虚拟现实技术应用前景广阔

郑瑟

　　虚拟现实(VR)是近些年来新崛起的技术，这种技术借助于光学设备制造虚拟影像，建立起一种类似真实的影像场景。从狭义上讲，虚拟现实指的是借助设备(比如头盔、眼镜等)制造一种封闭性的虚拟场景，与之相比，增强现实(AR)就要开放一些，它借助拍摄、显示设备将现实的影像与设备中预设的影像一块儿显示出来，除了设备制造的虚拟影像以外，真实影像也被拍摄入设备中，两者叠加，形成虚拟影像与真实影像杂合在一起的复合影像。而混合现实(MR)从技术上讲是增强现实的高级阶段，它本质是增强现实的技术，但从达成的影像质量上看，虚拟影像与现实影像能够达成基本一致的效果，两者间的差异可以有选择性地忽视，这就从实际上造成了虚拟影像与现实影像的真正融合。

　　在影像中，我们分不出来或者没有必要分出来现实的和虚拟的区别，从而抬高了虚拟影像的地位，使其达到一种不是现实但像似现实的效果，进而在很多方面执行现实影像的作用。从目前技术发展来看，VR、AR、MR在虚拟效果上不断向现实延伸，最终达到的目标是替换现实或与现实影像不分。从技术上看，VR在慢慢成熟，而AR还在探索阶段，MR更是需要时间才能得到比较大的发展。这里从其作用于现实方式的角度将其视为一种整体性的虚拟现实技术。

　　我们往往把虚拟现实看作一种技术形式，并且认为所有的技术都是服务于人的生活的，它可能对生活产生正面作用，也会产生负面作用，重要的是如何消除负面作用。这样的看法无可厚非。虚拟现实的确是为了服务于生活而创造的，或至少是以这样的名义进行的。当虚拟现实技术还不成熟的时候，我们更多看到它给生活带来的好处，如可以解决一系列的难题，技术会让生活变得更好。无论人文研究者怎样以一种保守的姿态提醒新技术可能带来的人性伤害，技术带给生活的力量都是不可阻挡的。但是，一旦虚拟现实技术成熟，成为生活中不可或缺的要素的时候，它的负面基因往往就显示出来，这时对它的批判开始成为普遍的声音，但这时它本身已经成为生活的一部分，无论如何都不可能再消除掉。从效果上看，批判(包括意识形态批判和文化批判)是一种规约科学技术的方法，可以防止技术过于泛滥，缺乏节制。从电话、广播、电视、互联网等几种新技术形式的发展中，我们都能看到这样的一个潜在的作用形式。

　　每一种新技术都会产生与之相适应的艺术形式，一旦虚拟现实在技术上成熟，新的艺术形式将成为最引人注目的艺术形式，它不仅改变电影的形态，连表演、导演、音效、画面等都将同时被改变。

　　一切虚拟现实技术都不仅仅生产影像，从影像的逼真和创造性来看，它不仅仅是一种技术形式，更是一种艺术形式。只是在起始阶段，我们更倾向于把它看作技术，而不看作艺术。因为技术的形式是确定的，而它作为一种艺术形式却是新的，此前不存在此种介质上的艺术呈现，而这一艺术呈现需要一定的时间为自己获得艺术认证而努力。如果我们把虚拟现实看作一种艺术形式，那么它就不是在讨论技术细节问题，而是从一种整体的影像形态来衡量它与现实影像的关系。只有从整体影像的角度，我们才有可能将虚拟现实视为艺术。但即便如此，这一认证的路还很漫长，因为一种虚拟的影像成为艺术必须经过既有艺术观念的批判，同时它也必然运用它在文化生活中获得的成功来说服(一定程度上是逼迫)既有艺术规制将它容纳进艺术范围之中。

　　从艺术与现实关系角度来看，虚拟现实将为我们提供技术形式演变为艺术形式的典范道路。一般的影像往往以现实为基础，它们模仿现实，并且改造现实，从而形成某种影像，比如绘画、摄影、电影等等，这些"如实"反映给我们，造成了真实的感觉，它们被认为是以真实为基础产生的。即便我们承认这样的观念，并且将这种观念平移到虚拟影像上来，也就是即便我们相信虚拟影像来自于现实，但是它的作用也是完全不同凡响的，超出此前的使用方式。虚拟现实艺术在起步阶段会受到欢迎的一个原因是:它还没有达到成熟阶段那种虚拟与真实不分的程度，虚拟影像和真实影像还可轻易地区分开来，这也带来一种安全感:毕竟我们还是可以控制的。但可以想见，这样的控制随着技术的发展会逐渐失效，而这一过程越明显，它所蕴含的危险就越被人们关注到，人们的反对声浪也会越强烈。

　　就目前而言，虚拟现实在技术上经过发展，已经开始趋向成熟。从目前来看，人们的心态还处于好奇的阶段，虚拟现实影像所带来的冲击还没有真正引起文化生活的海啸，但虚拟现实影像对现实影像的替代所引起的文化方面的不适将很快引起注意。如果说以往各类技术是对人的身体的改造和融入的话，那么以互联网和虚拟现实技术为基础的技术就是以一种刺入的方式进入身体和社会文化的。区分的标准是时间因素。以往的技术，比如早期的笔纸等书写工具都是需要长期的社会准备和文化准备，最后才成为一种普遍交流的工具;而现代以来，传播和交流的工具普及的速度越来越快，电波的利用、汽车飞机的发明、广播和电视的出现，等等，都呈现出越来越快速的普及速度，互联网更进一步地强化了这一趋向，从互联网出现到几乎将所有人网罗在内，形成一个"地球村"，只用了20年左右的时间。

　　当人们普遍入"网"的时候，文化心理上的不适应是非常明显的，上网时间太长被当作一种叫作"网瘾"的病，这个病被普遍谈论，各种生理和心理的治疗手段都轮番拿出来当作"治疗"的利器摆弄一番。但无论怎样都无法阻挡"网瘾"者的前赴后继。我们所有的城市都在努力建设充满各个城市空间的无线网络，让人们可以24小时在网中，因为如果不能随时联网，人们就会发现很不方便，若干年前把这种不方便的感觉叫作"心理依赖"。而"网瘾"呢?再也没有了。当网络成为生活普遍配置的时候，以前的"病"就不再是病。从实际情况来看，"症状""加重"了，"病"却消失了。变化的是社会观念。

　　虚拟现实技术是重要的新兴信息技术，与制造业融合发展的前景广阔，有望成为未来创新制造业发展模式、提升制造业竞争力的新工具、新动力。

　　要推进制造强国战略、实现制造业转型升级，离不开新一代信息技术的应用。虚拟现实技术的出现和发展，给制造业研发设计、生产制造、经营管理、销售服务等全产业链创新发展提供了新工具、新方法，也为两化深度融合带来了新抓手、新动力。

　　随着虚拟现实技术与产业的共同发展，制造业虚拟现实技术的应用案例不断涌现，以中国一拖集团有限公司(简称：一拖集团)为例，该公司应用本土企业曼恒数字研发的“数字化虚拟现实显示系统”，打造出虚拟装配车间，可实现360度内部全景漫游，为我国大型农业装备制造行业发展注入了新鲜血液和强大力量。我国必须把握机遇，加大对这一技术的推动力度，助力制造业朝着数字化、网络化、智能化的方向转型升级。

　　虚拟现实技术可以展现产品的立体面貌，使研发人员能够全方位构思产品的外形、结构、模具及零部件配件使用方案。特别是在飞机、汽车等大型装备产品的研制过程中，运用虚拟现实技术能大幅提升对空气动力学的把握和产品性能的精准性。波音公司将虚拟现实技术应用于777型和787型飞机的设计上，通过虚拟现实的投射和动作捕捉技术，完成了对飞机外型、结构、性能的设计，所得到的方案与实际飞机的偏差小于千分之一英寸。据统计，采用虚拟现实技术设计的波音777飞机，设计错误修改量减少了90%、研发周期缩短了50%、成本降低了60%。

　　在装配环节，虚拟现实技术目前主要应用于精密加工和大型装备产品制造领域，通过高精度设备、精密测量、精密伺服系统与虚拟现实技术的协同，能够实现细致均匀的工件材质、恒温恒湿洁净防震的加工环境，以及系统误差和随机误差极低的加工系统间的精准配合，从而提高装备效率和质量。一拖集团应用本土企业曼恒数字研发的“数字化虚拟现实显示系统”，打造出虚拟装配车间，可实现360度内部全景漫游，既能多角度观察每个装配工位，又能精准跟踪装配工件的生产工艺流程，为我国大型农业装备制造行业发展注入了新鲜血液和强大力量。

　　虚拟现实技术应用于复杂系统的检修工作中，能够实现从出厂前到销售后的全流程检测，并突破空间限制、缩短时间需要，提高服务效率、拓展服务内容、提升服务质量，将制造业服务化推向新的阶段。例如，美国福特公司联合克莱斯勒公司与IBM合作开发了应用于汽车制造的虚拟现实环境，在汽车出厂前就可检验其存在的设计缺陷，并辅助修正，大大缩短了新车研发周期。未来，通过远程数据传输，虚拟现实技术将帮助实现实时、远程、预判性的监测维修服务。

　　在复杂的、高精度的制造环境中采用虚拟现实技术培训，能够立体展现制造场景，帮助学员通过全方位的感知体验，获取高仿真的、可重复的、低风险的制造工艺学习体验。与航空业利用虚拟现实技术设计模拟驾驶室训练宇航员的经历相似，利用虚拟现实技术建立虚拟培训基地，有利于制造业从业人员提前熟悉制造场景、提升应用技能。当前，已有许多国内外企业运用虚拟现实技术开展培训工作。例如，英国皇家装甲公司采用虚拟现实技术，对14.5吨的新型车辆进行车辆训练模拟，实现了对专用车型驾驶员的操作培训。

　　鉴往知今，当虚拟现实艺术在这个时代兴起的时候，我们可以想见文化观念既兴奋又恐惧的反应。兴奋在于一种新的技术和艺术形式必将带来新的审美形态和社会感知形式，我们又可以享受新的审美盛宴;恐惧在于这些新形式主要以技术的外观表现出来，它对我们以一种刺入和入侵的方式展现出来，这必然产生文化不适，只有没有"成见"的青少年才对它热情拥抱，成年人则充满警惕，而成年的精英团体操纵着文化话语，所以对它的批判是可以想见的。从目前状况来看，对混同影像的审美心态还没有准备好，可以想见，当混同影像开始发展，并成为一种青年亚文化的普遍现象时，对混同影像的警惕和批判必然成为一个时期的理论风尚，就像2000年左右对网瘾的批判和治疗一样。这是文化机体对新文化元素接入的过激反应，也是一种正常的过激反应。这是现代社会形成的一种鉴别机制，它既是保守的，也是激进的。它的保守性在于它往往跟主流的技术发展和社会发展方向唱反调，从而形成一种整体性的保守状态。它的激进性在于这种保守姿态不过是社会防御系统中的一种鉴定方式，正是通过这种鉴定和批判，提前对技术和新艺术的缺陷进行反省，以建立演变和改良的健康机制。由于新的文化与新技术的结合时间变得越来越短，这种过激反应的强度也会变得很强烈，但可以预期，过激反应的平复时间也会变得越来越短。

　　从应用基础看，我国在虚拟现实领域已经形成一批科研成果，为在制造业推广应用奠定了基础。北京航空航天大学和一汽公司合作开发的板料成形软件，基本能够模拟车门等复杂覆盖件的冲压成型过程;沈阳铸造研究所开发的电渣熔铸工艺模拟软件已经应用在水轮机组叶片曲面造型中;合肥工业大学开发研制的双刀架数控车加工模拟已应用于马鞍山钢铁车轮轮箍厂。

　　从应用实践看，我国已在航天、航空、汽车等高端制造领域初步应用了虚拟现实技术。中国商飞研发出虚拟现实仿真系统，用于新型民机的预先研究评估和关键技术攻关;一汽、二汽、上汽等汽车公司运用UG、CATIA、PRO-E等三维软件进行产品设计已积累多年的经验，具备了应用虚拟现实所需的数据基础。

　　从产业基础看，我国制造业规模位居全球第一，规模以上制造企业数量超过32万家，产业门类齐全、产品种类丰富，产业体系健全，虚拟现实技术的应用场景丰富，空间广大。

　　从政策环境看，《中国制造2025》和“互联网+”行动等战略的相继出台，以及国家刚刚提出的推动《中国制造2025》与“互联网+”融合发展计划，都体现了对智能制造和协同制造发展的重要支持，虚拟现实技术则是其中的重要技术支撑。近期发布的智能制造试点示范2016专项行动实施方案等文件，也进一步明确了虚拟现实在制造业发展中的重要意义。

　　由于虚拟现实技术还处于发展与应用的孕育期，在制造业领域的应用经验尚不充足，两者融合发展还面临一些问题。

　　一是应用场景和应用路径尚不清晰。国内企业对虚拟现实技术的特征、应用方法等缺乏基本了解与整体把握，对制造业各环节与虚拟现实技术的结合点尚不清晰，加之应用场景设计缺失，产业标准不统一，难以对工业技术与虚拟现实技术的融合应用形成明确的产业化引导，从而制约了应用范围的拓展。

　　二是我国制造业自身发展层级不高，致使新技术应用的效率成本难以平衡。目前应用虚拟现实技术的企业主要集中于航空、汽车、仪器仪表等高端制造行业，以及原型设计、精密加工等高端制造环节。我国的低端加工制造占比较大，进入高端制造的行业和企业不多，涉及制造前端原型样机设计、流程仿真的屈指可数，导致企业的应用能力不足、应用意愿不强。

　　三是虚拟现实行业应用的供应链短板依然明显。除了在虚拟现实相关主控芯片、光学器件、高端传感器等方面存在共性短板外，国内面向工业制造的增强现实模块化产品设计、操作维修、仿真训练等虚拟现实内容和应用供应严重匮乏，缺乏应用开发工具和开发平台，系统集成能力不强。供应链的短板加大了行业融合应用的成本，延缓了推广进程。

　　强化顶层设计，面向行业需求规划应用路径。结合《中国制造2025》的实施，从高端制造行业和重点环节入手，定义和构建若干典型应用场景，明确应用需求。引导制造企业从现有基础和实际出发，分步、有序地推进虚拟现实技术在制造领域的融合应用。第一，推动虚拟现实技术在设计研发、检测维护、操作培训、营销展示等环节的应用，提升辅助设计能力和制造服务化水平。第二，将虚拟现实技术应用于协同制造、远程协作等方面，建立生产过程数据采集和分析系统，实现生产进度、现场操作、质量检验、设备状态、物料传送等生产现场数据的可视化管理，提高制造执行、过程控制的精确化程度。第三，推进虚拟现实在产品全生命周期各环节和企业管理各方面的应用，实现企业设计、工艺、制造、管理、物流等环节的集成优化，推进企业数字化设计、装备智能化升级、工艺流程优化、精益生产、可视化管理、质量控制与追溯、智能物流等方面的快速提升。

　　加强重点攻关，尽快突破行业应用技术瓶颈。聚焦制造领域典型应用，布局关键技术研发攻关，突破工业互联网信息三维空间的注册定位、建模、搜索、显示与交互等核心技术，提升工业级虚拟现实主控芯片、微显示器、高端传感器供应能力，加快虚拟设计、虚拟装配制造、虚拟检测维修、虚拟培训等工业软件及工具包的开发及产业化，构筑工业大数据和虚拟现实相结合的智能服务云平台，提升产业自主创新能力和融合创新能力。

　　制定标准规范，开展行业应用联合测试验证。构建基于虚拟现实技术的信息物理系统参考模型和综合技术标准体系，推动工业级虚拟现实软硬件标准，以及工业互联网设备、产品之间标识解析、数据交换、安全通信等标准的制定。建设虚拟现实应用测试验证平台和综合验证试验床，开展兼容适配、互联互通和互操作等测试验证。

　　推进试点示范，扩大行业应用范围和影响力。面向汽车、钢铁、高端装备制造等重点行业，设立若干基于虚拟现实的智能制造应用示范区，打造智能制造单元、智能生产线、智能车间、智能工厂，通过应用验证反馈完善系统功能。培育一批系统解决方案供应商，组织开展行业系统解决方案应用试点，为中小企业提供标准化、专业化的系统解决方案。组织成立虚拟现实产业与应用推进联盟，推广宣传典型示范案例，提高相关企业、产品和品牌影响力，进一步推动其市场化应用。

　　根据中国起重机械网、中国社会科学网等采编【版权所有，文章观点不代表华发网官方立场】