2015-2016年虚拟现实学科发展报告



2015-2016年虚拟现实学科发展报告

福建信息职业技术学院科协

2015年，虚拟现实（VR）产业受到社会各界广泛关注。2016年，政府、科技企业巨头、创业企业等都积极参与到VR产业中，大量资金涌入，资本市场火爆，点燃了资本市场的热情，产品逐步进入大众消费市场，应用领域不断扩张，是公认的虚拟现实元年。在国内，资本是VR产业发展的重要推手，在国外，VR技术发展是主要推动力量。目前国内VR技术落后于世界，但随着我国VR产业整体迅速发展，酷开等大厂商的高规格入局，与国外差距正在迅速缩小。2016年，国家相继推出一系列行业政策，支持前沿技术开发、科技成果转化，推动产业化与标准的创制、专利的申请、公共技术服务平台的搭建，围绕着VR/AR的生态环境构建提供了全方位的政策支持。政策的倡导体现了国家对虚拟现实行业价值的肯定，在其推动支持下虚拟现实行业统一标准陆续出台，为基础技术研发及保护、专业人才教育培养进入发展快车道保驾护航。该文对虚拟现实学科的发展现状及发展过程中遇到的问题进行深入研究，力求较为客观、全面地阐述当前国内虚拟现实技术、行业发展、应用前景，并对学科研究热点进行趋势预测。

虚拟现实技术 新兴学科 发展机遇

1 概述

虚拟现实亦称虚拟实境（Virtual Reality，简称VR），也称灵境技术或人工环境，是利用电脑模拟产生一个三度空间的虚拟世界，提供用户关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让用户如同身临其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。用户进行位置移动时，电脑可以立即进行复杂的运算，将精确的三维世界视频传回产生临场感[1]。

VR系统的基本特征有：（1）构想性。指用户沉浸在多维信息空间中，依靠自己的感知和认知能力全方位获取知识，发挥主观能动性，寻求解答，形成新的概念。（2）沉浸感。指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。（3）交互性。指参与者对虚拟环境内物体的可操作程度和从环境中得到反馈的自然程度。

虚拟现实是多学科结合的领域，其核心技术有计算机图形和仿真技术，此外还有计算机软硬件、图像与视觉、人工智能等技术，由于要用到视觉、触觉、听觉等多感知通道，还会涉及到光、声、电、机械技术等。该技术集成了计算机图形、计算机仿真、人工智能、传感、显示及网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机技术辅助生成的高技术模拟系统。

与很多技术一样，在大规模应用之前，我们还需要突破很多硬件软件技术的瓶颈，譬如现在我们佩戴的VR眼镜如Oculus，虽然设计得还算不错，但持续戴十几分钟，人的眼睛仍可能会感觉难受，严重的还会头晕。目前，全球顶尖学者都在研究人机工程问题，研发设计出更加舒适又不失沉浸感的设备。再如当戴上眼镜后，有些人会有大脑被三维虚拟环境控制的感觉，这可能会带来心理上的冲击，因此虚拟现实的应用还会涉及到心理学、社会学等问题。虚拟现实具有较强的学科综合性和交叉性，已成为科学技术探索过程中除理论研究、科学实验之外的第三种手段。

虽然VR在一两年内难以全方位走向大众，但我们坚信VR将在未来几年内会在计算机工程界、计算机工业界进行大规模应用，会在5年内像当年的智能手机一样实现井喷。虚拟现实逐渐走向大众，未来应用前景无限，具有巨大的发展潜力与美好的发展蓝图，让我们拭目以待。

1.1 虚拟现实行业发展概况

随着Oculus、HTC、索尼等第一线大厂多年的付出与努力，VR产品在2016年迎来了一次大爆发。这一阶段的产品拥有更亲民的设备定价，更强大的内容体验和交互手段，辅以强大的资本支持与市场推广。整个VR行业正式进入爆发成长期。

1.1.1 虚拟现实行业发展现况与未来预期

从国内市场研究分析，虚拟现实产业在2016年得到了政府、企业、资本、媒体等广泛的关注，受到来自各方面的力量的推动，国内涌现出一大批VR初创企业，并推出了大量的消费级产品，另一方面，包括阿里，腾讯、创维酷开、暴风科技等大厂也积极布局VR领域，并屡有重量级的产品推出，呈现出和海外市场截然不同的发展态势。根据市场调查数据，2015 年 VR 产业的市场规模为 7.7 亿美元，而2016年VR 产业的市场规模约为56.6亿元，预计虚拟现实产业2025 年将形成高达到650 亿美元的市场[2]。随着近年 GPU 和 OLED 显示屏幕的快速发展，以NVIDIA 和三星为首的底层硬件已经为虚拟现实产业的爆发做好了准备。预计 VR 产业将继续保持 5～10 年的快速增长。到 2025 年，PC 端和游戏主机端 VR 设备的总销量将有望达到 7500 万台。届时 VR 总市场规模将达到 650 亿美元[3]。由此可见，VR 产业具有极高的发展潜力。

1.1.2 虚拟现实行业产业生态

(1)上游硬件巨头垄断，产品设计百花齐放。在硬件产业上游，AMOLED 已经战胜 LCD 成为 VR 显示屏的主流配置，三星已经牢牢霸占显示屏 AMOLED 的市场，供货量达到 95%；显卡巨头 NVIDIA 的半垄断态势在 VR 时代也将继续维持。VR 设备设计厂商则百花齐放：在定位于高端家用的 PC 端和游戏主机端 VR，Oculus、HTC Vive、Sony PS VR 三足鼎立格局已经初现。在定位于低端便携使用的移动端 VR，三星 Gear VR 销量已经超过500万台，目前领跑移动端 VR 市场。

(2)软件稳步发展，爆点内容还需平台搭桥。在软件生态链中，操作系统和开发平台是基石，开发者和用户的粘性高，因此往往形成巨头长期垄断的格局。当前 VR 设备和 VR 内容的发展在初期阶段遇到了“鸡和蛋”的困境，造成当下“鸡和蛋”困境的原因主要是因为 VR 开发平台尚处于初级阶段，生态环境不成熟。

1.1.3 虚拟现实行业发展潜力巨大

虚拟现实未来远景可期，潜力巨大。未来发展方向主要有：

(1) 虚拟现实开发平台。开发平台和设备的碎片化导致 VR 开发工具的移植性较差，开发成本过高。各大厂商争相投入开发的通用、低成本的 VR 开发平台将是未来整个 VR 产业崛起的基石。

(2) 虚拟现实内容。在2016 年，VR 内容的投资热度已经超越 VR 硬件，成为 VC 关注的焦点。目前 VR 行业急需通过 2C 的优质内容增加用户基数和用户黏性。

(3) 体感识别与人机交互新方式。受近年来人机互动的蓬勃发展，VR 交互新方式成为人机互动开发者所耕耘的前沿阵地。身体姿态的信号捕捉和计算一直是人机交互领域重点的研发方向。

(4) 眼球追踪技术。目前的 VR 设备在进行图像渲染时并没有考虑人眼的焦距，默认所有物体无论远近都是清晰可见的。因此，用户可能会在观看复杂场景中由于过于清晰而导致眼睛疲劳，继而引发晕眩。视觉追踪技术将进一步发展，能够分辨用户观看的物体和背景，分别进行不同程度的渲染，最终解决聚焦过于清晰导致的晕眩问题。

(5) 增强现实与 SLAM。伴随着近两年虚拟现实的快速发展，增强现实产业也在近两年走进大众视野。微软的HoloLens 一经发布，便被众多科技媒体称之为“黑科技”。相比较 VR 设备，AR 设备的技术壁垒更高，但应用场景更为广泛，未来前景巨大。

1.1.4 虚拟现实行业发展存在的问题

随着虚拟现实行业相关联技术的提升，资本驱动着行业爆发点正在逼近，中国VR产业潜力是巨大，但仍存在很多问题，主要表现在：

(1) VR的内容极端缺乏是最大障碍。现在整个VR行业的各个环节还是割裂的，各个厂商还只停留在单点突破的思路上，这也是每一家企业都无法突破的原因。

(2)硬件技术局限。目前硬件技术存在使用不便、效果不佳等问题，硬件的处理速度不能满足在虚拟世界中实时处理大量数据的需求。

(3)软件可用性差。目前大多数VR软件普遍存在语言专业性较强、通用性较差、易用性差等问题。受硬件局限性的影响，VR软件开发花费巨大且效果有限。此外，相关的算法和理论也尚不成熟。

(4)应用领域有限。现阶段的VR技术主要应用于游戏、娱乐和高校科研，在教育、工业领域应用还远远不足，未来应努力在消费领域的不同行业发挥作用。

(5)效果不理想。虚拟世界画面的表示侧重几何表示，缺乏逼真的物理、行为模型。在虚拟世界的感知方面，视觉合成研究较多，听觉、触觉(力觉)关注较少，真实性与实时性不足，基于嗅觉、味觉的设备还没有成熟及商品化。在与虚拟世界的交互中，自然交互性不够，在语音识别等人工智能方面的效果并不能令人满意。

目前VR产业化进程仍处在萌芽阶段，消费级虚拟现实设备和VR杀手级应用的出现将会成为整个市场的转折点。虚拟现实打破了人类对视觉和触觉的感知，交互将是未来的重点，艺术手法需要被大量探讨。VR的未来，一定是技术和艺术双驱动，虚拟与现实之间的通道正在形成，人们借助VR可以以第一人称视角去探索未知的环境，包括一些人类难以到达的环境。

1.2 研究虚拟现实学科发展的目的和实现意义

1.2.1 富有挑战性的交叉技术

虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向，是仿真技术与计算机图形学、人机接口技术、多媒体技术、传感技术、网络技术等多种技术的集合，是一门富有挑战性的交叉技术。

1.2.2 促进计算机学科的发展与交叉

随着虚拟现实前沿学科快速发展，诞生了很多新型的硬件、软件与处理方法，涉及到计算机图形学、人体工程学、人工智能等多学科综合应用，虚拟现实系统是一个综合的系统，虚拟现实技术的发展促进了这些计算机相关学科的发展。

1.2.3 促进相关学科理论与技术的进步

首先是硬件技术的进步，虚拟现实系统的建立与实现依赖于计算机等硬件设备，但随之也大大促进了计算机等硬件设备的高速发展，与此同时，虚拟现实技术的产生与发展，本身就依赖于其他技术的最新成果，但相关软件与理论也随着虚拟现实技术的发展而高速发展，如图形理论、算法与显示技术，图形、图像/视频和其他感知信号的处理与融合技术，传感器与信息获取技术，人机交互技术等。

1.2.4 计算机应用提高到一个崭新的水平

虚拟现实技术的用途广泛，能够实现人与自然之间和谐交互，扩大人对信息空间的感知通道，提高人类对跨越时空事物和复杂动态事件的感知能力。VR为人类认识世界提供了全新的方法与手段，对人类的生活产生了重大的影响，使人类可以跨越时间与空间，去经历和体验世界上早已发生或尚未发生的事件，可以使人类突破生理上的限制，进入宏观或微观世界进行研究和探索；也可以模拟因条件限制等原因而难以实现的事情。

1.2.5 促进信息技术更加普及化

虚拟现实技术更高的层次意义是在观念上，从“以计算机为主体”变成“以人为主体”，人机交互不再使用键盘、鼠标、菜单等，而是使用数据手套、头盔式显示器等，通过视觉、听觉、触觉、嗅觉，运用形体、手势或口语等媒体形式，参与到信息处理的环境中去，并获得身临其境的体验，人们可以不必意识到自己在同计算机打交道，而可以像在日常生活中那样去同计算机交流，这就把人从操作计算机的复杂工作中解放出来，使用计算机无需培训与学习，操作也异常简单而方便。在信息技术日益复杂、用途日益广泛的今天，虚拟现实技术对计算机的普及应用，充分发挥信息技术的潜力具有重大的意义。

1.2.6 提高了工作效率

虚拟现实技术的应用引起了一系列技术和手段的重大变革，改变了过去—些陈旧的技术，出现了改进产品设计开发的新技术手段，大大地提高了工作效率，减小了危险性，降低了工作难度，也使职业人训练与决策的方式得以改进。

2 国内外虚拟现实学科发展现状

虚拟现实给人类带来“梦想照进现实”的新篇章，各国在虚拟现实技术和产业的投入都在不断加大，50多年来，以美国为首的先锋引领全球虚拟现实领域的高速发展，欧洲、日本、中国也呈迎头赶上的趋势。

2.1 国外VR学科发展现状

美国、日本作为虚拟现实技术发展的重要根据地，现已开始出现不同的研究倾向。美国倾向在感知、用户界面、后台软件和硬件等加大投入，日本在VR知识库和虚拟现实的游戏方面有着重要影响力，欧洲各国纷纷建立虚拟现实实验室，将虚拟现实与不同行业技术相结合，研究范围广泛。

2.1.1 美国VR研究状况

美国是虚拟现实技术研究的发源地，在虚拟现实技术领域拥有着无可争议的优势。目前美国在该领域的基础研究主要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件四个方面。

首先，美国政府积极资助虚拟现实技术的研发。美国宇航局（NASA）的Ames实验室完善了头盔显示器（HMD），并将VPL的数据手套工程化，使其成为可用性较高的产品。NASA研究的重点放在对空间站操纵的实时仿真上，大多数研究是在NASA的约翰逊空间中心完成的。他们大量运用了面向座舱的飞行模拟技术。NASA完成的一项著名工作是对哈勃太空望远镜的仿真。NASA的Ames现在正致力于一个叫“虚拟行星探索（VPE）”[4]的试验计划（见图1示意），这一项目能使“虚拟探索者”利用虚拟环境来考察遥远的行星，他们的第一个目标是火星。现在NASA己经建立了航空、卫星维护VR训练系统，空间站VR训练系统，并且已经建立了可供全国使用的VR教育系统。

图1 NASA的虚拟行星探索

其次，企业、高校及科研院所竞相掀起虚拟现实技术研究和应用热潮，同时它们还有一套适时有效的科技政策。北卡罗来纳大学计算机系最早进行VR研究，他们主要对分子建模、航空驾驶、外科手术仿真、建筑仿真等开展研究。在显示技术上，UNC开发了一个帮助用户在复杂视景中建立实时动态显示的并行处理系统——像素飞机（Pixel planes）。Loma Linda大学医学中心成功将计算机图形及VR的设备用于探讨与神经疾病相关的问题。他们以数据手套为工具，将手的运动实时在计算机上用图形表示出来；SRI研究中心建立了“视觉感知计划”，研究现有VR技术的进一步发展。SRI进行了利用VR技术对军用飞机或车辆驾驶的训练研究，试图通过仿真来减少飞行事故。另外，SRI还利用遥控技术进行外科手术的仿真研究。

华盛顿大学华盛顿技术中心的人机界面技术实验室（HIT Lab）在新概念的研究中起着领先作用，同时也在进行感觉、知觉、认知和运动控制能力的研究。HIT将VR研究引入了教育、设计、娱乐和制造领域。例如，波音公司的V22运输机就是先在实验室中造出虚拟机后再投入生产的。

再次，虚拟现实的民间应用也广泛运用到各行各业。美国媒体纷纷布局虚拟现实技术，《纽约时报》于2015年11月推出了第一款面向智能手机和谷歌纸板头盔的虚拟现实新闻客户端，该客户端APP名为“NYT VR”，这也是《纽约时报》第一次推出虚拟现实新闻产品。美国广播公司（ABC）新闻部也推出了一个全新的服务“ABC News VR”，这可能是全世界第一家利用虚拟现实技术报道新闻的电视台。

2.1.2 日本VR研究状况

日本虚拟现实技术的发展在世界相关领域的研究中同样具有举足轻重的地位，它在建立大规模VR知识库和虚拟现实的游戏方面做出了很大的成就。早在1995年，日本岐阜市召开“虚拟系统与多媒体国际会议”，探讨虚拟现实研究发展。作为当前实用虚拟现实技术的研究与开发中处于领先位置的国家，日本主要侧重于建立大规模VR知识库和虚拟现实的游戏的开发设计。

日本国家级单位和大型企业在虚拟现实技术的开发主要集中在虚拟互动系统的设计。日本国际工业和商业部工业科学和技术代办处经营的产品科学研究院开发了一种采用X、Y记录器的受力反馈装置。他们把这种装置应用于一个虚拟现实的“游戏棒”中。NEC公司计算机和通信分部的系统研究实验室开发了一种虚拟现实系统，它能让操作者都使用“代用手”去处理三维CAD中的形体模型，该系统通过VPL公司的数据手套把对模型的处理与操作者手的运动联系起来。

日本大学研究室也为虚拟现实可视化、嗅觉化、全息系统等领域贡献良多。日本奈良尖端技术研究生院大学教授千原国宏领导的研究小组于2004年开发出一种嗅觉模拟器，只要把虚拟空间里的水果放到鼻尖上一闻，装置就会在鼻尖处放出水果的香味，这是虚拟现实技术在嗅觉研究领域的一项突破。东京大学广濑研究室重点研究虚拟现实的可视化问题。为了克服当前显示和交互作用技术的局限性，他们开发出一种虚拟全息系统，取得了4项成果：一个类似CAVE的系统、用HIMD在建筑群中漫游、人体测量和随动、飞行仿真器。筑波大学工程机械学院研究了一些力反馈显示方法，他们开发了九自由度的触觉输入器，开发了虚拟行走原型系统，步行者只要脚上穿上全方向的滑动装置，他就能交替迈动左脚和右脚。

日本虚拟现实技术在游戏应用方面的造诣也非常值得称道。“初音未来”是世界上第一个使用3D全息投影技术举办演唱会的虚拟偶像。演唱会中使用的3D全息透明屏幕是一种采用了全息技术的透明投影屏幕，这种投影屏幕具有全息图像的特点，只显示来自某一特定角度的图像，而忽略其他角度的光线。即使是在环境光线很亮的地方，也能显示非常明亮、清晰的影像。任天堂在2015年推出一款基于地理位置信息互动的现实虚拟游戏“宠物小精灵GO”（见图2示意），该款手游由任天堂和开发商Niantic Labs共同制作。玩家可以通过地图搜索小精灵并进行收集，玩家之间还可以交换萌宠并展开训练师竞技，将神奇宝贝们带入现实世界，游戏在北美一推出就引发万人空巷的热潮。

图2 用户体验“宠物小精灵GO”游戏

2.2 国内研究现状

和美国、日本等国相比，我国的VR技术还有一定差距，但已引起政府有关部门和科学家们的高度重视。“十三五”规划、国家自然科学基金会、国家高技术研究发展计划等都把VR列入了研究项目。在紧跟国际新技术的同时，国内一些重点院校已积极投入到了这一领域的研究工作。

2.2.1 重点虚拟现实研究机构研究现状

北京航空航天大学计算机系是国内最早进行VR研究、最有权威的机构之一，他们首先进行了一些基础知识方面的研究，并着重研究了虚拟环境中物体物理特性的表示与处理；在虚拟现实中的视觉接口方面开发出了部分硬件，提出了有关算法及实现方法；实现了分布式虚拟环境网络设计，建立了网上虚拟现实研究论坛，可以提供实时三维动态数据库，提供虚拟现实演示环境，提供用于飞行员训练的虚拟现实系统，提供开发虚拟现实应用系统的开发平台，并将要实现与有关单位的远程连接。

2007年，北航虚拟现实新技术国家重点实验室成立，由北京航空航天大学四个一级学科——计算机科学与技术、控制科学与工程、机械工程和生物医学工程，联合与深圳市易尚展示股份有限公司共同开设，下设 5 个研究室，分别是：虚拟环境研究室、虚拟仿真研究室、虚拟设计研究室、人机交互研究室、基础理论研究室，主要研究虚拟现实中的建模理论与方法、增强现实与人机交互机制、分布式虚拟现实方法与技术、虚拟现实的平台工具与系统等专业领域[5]。近5年来，该实验室承担国家“973”计划、国家“863”计划、国家自然科学基金、国防科技计划等各类国家科研项目180 余项，以及100余项其他项目。通过上述科研项目的研究，取得一系列理论、技术创新成果，在《Information Sciences》、《Journal of Systems and Software》、《中国科学》等国内外著名刊物和会议发表学术论文800余篇。

中国科学院计算技术研究所虚拟现实技术实验室主要在虚拟现实、多模式人机接口和人工智能等方向开展基础与前瞻技术研究，目前研究重点集中于“虚拟人合成”和“虚拟环境交互”。实验室先后获得国家863、973、国家自然科学基金、国家科技攻关计划等项目资助，已取得多项研究成果。曾获2003年度国家科技进步二等奖，2006年度北京市科技进步一等奖。该实验室于2007年被中关村管委会认定为“中关村开放实验室”，主要对企业界提供核心技术服务。

2.2.2 国内企业研究现状

在我国，企业布局虚拟现实行业的热情也空前高涨，目前已有24家企业虚拟现实实验室，比较有代表性的，如阿里巴巴设立 VR 实验室 Gnome Magic Lab，第一个项目是“造物神”计划，目标是联合商家建立 3D 商品库，加速实现虚拟世界的购物体验；京东 PCL 实验室（认知感知实验室），主要研究 DNN 技术（深层神经网络，Deep Neural Networks）和OCR (光学字符识别，Optical Character Recognition)，将图像上的文字识别成计算机文字的技术；VR Dream Lab由网易传媒联合清华大学共同打造，旨在承担连接平台和 VR 内容孵化两个方面的功能；腾讯优图实验室（Tencent YouTu Lab），研究方向为人脸识别、语音识别、聊天的机器人等智能硬件。麦克斯·别雷克创新实验室，是华为联合徕卡创设，将在新光学系统、计算成像、虚拟现实（VR）和增强现实（AR）领域开展联合研发。在未来手机成像上，该实验室的建立将驱动光学系统和图像处理技术进一步发展，从而广泛地为摄影及移动设备应用提升影像质量等。

另据不完全统计，目前国内涉及VR的是上市公司已达60多家，有相当一部分上市公司在VR行业拥有举足轻重的地位。比如，歌尔声学目前是Oculus独家ODM供应商，参投了诺亦腾、时光机、互动视界等虚拟现实公司，与川大智胜合作的奥飞动漫，都在全球VR产业链上占有一席之地[6]。

2.2.3 差距

(1)学科基础薄弱，底层研究不足。相较于美国、日本的虚拟现实研究，我国起步较晚，学科基础较为薄弱，在数据计算、图像处理、视觉合成、几何表示、语音识别等领域的研究还有比较大的差距。相关的硬件设备和软件系统的开发也略逊一筹。

(2) VR产品的质量差异较大。目前国内的VR企业以初创型企业开发为主，后由大型企业逐渐加入或收购，这和国外以几大科技巨头为主力，小型企业多以开发内容为主的模式不同。因此，国内产品的的同质化程度比较严重，交互性能较差，超半数设备不支持外接操作。

(3)虚拟现实应用开发滞后。我国现阶段的VR技术主要应用于军事领域和高校科研，在教育、工业领域应用还远远不足，在商用和家用消费级领域更是落后一大步。

3 我国虚拟现实学科面临的重大机遇

我国发展虚拟现实学科有两个明显优势，一是人口优势带来的巨大的市场空间，二是我国有着良好的信息产业基础。近年来，国家政策、横向产业和纵向产业的发展都为我国虚拟现实学科发展提供了良好的机遇。

3.1 政策机遇

2016年3月，《国民经济和社会发展第十三个五年（2016-2020年）规划纲要》正式发布。2016年4月，在工业和信息化部电子信息司指导下，中国电子技术标准化研究院组织编写了《虚拟现实产业发展白皮书》。2016年8月，国家发改委印发《关于请组织申报“互联网+”领域创新能力建设专项的通知》指出，我国要建设虚拟现实/增强现实技术及应用国家工程实验室。目前，各地也正在陆续出台虚拟现实行业相关政策。相信虚拟现实这个新兴科技在相关政策的扶持下，能够迅速发展，反哺当地经济，为产业振兴与人才培养做出巨大贡献。

3.2 经济与社会机遇

我国国民经济不断增长，人均收入逐年提高。中国居民消费结构由生存型逐步向发展型和享受型转化。“80后”、“90后”甚至“00后”已经成为互联网消费的主流群体，对于优质的网游、互联网视频等付费的意愿较强。消费者文化娱乐消费的需求不断增加，优质IP的品牌效应对于消费者的影响巨大。例如VR游戏“口袋妖怪GO”就凭借良好的粉丝基础和游戏品质，一举成为风靡全球的热门游戏，吸金无数。此外，手机、计算机制造产业链完善，传感器、液晶屏等配件价格不断降低，采购也很方便，这为虚拟现实设备的大量生产和传播提供了有效的零配件供给和售后服务，让消费者可持续购买意愿大大增强。

3.3 技术机遇

3.3.1 虚拟现实硬件开发具有更大的研究空间和选择余地

有些研究机构也把虚拟现实称为未来通用计算平台之一，把虚拟现实设备看成是继彩电、计算机、智能手机之后的又一标准产品，因此针对虚拟现实硬件开发具有广阔的研究空间和选择余地。硬件设备分为两部分，输出设备和交互设备。输出设备，即显示端，包括头盔类、眼镜类和一体机；交互设备即捕捉反馈，对空间沉浸感、稳定性、低延时、多方位反馈、兼容性等提出较高要求。VR的市场普及速度将很大程度上取决于新技术和设备制造能否跟上，而真正完美的VR设备尚未出现。随着国家、各级政府和开发商的努力，像以前的通信和信息技术一样，虚拟现实将随着基层性能的提升而逐步发展。

3.3.2 各行业、产业的发展形成了虚拟现实技术核心驱动力

虚拟现实产业链涵盖多个细分领域，包括硬件、软件、应用和服务。

目前国内生产传感器、光学设备、芯片和显示屏等零部件和头盔、眼镜等硬件交互设备的企业多达数十家，例如乐视、三安光电、暴风科技等。硬件领域带动的科技革命将使这些企业与虚拟现实产业密切联系。

4 我国虚拟现实学科面临的挑战

我国虚拟现实发展正在迎来一个新的繁荣期，相对于机遇来说，这个领域目前面临的挑战更为严峻。目前国内VR企业大多是中小企业，多生产头戴眼睛盒子、外接式头戴显示器等VR设备，同质化严重，且科技含量不足。中国缺乏像Facebook、微软、三星之类的技术攻关型领军企业。科研所和高校承担起了顶尖虚拟现实设备研发的重任，但转换成应用型产品和消费级产品的能力有待提高。

4.1 设备的沉浸效果与便捷性制约着虚拟现实应用的发展

4.1.1 虚拟现实沉浸体验感有待提升

目前虚拟环境的可信性是指创建的虚拟环境需符合人的理解和经验，包括有物理真实感、时间真实感、行为真实感等。从虚拟现实给人“逼真”的效果角度来看，虚拟世界的表示侧重几何表示，缺乏逼真的物理、行为模型。在虚拟世界的感知方面，有关视觉合成研究多，听觉、触觉（力觉）关注较少，真实性与实时性不足，基于嗅觉、味觉的设备还没有成熟及商品化。在与虚拟世界的交互中，自然交互性不够，在语音识别等人工智能方面的效果还远不能令人满意。

4.1.2 虚拟现实设备便携性有待加强

当前虚拟现实设备在沉浸效果和便携性方面还存在互相矛盾的问题，沉浸感越强的设备却笨重、繁琐，无法移动使用，便携性较好的设备则带入沉浸感较差，如何开发具有双向优势的虚拟现实产品成为未来的重点。

4.2 对人才需求提出严峻挑战

随着虚拟现实行业的兴起，虚拟现实专业人才缺乏的短板开始显现。据不完全统计，全国在VR方面的专业人才不足3000人，国内虚拟现实公司难以招到合适的技术研发人员。例如在国内某知名招聘网站上，搜索VR/虚拟现实的工作，显示结果四千余条，月平均薪资水平近万元，最高者开出了5万元月薪的高价。但由于人才本身的缺乏，无论多高的价格，都不可能让“无源之水”焕发活力。

仅以绝对人数来看，可能并不缺乏VR从业者。但高质量、专业的VR人才储备尚不完善。VR的核心技术主要涉及图形图像、输入算法、交互、光学等尖端领域，对于人才的要求近乎严苛。在这个复合度极高的领域里，能专攻某一领域的专业人才本身就很少，能综合性地扎根VR就更加凤毛麟角。当前VR开发人员大多是从游戏、动漫、3D仿真、模型等行业转型而来，因此，由于行业技术间的差异性，人才很难快速融入VR领域。

国内VR专业人才的缺乏反映VR教育体系的缺乏。国外已经有多所大学开设了虚拟现实专业或开设具有针对性的虚拟现实相关课程，而目前国内职业类技术院校和综合类高等院校在虚拟现实专业的建设上起步很慢，已有的虚拟现实方向也多放在数字展示技术专业。由于虚拟现实是多学科交叉、创新性很强的新兴学科，学校无论在师资引进、软硬件设备上都存在滞后现象。除此之外，行业协会继续教育、业内公司职业培训体系打造高等人才也是虚拟现实人才培养急需的重要部分。

5 我国虚拟现实学科发展的战略对策

根据目前虚拟现实学科发展目标与思路，应瞄准技术前沿，把握产业变革方向，围绕重点领域，优化政策组合，将虚拟现实学科引向一条良性发展的道路上。

5.1 大力建设国家级产业基地与实验中心

当前虚拟现实学科发展的重点战略应围绕新科技、新应用的研发与推广。支持虚拟现实产业创新中心、新技术推广应用中心建设，大力发展虚拟现实产业基地。加强技术培育、研发及相关研究成果产业化。江西南昌正在重点打造千亿级的全国首家VR产业基地，中国·福建VR产业基地也于2016年2月27日挂牌设立，位于福州长乐滨海新城，在国家级福州新区的核心区域内，规划面积2520亩，目标是打造中国VR产业高地。

5.2 完善虚拟现实学科发展环境

目前国内的产业资本对虚拟现实这项新技术的敏感性不够强，没有内生性的动力来支持新技术的开发，在供应链上的制约非常大。为此，应充分发挥产业政策导向和促进竞争功能，构建有利于的监管规则和标准体系。鼓励民生和基础设施重大工程采用创新产品和服务。设立国家战略性产业发展基金，鼓励虚拟现实企业自主创新研发。

5.3 虚拟现实企业开发策略

当前虚拟现实市场还处在起步阶段，阿里巴巴、腾讯、暴风科技等大企业对回报短期内还没有很大要求。但初创小企业应当对未来做好储备，不应操之过急。企业应专注于虚拟现实技术平台的巩固和推进，摒弃炒作题材的短期投入，逐步形成成熟的商业模式和应用方案。国内产业基本应积极推动行业协会的成立，以完善虚拟现实产业链。

5.4 加快VR专业人才培养

针对当前的人才匮乏现状，可从高校和行业两方面入手，着重抓好实践型应用人才的培养。

5.4.1 完善高校虚拟现实学科人才培养体系

虚拟现实学科发展需要面向虚拟现实行业，掌握互动媒体设计制作方法、VR技术等基本理论、基本知识，具备计算机多媒体技术、数字化图形图像处理技能，理论到位、技术技能系统实在的高素质应用型人才。目前已经开设虚拟现实专业的高校应积极引进专业人才作为师资储备，或从行业中聘请经验丰富的专家进行兼职授课。对于某些在个别条件不具备的学校，也可以尝试先在其他专业增加部分相关课程，比如Unity3D的VR游戏制作方向，供给学生选择，并在这个过程中积累经验，为今后正式开设虚拟现实专业做好准备。

5.4.2 在虚拟现实行业建立继续教育与职业培训制度

虚拟现实科技的专业技术换代速度一日千里，学生从课堂学到的知识必须不断更新与发展。行业内对从业者的继续教育与培训是弥补这一步的关键，企业应有定期培训、不定期举办交流会等多种形式，不断加强同科研机构的沟通联系，企业与机构、学校应形成产、学、研相结合的局面。英国和加拿大的VR从业者大部分集中在各个高等院校和研究机构当中，主导VR学科的基础研究和技术创新；美国的VR从业者大部分都集中在谷歌、微软、苹果等科技巨头当中，力推VR商业化和市场化。这都能给我们带来有价值的启示。

6 结束语

虚拟现实学科是综合性极强的新兴学科，是人工智能、计算机科学、电子学、传感器、计算机图形学等许多相关学科领域交叉、集成的产物。2015—2016年，当虚拟现实学科发展方兴未艾时，我们就必须清醒认识到，虽然这个领域的技术潜力巨大，机遇与应用前景也很广阔，但仍存在着许多尚未解决的理论问题、尚未克服的技术障碍和尚未成熟的产业环境。

当我们憧憬虚拟现实学科所带来的革命性的生活愿景时，还应当就其发展中遇到各种问题发出改革的呼声、提出改良的建议、参与改进的进程。只有真正开始涉及并找到对这些问题的解决途径时，虚拟现实的“黄金时期”才有可能真正到来。期待有一天，虚拟现实设备与技术像智能手机一样走进千家万户，成为人类创新创意实现新生活的有力工具，实现信息革命时代的又一次科技飞跃。

[1] 中国电子技术标准化研究院. 虚拟现实产业发展白皮书5.0[S] . 2016.

[2] 艾瑞咨询. 2016中国虚拟现实（VR）行业研究报告[R]. 2016.

[3] SuperDat & Unity. 2016年虚拟现实市场报告[R].2017.

[4] 杨江涛.虚拟现实技术的国内外研究现状与发展[J].信息通信，2015(1):138.

[5] 虚拟现实技术与系统国家重点实验室(北京航空航天大学)[J]．中国科学:信息科学, 2009(7):58-59.

[6] 谢若琳.61家上市公司贴“虚拟现实”标签[N] .证券时报，2016-02-25(C01).

张秀玉，林立文，刘向晖，林道贵，黄跃琛。