虛擬現實：通向元宇宙的『蟲洞』
新領域 新賽道系列
虛擬現實
在所有為大眾所熟知的前沿科技中，虛擬現實《VR》是重點也是熱點。
它關系生產和產業結構，也關系學習、生活與娛樂，是非常有趣的『多面派』。
如何理解『虛擬現實』？『虛擬現實』與其他前沿科技的關系又是什麼？帶著這些問題，《經濟》雜志、經濟網記者專訪了東北大學軟件學院數字媒體技術系主任高天寒教授。
您理解的『虛擬現實』是怎樣的？
高天寒：虛擬現實是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機仿真技術，其目標是以計算機技術為核心，結合相關科學技術，生成在視覺、聽覺、觸覺、味覺等方面高度近似的數字化環境，即虛境。
用戶借助必要的裝備與數字化環境中的對象進行交互作用，相互影響，產生親臨相應真實環境的感受和體驗。
虛擬現實具有多感知、沉浸、交互、構想四個基本特征，強調虛擬現實中用戶的主導作用。
從過去用戶隻能從計算機系統的外部去觀測處理的結果，到能夠沉浸到計算機系統所創建的虛擬環境中；從過去用戶隻能通過鍵盤、鼠標與計算環境中的單維數字信息發生作用，到能夠使用多種傳感器與多維信息環境發生交互；從過去用戶隻能以定量計算為主的結果中得到啟發從而加深對事物的認識，到有可能從定性和定量綜合集成的環境中得到感知和理性的認識從而深化概念並萌發新意。
總而言之，作為當今時代最前沿的科學、哲學和技術之一，虛擬現實是一種創造全面幻想的全新手段。
虛擬現實是用戶感受美好或體驗恐懼的最強大媒介，其將帶給用戶前所未有的體驗。
在人類認知和感知方面，虛擬現實正逐漸成為研究人類存在的重要手段。
虛擬現實已經為中國工業生產帶來哪些積極影響？
高天寒：虛擬現實作為數字可視化的最新表現形式，借助其特性將傳統的數據信息以更加形象的方式展現出來，為數據賦予生命，使用戶能夠身臨其境地感受數據流程中的真正效果，在工業領域的精密設備技能培訓、復雜工藝流程優化等方面具有重要應用前景。
在以工業為首的高精尖產業領域，生產設備成本高昂、操作復雜。
如果操作人員在未經過系統培訓的情況下對設備進行操作，往往會造成設備損壞，從而產生巨額維修成本，因此工業領域的人員培訓一直是困擾行業的難題。
與此同時，工業領域的工藝生產流程往往十分復雜，且隨著科技與需求的不斷發展，對現有工藝流程的改進和優化已逐漸常態化。
優化過程中的實驗測試成本高昂，即無法保證實驗數量的充足性。
而虛擬現實不但可以通過結合三維建模技術對精密生產設備進行仿真，同時可以模擬各種參數下的生產效果並進行實驗比對，有效減少了實驗成本，進而保證工藝流程優化的高效性與可行性。
以工業領域的鋼鐵冶金全流程為例，其涵蓋燒結、煉鐵、煉鋼、連鑄、軋鋼等環節。
鋼鐵冶金的生產工藝復雜，且在生產冶煉過程中，各個環節間均擁有大量實時數據的傳輸，復雜的冶煉參數會對鋼鐵冶煉質量產生直接影響。
在實際過程中，不同的冶煉需求要通過不斷調整冶煉環節的各個參數，通過分析對比所煉鋼鐵的質量來確定此次冶煉過程的參數標準。
傳統嘗試過程冶煉成本巨大、技術操作復雜且培訓難度較高，借助虛擬現實可以有效解決鋼鐵冶金全流程中的成本高、培訓難等問題。
隨著虛擬現實技術的成熟與不斷發展，我們可以將鋼鐵冶金全流程通過虛擬場景進行模擬，同時根據鋼鐵冶煉原理在系統中響應實時的冶煉參數，通過高仿真效果將對應的鋼鐵冶煉效果表現出來，再現動態的系統工作原理、生產流程及冶煉效果。
針對不同的冶煉需求進行有針對性而又詳盡的工藝流程模擬，可對操作人員進行工藝流程、設備安裝、系統性能等方面的培訓，從而有效降低冶煉成本和實際操作風險。
虛擬現實與工業制造結合構建數字化工廠，能夠將全生產流程進行仿真存儲在系統中，使工業設計的手段和思想發生質的飛躍。
數字化工廠系統將生產的各種數據實現可視化，在一個系統中就能直觀看到生產線中的所有實時數據，並對生產情況實時監控。
另外，管理人員還可以在虛擬數字化工廠中對生產進行管理規劃，實現生產工序設計、生產線佈局、工藝改造和流程模擬，科學合理地調動各種資源，從而使生產管理規劃實際應用更高效，對企業提高開發效率，加強數據采集、分析、處理能力，減少決策失誤，降低風險起到了重要作用。
想要全面提升VR全產業鏈條質量，我們還需要做好哪些工作？
高天寒：要全面提升全產業鏈條質量，首先要解決產業內標準不一的問題。
當下各種虛擬現實硬件設備層出不窮，各公司之間仍未形成統一標準，導致虛擬現實行業的開發者必須在應用開發過程中或打包完成後進行移植，以完成不同設備的兼容性，這對開發者來說會產生極大的額外工作量。
OpenXR標準組織力求把各個平臺的SDK標準統一，業內可以基於此項研究繼續開展深入調研，達成開發者隻需開發一次應用就能在不同平臺上分佈運行的最終目標。
實現業界開發標準的統一對VR產業來說將是極大利好。
其次，硬件設備制作廠商需要全力突破清晰度、計算性能與眩暈問題。
軟件內容制作人員在產品設計研發過程中需要進行全方位的市場調研，同時提升自身技術水平，力求保證產品完整度與易用性高、畫面真實度與操作感強，為用戶提供良好的沉浸交互式體驗。
人才培養是VR產業的最重要一環。
領域內的各高校和企業需立足於虛擬現實技術，打造面向市、省、全國的階梯貫通式專業人才培養模式和以虛擬現實相關領域的社會服務與企業人才輸送為導向的技術創新體系，力求培養具備虛擬現實關鍵應用開發能力，具有創新精神、團隊精神與敬業精神，從事虛擬現實領域專業技術崗位及管理崗位的實用性、復合型、國際化高級行業人才。
同時，以虛擬現實技術在教育培訓、醫療、社交娛樂、工業農業、旅遊、城市房產、電商、軍事、航空航天等各領域的應用為主體技術架構，解決傳統領域的技術及共性難題，形成實用高效的解決方案，從而實現產學研一體化與社會效益的最大化，全面提升VR產業鏈條的質量。
您如何看待虛擬現實技術與元宇宙、數字孿生的關系？
高天寒：元宇宙是利用科技手段進行連接與創造的，是與現實世界映射與交互的虛擬世界，是具備新型社會體系的數字生活空間。
元宇宙具備創造性、實時性、持續性、連接性、兼容性、經濟屬性六大特性，具有基礎設施層、人機交互層、去中心化層、空間計算層、創作者經濟層、發現層、體驗層七層產業鏈。
第一階段的元宇宙賦能社交與娛樂，第二階段即為全真互聯網，賦能生活和產業。
虛擬現實技術是通向元宇宙的『蟲洞』，全景沉浸式交互設備是連接玩家與元宇宙的重要交互手段，虛擬現實能夠讓用戶進入全仿真環境，全面連接玩家的視覺、聽覺、觸覺、味覺，而增強現實和混合現實則能讓虛擬世界與真實世界共同存在且相互融合。
與此同時，虛擬現實技術是元宇宙全生命周期的支撐技術，為以遊戲、交互、人工智能、區塊鏈、物聯網、網絡計算為核心的元宇宙技術架構的搭建與完善奠定重要基礎。
數字孿生是集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應實體裝備的全生命周期過程。
數字孿生是以智能數據解析為基礎的實時虛擬交互和映射，本身具備高效決策、深度分析等特點，將有力推動數字產業化和產業數字化進程，加快實現數字經濟戰略。
同時，數字孿生也是以數字化方式創建物理實體的虛擬實體，借助歷史數據、實時數據及算法模型，模擬、驗證、預測、控制物理實體全生命周期過程的有效技術手段，即『長得像，動作一致，思維統一』。
數字孿生涵蓋人工智能、區塊鏈、雲計算、大數據、邊緣計算、霧計算、5G、超高清、物聯網、泛虛擬現實等全鏈條技術，物理實體、虛擬實體、服務、孿生數據、連接構成了數字孿生五維模型，而虛實共生性、高仿真性、高實時交互性、深度洞見性則為數字孿生的四大特性。
虛擬現實提供的沉浸式交互方式使得數字化世界在感官和體驗上更加接近於物理世界，讓『孿生』一詞變得更為精妙。
您如何看待元宇宙的發展前景及風險？
高天寒：元宇宙的發展需要大量創新，包括內容生成、經濟模式、交互方式等。
在用戶端，最重要的是接入元宇宙的方式。
當下設備隻能提供視覺、聽覺等基礎信息，腦機接口技術尚未成熟；而在系統端，元宇宙的平穩運行對算力、時延等的需求也極大，傳統的軟硬件架構無法企及。
元宇宙前景廣闊，機遇與挑戰並存，其發展道路仍很漫長，所有領域內相關技術的從業人員必須腳踏實地，專註底層理論與技術研究，從而在元宇宙逐步完善的過程中占據主動。
產業內卷、資本操縱、壟斷張力、輿論泡沫、算力壓力、經濟風險、隱私風險、沉迷風險、知識產權、倫理制約是元宇宙未來發展的十個主要風險。
比如，如何在去中心化的框架中構建元宇宙的倫理框架共識，仍需從多視角進行探索；再比如，個體隱私數據作為支撐元宇宙持續運轉的底層資源需要不斷更新和擴張，數據資源合規收集、儲存與管理尚待探討。
來源/《經濟》雜志、經濟網
記者/寇佳麗