虚拟现实新阶段——浅谈人工智能时代下VR技术的发展

2022-03-18陈曲王心丹郭欣欣

网络安全技术与应用 2022年3期

◆陈曲王心丹郭欣欣

◆陈曲王心丹郭欣欣

（国家计算机网络与信息安全管理中心上海分中心上海 201315）

本文首先阐述了人工智能及VR技术的基本概念和主要特征，其次回顾了VR产业的早期发展史，重点研究了人工智能可能对其带来的发展变革，随后指出当前VR产业暴露出的一些问题。最后，本文从行业监管的角度出发，对于如何更好地引导VR产业健康发展给出了具体建议。

VR技术；人工智能；行业监管

1 人工智能的内涵及特征

1.1 人工智能的概念阐述

人工智能（Artificial Intelligence，AI），是一门综合了计算机科学、信息论、生理学等的交叉学科[1]，美国斯坦福大学人工智能研究中心的尼尔逊教授曾对人工智能下过这样的定义：“人工智能是关于知识的学科——怎样表示知识以及怎样获得知识并使用知识的科学”。这个定义其实从本质上点明了人工智能的三大要素：数据集、模型和计算。近几年，随着移动互联网的爆发式普及，各类终端设备的互联互通产生了大量数据，为人工智能的起飞奠定了基础。而云计算的突破、深度学习的诞生则再次为人工智能带来了革命性的发展机遇，前者缓解了模型训练过程中对极大算力的需求，后者为机器如何更好地贴近人脑、模仿智能活动提供了理论支撑。

1.2 人工智能的主要特征

现阶段，几乎各行各业的发展都逐步引入人工智能的相关技术，热门的场景包括机器视觉、自然语言处理、专家系统、推理证明等，但探究各应用模式的相关性，主要表现在三个方面的共性：

服务性：人工智能的提出就是为了延伸和拓展人的智能，是对人类所从事的生产生活提供包括行为分析、推理判断、辅助决策等多方面的服务，近几年尤其是在智能家居、数字交通、商品推荐等领域，极大提高了工作效率。因此，离开了服务对象的人工智能就如同失去了土壤的种子，无法展现出未来的发展潜力。

感知力：通常来说，一个成熟的人工智能系统应当可以针对外界不同的输入（如文本、语音、图像、动作等）给出相对合理或者准确的反馈，进而能够与使用者协同工作、优势互补。这就对机器是否对外部环境变化敏感、如何更好感知外部输入、如何区分人的不同行为提出了巨大挑战。

学习力：现阶段的人工智能是专为解决某一类问题而产生的，模型或算法的优越与否直接决定了其学习能力的强弱。而未来的强人工智能可以通过超大数据集的不断训练、调优，形成先验知识并在此基础上不断迭代和演化，进而更加拟人化，甚至具备最基础的人类思考或情感的能力。

2 VR技术简介

虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）是一种由计算机技术辅助生成的高仿真3D模拟系统[2]。其主要原理在于通过计算机模拟出一个具有视觉、听觉、触觉等多种感知的虚拟环境，允许用户采用多种交互设备同虚拟环境中的实体相互作用，为信息交流营造一种身临其境的感觉。从本质上看，该技术集成了人工智能、传感技术、图形显示技术等高科技领域的最新成果，同传统人机界面及目前的窗口操作方式相比，虚拟现实为复杂数据的可视化操作和处理带来了质的飞跃。

2.1 人工智能加持下的VR技术基本特征

VR技术的根本宗旨在于实现3D模式下的人机交互。因此，学术界和众多生产厂家普遍将沉浸感（Immersion）、交互性（Interaction）、构想性（Imagination）[3]三要素作为设计VR系统的基本准则，简称3I特性。而近几年随着人工智能相关理论的蓬勃发展，智能化（Intelligent）也成为其又一大显著特征，因此可统称为4I特性。基本含义阐述如下：

沉浸感：又称存在感，指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度[4]。对于一个理想的模拟环境来说，用户对于其所呈现的场景应该难辨真假，对于虚拟实体的感知也应当和在现实世界中的感知基本一致。

交互性：指用户在模拟环境中对虚拟实体进行操作时，用户感受到的操作便捷性、实时性以及场景对于用户操作反馈的自然程度。一个交互性极佳的VR系统，应该能够赋予用户多方位的操控途径，且随着用户操控而产生的动作极为流畅、自然。

构想性：表征了虚拟现实的应用前景。既可以实现日常环境的真实模拟，又可以任意再现当前技术暂时无法展现或者客观不存在的画面，对于开拓人类想象、延伸认知具有极其重要的作用。

智能化：集中体现于虚拟现实系统具备了一定智力、个性或情感，可以较为轻松地理解人所发出的一系列复杂指令，甚至可以根据不同个体的喜好、习惯生成专属场景，用户真正进入了有智慧的“第二世界”，而实现这一切的基础则需要依赖于人工智能的不断创新所带来的智能化浪潮。

2.2 VR系统的核心逻辑构架

从系统工程的角度来看，VR系统的逻辑结构主要包括感知方、跟踪模块、3D仿真模块、虚拟效果生成器四个部分，其逻辑框架如图1所示。

图1 VR系统的核心逻辑结构

图1中，跟踪模块展示了3种目前较为主流的用户行为感知方式，其主要作用在于通过多种传感器采集用户的各种行为，将其转化为光电信号送入控制单元，由此产生相应的控制信号辅助3D仿真模块建立虚拟模型后以图形显示及渲染技术将虚拟现实呈现给用户。可见，VR系统始终处于不断动态修改模型参数的过程中，极为强调与用户交互的实时性。

3 VR技术的发展历程及其现状

纵观VR技术的整个发展历程，诸多文献皆将其分为三个阶段[5]。而本文根据发展及商用规模将其分成两个时段：

时段一：从19世纪60年代前后至2000年左右，是VR技术的萌芽产生、概念及基本理论的出现到完善的时期，可称为VR技术的探索发展期。

时段二：聚焦于21世纪以来，VR技术呈现前所未有的发展势头，诸多商业化的产品相继问世，可称为VR技术的商业发展期。

3.1 VR技术的探索发展期

受限于通信、计算机、仿真技术的发展，VR技术从概念的提出到理论的基本完善经历了一个长期的过程。1965年，美国的Ivan Sutherland教授在一篇论文中提出了计算机图形交互的理论，由此引出了虚拟现实的萌芽。随后，其于1968年开发的第一个由计算机图形驱动的头盔显示器HMD以及头部跟踪系统成为VR技术发展史上的一个重要里程碑，为虚拟现实的发展奠定了物质基础。

到了20世纪80年代中后期乃至20世纪末，VR的发展却呈现出由欣欣向荣转为逐渐冷却的姿态。尽管关于VR的各种理论、文章相继发表，其中就包括最为设计者熟知的3I特性的描述，基于这些理论的支持，多个国家也纷纷开展了相关实用性研究，但由于当时互联网受众度较低，很多技术难点尚未突破，VR的应用研究更多偏向于企业侧，实际进入消费者领域的产品并不多见。因此，随着理论研究的逐渐放缓，在1990年至2010年漫长的20年间，VR产业并没有像起初预想的那样爆发出生命力。值得一提的是，在1995年的7月，任天堂推出了一款革命性的产品“Virtual Boy”，以VR作为主要卖点，但由于技术限制导致用户体验度下降，销售业绩平淡无奇，未能带动VR技术由实验室向商品转化的新高潮。

3.2 技术的商业发展期

进入21世纪以来，计算机图形技术、3D实时建模技术等互联网核心技术得到了长足发展。2010年以来，以智能手机为显著代表的移动互联网的发展直接推动了VR设备的轻量化、便捷化；2016年AlphaGo在人机围棋比赛中击败李世石，彻底引爆了人们对人工智能的关注，各项新理论、新技术相继推出，为进一步提升用户体验、开启VR新纪元奠定了基础。其商业化的重要发展节点如图2所示。

图2 VR设备的重要发展节点

图2表明，2012年至2016年间，平均每一至两年就有一款重磅级的VR产品问世，这个阶段主要以国外科技公司为主。而从2016年往后，国内各科技公司相继步入VR发展的快车道，经过一段时间的技术攻关，纷纷推出各自产品，尤其是2018年起，产品推陈出新的力度和频次明显加快。但不可否认的是，国内企业起步较晚，技术能力尚存在一定差距，产品功能和用户体验相对较弱，但胜在价格具备一定优势，因此也持有一定用户量。VR产业已经成为一个新的增长点，展现出强劲的生命力，未来会呈现出如下的发展趋势。

（1）消费级产品由差异化趋向统一化

VR产品从设备形态上可以分为三类：VR眼镜、VR一体机[6]以及VR头显。VR眼镜最符合移动化特征，结构简单、技术门槛和价格较低，特别适合入门者。目前，国内部分涉足VR产业的公司均在此发力，例如暴风魔镜、SVR Glass、华为VR眼镜等，缺点是必须配合手机使用，视听效果依赖于手机性能；VR头显是国外巨头主要发力的领域，优点在于能够借助PC的计算性能，外加VR设备本身融合了多重传感器以及室内空间定位技术，可以获得很好的沉浸感，但缺点在于移动性较差，价格高昂，不适用于普通消费者；VR一体机结合了VR眼镜与VR头显的优点，在尽可能提升用户体验的同时保留了产品的轻便性，移动性能大大提升。

对比三类VR设备的优缺点，可预见随着硬件成本的不断降低，VR眼镜终将渐渐被类似VR一体机的设备取代。而VR头显的用户群体主要局限于设备发烧友，更偏向于固定场所的使用。因此，未来消费级VR产品的形态将最终向VR一体机发展，以能够更好地契合万物互联的发展趋势，满足广大普通消费者的娱乐需求。

（2）应用场景进一步多元化深度化

人工智能算法的不断推陈出新、大规模计算的集中部署、万物均数据的思想指导为VR技术进入各行各业提供了更多可选方案，尤其是需要场景展示和人机交互的行业，更是成为VR的用武之地。就公共服务来说，智慧城市、自动驾驶、工程模拟、军事推演、新媒体宣传等各方面的治理将向纵深和精细的方向演变；对于个人消费而言，AI必将助力VR在3D手术、线上教育、全景影视、体感游戏、虚拟社交等场景更好地理解人的诉求，提供更好的导引和全新的体验。相信未来VR技术必会充斥于生活的方方面面，推动着各行各业不断发展变革。

（3）生态圈的建立成为VR发展持续动力

纵观诸多互联网科技公司在VR领域的发展模式，大多采用了“硬件+软件+服务”的发展模式，其中硬件只是敲门砖，真正能够帮助企业在VR领域持续发展的是伴随着VR设备的软件服务和周边配套产品的兴起与流行，也即通过VR设备的引入逐渐形成VR生态链，促使各种各样的交互都依赖于VR设备完成。因此，在VR浪潮初期，如何打造自家的VR品牌，如何逐步研制基于VR技术的各类产品以期形成闭环的生态系统，定会成为科技公司重点考虑的问题，更是VR产业发展的主流方向。

4 当前VR发展尚需面对的挑战

人工智能的理论创新、技术变革为VR产业进入一个新的发展阶段创造了良好的契机，诸多科技巨头均对VR这一领域投入了巨大的热情和精力。但不可否认的是，尽管VR呈现出前所未有的良好局面，欲想实现高速稳定的发展还存在以下挑战。

4.1 设备兼容性亟待解决

作为VR新浪潮的起步阶段，形形色色的VR设备让用户目不暇接。但实际使用中却存在着硬件、软件均不兼容的现象，即不同厂家的硬件无法互通，不同的内容支撑平台对于其他厂家的设备支持性较差。因此，用户如需获得良好的体验，则需尽量购买同一厂家的配套产品方能获得最优的性能和体验度，无形中增大了用户的开销，降低了用户对VR的热情，也不利于整个市场的规范化和有序发展。

4.2 虚拟不良内容泛真实化

VR依托互联网的发展而兴起，在充分享用互联网发展成果的同时，也不可避免地需要面对有害内容管控的难题。现阶段，人工智能技术的引入导致虚拟色情、暴力类明显违反相关法律法规要求的信息在展示和互动中更显真实，普通大众尤其是青少年人群长期接触此类不良信息极易导致在真实现实中的迷失，甚至带来严重的道德缺失和认知障碍。此外，由于大量应用正加速向娱乐与社交相统一的模式发展，VR类的应用多嵌入了即时通讯、群组社交功能，考虑到VR应用的隐蔽性更高，不法分子更易借助VR设备实现串联、煽动或反动宣传的目的，对于社会秩序的稳定则必然存在着不可忽略的隐患。因此，如何对违规应用或违规内容实现分级分类治理、如何引导人工智能在VR中的正面应用、如何更有效地创造网络生态的清朗空间已成为制约VR产业快速健康发展的重要因素。

4.3 分发平台资源匮乏

目前可用于VR设备的各类资源主要可通过两种方式获取：

一是通过设备商提供的内容分发渠道，但用户大多需要承担额外的费用以便能够获得更多的资源，例如游戏、视频等，因此此种方式大多只适用于VR资深爱好者；

二是从各大应用商店直接下载。通过对主流应用商店的巡查，发现均尚未开辟单独的VR应用板块。用户如需获取VR应用，只能通过关键词搜索，不利于VR应用的推广和普及。此外，现阶段常见的VR应用主要集中于游戏、影视、教育等领域，内容相似性较高，且受限于技术原因，用户的体验感较差，亟须进一步开拓市场，提升开发者的创作热情。

5 VR产业的监管建议

作为近年来极为火热的新兴领域，其在快速发展的同时也暴露出各种各样的问题，亟待政府相关行政手段的介入。建议可从以下几方面开展工作，确保VR产业的稳定有序。

5.1 必须健全VR产业的法律法规保障

从卖方市场的角度划分，VR产业经营者主要分为设备制造商与内容服务商，需针对不同的产业环节强化相应的制度建设和保障。对于设备制造商，其主要负责设备的研发、生产乃至销售。考虑到VR设备需要与人的身体发生接触，劣质的产品会对用户的视觉、听觉、触觉等多方面的感官产生潜在危害，需要编撰相关制度规范从设计、生产到检测的全流程。

目前，我国自主制定的首个虚拟现实标准《虚拟现实头戴式显示设备通用规范联盟标准》已正式出台；而对于内容服务商，其不仅是信息生成和应用分发的重要主体，未来极可能依托VR为载体，演化出新的电信增值类经营范式，因此是否需要前置行政许可或经营过程中是否存在法律风险，均需要通过顶层设计解惑释疑。

5.2 必须强化企业对内容资源审核的责任意识

企业自身对VR内容的管控俨然成为配合政府部门做好行业监管的重要抓手，对其责任意识的提升也需要全社会的不断引导和强化。目前部分企业为了自身利益考虑，游走在法律的灰色地带，通过推广涉嫌暴力、色情等有害内容的VR服务吸引眼球，助长了不良内容在网络上的传播，严重危害了整个社会的公序良俗和道德风气，尤其是对青少年的健康成长带来了极其负面的影响。因此，行业主管部门应当明确要求企业组建信息安全管理部门，设立违规内容审核小组，建立自查自纠机制，对主体运营的数据平台中的App、各种视听资源指派专人定期进行巡查，如有条件可对用户划分权限，并进行分级分类管理，确保用户体验的各类资源干净、无害。

5.3 必须确保有效清晰的罚责能力

目前内容生态的监管存在着威慑力不足、实践中难以实施的问题，而VR产业未来将对各行各业产生巨大的变革，必将导致更多的逾越法律约束的行为。因此，对于法律法规已有规定的，要充分行使行业管理者的处罚权，加强惩戒力度，如约谈、应用下架、关停服务、注销备案等，切实落实惩处效果；对于未来可能出现的新的VR模式，一方面可先一步开展相关理论研究，探讨是否具备立法的必要性和可行性，以完善VR产业的法律体系，另一方面可对现有的法律法规适当修订，以确保当下的违规问题能够得到及时、清晰、适量的罚责。