在陸續(xù)出臺虛擬現實行業(yè)相關政策。相信虛擬現實這個新興科技在相關政策的扶持下，能夠迅速發(fā)展，反哺當地經濟，為產業(yè)振興與人才培養(yǎng)做出巨大貢獻。

3.2 經濟與社會機遇

我國國民經濟不斷增長，人均收入逐年提高。中國居民消費結構由生存型逐步向發(fā)展型和享受型轉化?！?0后”、“90后”甚至“00后”已經成為互聯網消費的主流群體，對于優(yōu)質的網游、互聯網視頻等付費的意愿較強。消費者文化娛樂消費的需求不斷增加，優(yōu)質IP的品牌效應對于消費者的影響巨大。例如VR游戲“口袋妖怪GO”就憑借良好的粉絲基礎和游戲品質，一舉成為風靡全球的熱門游戲，吸金無數。此外，手機、計算機制造產業(yè)鏈完善，傳感器、液晶屏等配件價格不斷降低，采購也很方便，這為虛擬現實設備的大量生產和傳播提供了有效的零配件供給和售后服務，讓消費者可持續(xù)購買意愿大大增強。

3.3 技術機遇

3.3.1 虛擬現實硬件開發(fā)具有更大的研究空間和選擇余地

有些研究機構也把虛擬現實稱為未來通用計算平臺之一，把虛擬現實設備看成是繼彩電、計算機、智能手機之后的又一標準產品，因此針對虛擬現實硬件開發(fā)具有廣闊的研究空間和選擇余地。硬件設備分為兩部分，輸出設備和交互設備。輸出設備，即顯示端，包括頭盔類、眼鏡類和一體機；交互設備即捕捉反饋，對空間沉浸感、穩(wěn)定性、低延時、多方位反饋、兼容性等提出較高要求。VR的市場普及速度將很大程度上取決于新技術和設備制造能否跟上，而真正完美的VR設備尚未出現。隨著國家、各級政府和開發(fā)商的努力，像以前的通信和信息技術一樣，虛擬現實將隨著基層性能的提升而逐步發(fā)展。

3.3.2 各行業(yè)、產業(yè)的發(fā)展形成了虛擬現實技術核心驅動力

虛擬現實產業(yè)鏈涵蓋多個細分領域，包括硬件、軟件、應用和服務。

目前國內生產傳感器、光學設備、芯片和顯示屏等零部件和頭盔、眼鏡等硬件交互設備的企業(yè)多達數十家，例如樂視、三安光電、暴風科技等。硬件領域帶動的科技革命將使這些企業(yè)與虛擬現實產業(yè)密切聯系。

4 我國虛擬現實學科面臨的挑戰(zhàn)

我國虛擬現實發(fā)展正在迎來一個新的繁榮期，相對于機遇來說，這個領域目前面臨的挑戰(zhàn)更為嚴峻。目前國內VR企業(yè)大多是中小企業(yè)，多生產頭戴眼睛盒子、外接式頭戴顯示器等VR設備，同質化嚴重，且科技含量不足。中國缺乏像Facebook、微軟、三星之類的技術攻關型領軍企業(yè)?？蒲兴透咝３袚鹆隧敿馓摂M現實設備研發(fā)的重任，但轉換成應用型產品和消費級產品的能力有待提高。

4.1 設備的沉浸效果與便捷性制約著虛擬現實應用的發(fā)展

4.1.1 虛擬現實沉浸體驗感有待提升

目前虛擬環(huán)境的可信性是指創(chuàng)建的虛擬環(huán)境需符合人的理解和經驗，包括有物理真實感、時間真實感、行為真實感等。從虛擬現實給人“逼真”的效果角度來看，虛擬世界的表示側重幾何表示，缺乏逼真的物理、行為模型。在虛擬世界的感知方面，有關視覺合成研究多，聽覺、觸覺（力覺）關注較少，真實性與實時性不足，基于嗅覺、味覺的設備還沒有成熟及商品化。在與虛擬世界的交互中，自然交互性不夠，在語音識別等人工智能方面的效果還遠不能令人滿意。

4.1.2 虛擬現實設備便攜性有待加強

當前虛擬現實設備在沉浸效果和便攜性方面還存在互相矛盾的問題，沉浸感越強的設備卻笨重、繁瑣，無法移動使用，便攜性較好的設備則帶入沉浸感較差，如何開發(fā)具有雙向優(yōu)勢的虛擬現實產品成為未來的重點。

4.2 對人才需求提出嚴峻挑戰(zhàn)

隨著虛擬現實行業(yè)的興起，虛擬現實專業(yè)人才缺乏的短板開始顯現。據不完全統(tǒng)計，全國在VR方面的專業(yè)人才不足3000人，國內虛擬現實公司難以招到合適的技術研發(fā)人員。例如在國內某知名招聘網站上，搜索VR/虛擬現實的工作，顯示結果四千余條，月平均薪資水平近萬元，最高者開出了5萬元月薪的高價。但由于人才本身的缺乏，無論多高的價格，都不可能讓“無源之水”煥發(fā)活力。

僅以絕對人數來看，可能并不缺乏VR從業(yè)者。但高質量、專業(yè)的VR人才儲備尚不完善。VR的核心技術主要涉及圖形圖像、輸入算法、交互、光學等尖端領域，對于人才的要求近乎嚴苛。在這個復合度極高的領域里，能專攻某一領域的專業(yè)人才本身就很少，能綜合性地扎根VR就更加鳳毛麟角。當前VR開發(fā)人員大多是從游戲、動漫、3D仿真、模型等行業(yè)轉型而來，因此，由于行業(yè)技術間的差異性，人才很難快速融入VR領域。

國內VR專業(yè)人才的缺乏反映VR教育體系的缺乏。國外已經有多所大學開設了虛擬現實專業(yè)或開設具有針對性的虛擬現實相關課程，而目前國內職業(yè)類技術院校和綜合類高等院校在虛擬現實專業(yè)的建設上起步很慢，已有的虛擬現實方向也多放在數字展示技術專業(yè)。由于虛擬現實是多學科交叉、創(chuàng)新性很強的新興學科，學校無論在師資引進、軟硬件設備上都存在滯后現象。除此之外，行業(yè)協(xié)會繼續(xù)教育、業(yè)內公司職業(yè)培訓體系打造高等人才也是虛擬現實人才培養(yǎng)急需的重要部分。

5 我國虛擬現實學科發(fā)展的戰(zhàn)略對策

根據目前虛擬現實學科發(fā)展目標與思路，應瞄準技術前沿，把握產業(yè)變革方向，圍繞重點領域，優(yōu)化政策組合，將虛擬現實學科引向一條良性發(fā)展的道路上。

5.1 大力建設國家級產業(yè)基地與實驗中心

當前虛擬現實學科發(fā)展的重點戰(zhàn)略應圍繞新科技、新應用的研發(fā)與推廣。支持虛擬現實產業(yè)創(chuàng)新中心、新技術推廣應用中心建設，大力發(fā)展虛擬現實產業(yè)基地。加強技術培育、研發(fā)及相關研究成果產業(yè)化。江西南昌正在重點打造千億級的全國首家VR產業(yè)基地，中國·福建VR產業(yè)基地也于2016年2月27日掛牌設立，位于福州長樂濱海新城，在國家級福州新區(qū)的核心區(qū)域內，規(guī)劃面積2520畝，目標是打造中國VR產業(yè)高地。

5.2 完善虛擬現實學科發(fā)展環(huán)境

目前國內的產業(yè)資本對虛擬現實這項新技術的敏感性不夠強，沒有內生性的動力來支持新技術的開發(fā)，在供應鏈上的制約非常大。為此，應充分發(fā)揮產業(yè)政策導向和促進競爭功能，構建有利于的監(jiān)管規(guī)則和標準體系。鼓勵民生和基礎設施重大工程采用創(chuàng)新產品和服務。設立國家戰(zhàn)略性產業(yè)發(fā)展基金，鼓勵虛擬現實企業(yè)自主創(chuàng)新研發(fā)。

5.3 虛擬現實企業(yè)開發(fā)策略

當前虛擬現實市場還處在起步階段，阿里巴巴、騰訊、暴風科技等大企業(yè)對回報短期內還沒有很大要求。但初創(chuàng)小企業(yè)應當對未來做好儲備，不應操之過急。企業(yè)應專注于虛擬現實技術平臺的鞏固和推進，摒棄炒作題材的短期投入，逐步形成成熟的商業(yè)模式和應用方案。國內產業(yè)基本應積極推動行業(yè)協(xié)會的成立，以完善虛擬現實產業(yè)鏈。

5.4 加快VR專業(yè)人才培養(yǎng)

針對當前的人才匱乏現狀，可從高校和行業(yè)兩方面入手，著重抓好實踐型應用人才的培養(yǎng)。

5.4.1 完善高校虛擬現實學科人才培養(yǎng)體系

虛擬現實學科發(fā)展需要面向虛擬現實行業(yè)，掌握互動媒體設計制作方法、VR技術等基本理論、基本知識，具備計算機多媒體技術、數字化圖形圖像處理技能，理論到位、技術技能系統(tǒng)實在的高素質應用型人才。目前已經開設虛擬現實專業(yè)的高校應積極引進專業(yè)人才作為師資儲備，或從行業(yè)中聘請經驗豐富的專家進行兼職授課。對于某些在個別條件不具備的學校，也可以嘗試先在其他專業(yè)增加部分相關課程，比如Unity3D的VR游戲制作方向，供給學生選擇，并在這個過程中積累經驗，為今后正式開設虛擬現實專業(yè)做好準備。

5.4.2 在虛擬現實行業(yè)建立繼續(xù)教育與職業(yè)培訓制度

虛擬現實科技的專業(yè)技術換代速度一日千里，學生從課堂學到的知識必須不斷更新與發(fā)展。行業(yè)內對從業(yè)者的繼續(xù)教育與培訓是彌補這一步的關鍵，企業(yè)應有定期培訓、不定期舉辦交流會等多種形式，不斷加強同科研機構的溝通聯系，企業(yè)與機構、學校應形成產、學、研相結合的局面。英國和加拿大的VR從業(yè)者大部分集中在各個高等院校和研究機構當中，主導VR學科的基礎研究和技術創(chuàng)新；美國的VR從業(yè)者大部分都集中在谷歌、微軟、蘋果等科技巨頭當中，力推VR商業(yè)化和市場化。這都能給我們帶來有價值的啟示。

6 結束語

虛擬現實學科是綜合性極強的新興學科，是人工智能、計算機科學、電子學、傳感器、計算機圖形學等許多相關學科領域交叉、集成的產物。2015—2016年，當虛擬現實學科發(fā)展方興未艾時，我們就必須清醒認識到，雖然這個領域的技術潛力巨大，機遇與應用前景也很廣闊，但仍存在著許多尚未解決的理論問題、尚未克服的技術障礙和尚未成熟的產業(yè)環(huán)境。

當我們憧憬虛擬現實學科所帶來的革命性的生活愿景時，還應當就其發(fā)展中遇到各種問題發(fā)出改革的呼聲、提出改良的建議、參與改進的進程。只有真正開始涉及并找到對這些問題的解決途徑時，虛擬現實的“黃金時期”才有可能真正到來。期待有一天，虛擬現實設備與技術像智能手機一樣走進千家萬戶，成為人類創(chuàng)新創(chuàng)意實現新生活的有力工具，實現信息革命時代的又一次科技飛躍。

[1] 中國電子技術標準化研究院. 虛擬現實產業(yè)發(fā)展白皮書5.0[S] . 2016.

[2] 艾瑞咨詢. 2016中國虛擬現實（VR）行業(yè)研究報告[R]. 2016.

[3] SuperDat & Unity. 2016年虛擬現實市場報告[R].2017.

[4] 楊江濤.虛擬現實技術的國內外研究現狀與發(fā)展[J].信息通信，2015(1):138.

[5] 虛擬現實技術與系統(tǒng)國家重點實驗室(北京航空航天大學)[J]．中國科學:信息科學, 2009(7):58-59.

[6] 謝若琳.61家上市公司貼“虛擬現實”標簽[N] .證券時報，2016-02-25(C01).

張秀玉，林立文，劉向暉，林道貴，黃躍琛。