日期：2018-04-15 點擊數：1231
3月18日，中國工程院院士趙沁平在第三屆中美智慧教育大會上發表致辭，他指出，隨著虛擬現實技術及設備的升級，“虛擬現實+”成為發展趨勢，教育是虛擬現實非常重要的應用領域。虛擬現實將在多媒體與計算機教學之后重新改造人們的學習方式，對整個教育領域的變革具有劃時代的推動作用。虛擬現實教育在全國教育體系內的推廣與應用勢在必行。
中國工程院院士 趙沁平
隨著虛擬現實技術及設備的升級，“虛擬現實+”成為發展趨勢，教育是虛擬現實非常重要的應用領域。教育技術隨著科學技術，特別是信息技術的發展而不斷發展，新穎、形式豐富的虛擬現實技術是智慧教育的基礎性技術之一。虛擬現實可以充分調動學習者的興趣，使其進入任意逼真的學習環境，進行沉浸式學習，從而大幅度提高學習成效。從分子內部的微觀世界，人體的精微構造，到浩瀚的宇宙空間，神秘的引力波和黑洞；從歷史事件的現場，到具有危險性的化學實驗，這些現實中不可能進入的場景，都可以通過虛擬現實來模擬，還可以進行各種交互式實驗。
值得注意的是，虛擬現實技術只是一種教育技術，是教育教學的輔助手段，它無法代替教師教學。因此，要加強虛擬現實教育條件下的學習方法研究，同時也要研究虛擬現實環境對學生身體、心理產生的影響以及對社會帶來的影響。趙沁平院士建議教育和人文社科領域的專家在虛擬現實心理學、虛擬現實社會學和虛擬現實法學等新的研究領域展開相關研究。
趙沁平院士還談到，教育部已批準建設了200多個虛擬仿真教學中心，支持“虛擬現實仿真+教育”的發展，這必將對教學方式產生深刻的影響。2018年，虛擬現實技術被列入教育信息化年度工作重點，教育部明確要求全國高校、中小學、職業教育機構大力推進信息技術與高等教育的深度融合，推動大數據、人工智能、虛實現實等新技術在教育教學中的廣泛應用。虛擬現實教育在全國教育體系內的推廣與應用勢在必行。
隨著人工智能與虛擬現實的結合，虛擬現實發展呈現出新的趨勢，虛擬現實系統特征開始從早期的“3I”沉浸感、交互性、構造性向“4I”轉變，“4I”較“3I”增加了智能化方向。
在教育領域，虛實現實將在多媒體與計算機教學之后重新改造人們的學習方式，對整個教育領域的變革將起到劃時代的推動作用。同時，利用虛擬現實技術可以實現跨地域和跨國界的教育資源共享，虛擬現實將成為教育領域頗具應用前景的新技術。
根據第三屆中美智慧教育大會現場速記整理
趙沁平院士根據近年來VR技術的發展趨勢和對VR應用和產業發展的認識，提出了當前VR科學技術中10個新的問題。這些技術的突破會導致VR 應用和產業的重大進展。
VR頭戴顯示的輸入與交互
現有VR頭戴式顯示器看不到體驗者自身，輸入不便，也缺少與景物的交互機制，身臨其境的感覺受限。因此，VR 鼠標等便捷友好的VR 輸入方式，能夠實時逼真地表現體驗者肢體、并能與虛擬場景對象實時交互的機制是需要研究的問題。
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頭戴式顯示的空間計算與AR虛實融合及其室外化
頭戴式顯示虛擬場景的空間計算，包括體驗者頭部和位置的實時精準跟蹤定位，以及AR頭戴顯示中虛擬對象在現實空間中的位置計算與實時表現是需要進一步研究的問題。與此相關，虛實融合是AR的基本問題之一，包括視頻式AR顯示中圖形對象與視頻圖像的融合，以及光學透視式AR顯示中圖形對象與現實景物的融合。前者研究的時間比較長，后者隨著光學AR頭戴顯示的實用化，逐步成為這一方向的主流，許多問題有待解決。同時，光學透視式AR 的室外化，包括室外大場景下的虛實融合是有待探索的一個方向。
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VR視頻的采集、制作與交互式播放
VR全景視頻(包括基于桌面、移動終端或Web的VR視頻) 的采集、制作、交互式播放技術與設備，以及跨平臺VR視頻播放器，是一個研究發展方向。如何在VR 視頻中引入幾何與控制元素，增加VR視頻的交互類型，提高其交互性是值得研究的問題。
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基于移動終端和互聯網的VR
基于移動終端和互聯網的VR具有巨大發展潛力。對于前者， 低計算、低存儲VR 技術，云計算VR技術， 低延遲大數據傳輸與新型交互等是可創新技術方向。后者需要全屏3D繪制、VR設備接入與更合適的人機交互機制， 以及新型瀏覽器標準。Web VR將對現有瀏覽器和郵件系統等帶來變革和顛覆性影響， 成為互聯網的新入口。
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物理特征的更多表現與新型物理模型
目前，虛擬對象的物理表現及其物理模型研究主要集中在運動學和動力學方面。物理模型也只有粒子系統、彈簧模型、SPH (smoothed particle hydrodynamics) 方法等少數幾個。物質的許多物理特征(如材料特征)，爆炸、切割等物理現象，柔、黏、塑、流、氣、場等物質對象的物理特征與交互響應的實時逼真表現，存在許多理論問題。 由于物理模型計算量巨大， 因此具體應用時實時性和逼真性之間的平衡也是需要考慮的問題。提出表現某類物理特征和物理現象的新型物理模型，構造其物理引擎及核心算法芯片PPU (physics processing unit)， 可以帶來原創性、平臺工具性成果。
6
進化演化模型與虛擬孿生
基于化學、生物學和生命科學的人體器官的生理、化學、生物進化演化模型是有待深入研究的科學問題， 可能產生新的知識型、概率型等模型類型。現實世界中的每一個(類) 對象，均可以構建虛擬孿生，使其與現實孿生在幾何、物理、生理， 以及進化演化等方面高度相似。人體、城市和復雜裝備的虛擬孿生會成為未來發展的重點， 并對醫療健康、城市規劃管理和裝備設計維護領域產生顛覆性影響。構造虛擬孿生， 特別是可交互幾何類虛擬孿生的理論與方法，既是VR，也是AR，MR (mixed reality，混合現實) 等的基礎。
7
智能行為模型
隨著VR應用領域的不斷擴展，虛擬人(或計算機生成的人) 操縱實體(如飛機、車輛等) 成為VR系統的重要組成部分，這些智能體的行為使得VR 系統所具有的3I (immersion， interaction， imagina-tion) 特征向4I發展，即VR系統將具有更多的智能(intelligence) 特征。該類問題的解決有賴于人工智能技術和人腦科學的發展。
8
力交互的柔韌感與新型自然交互
人與虛擬對象之間的力/觸覺逼真感知的方式、機制及其設備仍然存在大量的問題， 特別是柔韌感; 此外新的感知通道， 如溫濕感、嗅/味覺等，有的剛起步，有的尚未涉足。這是一個需要多學科交叉研究解決的問題領域。
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VR內容的智能化生產技術與通用軟件開發工具
目前VR內容制作生產力低下，原因一是VR 建模、繪制、修補等生產環節的工具和開發平臺自動化、智能化程度低， 二是VR 硬件不兼容，均采用各自的軟件開發工具包(software development kit， SDK)。提高3D建模(幾何、圖像、掃描等) 的效率和空洞修補的自動化水平等是需要進一步研究的內容，研發標準應用程序接口和通用軟件包是提高共享和研發效率的必然途徑。
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VR的逼真性度量與VR心理學、VR社會學
VR的逼真性，即虛擬與現實孿生的相似性測度是有待研究解決的一個理論問題。在此基礎上研究各類VR應用的效果評價，特別是對人的心理影響，以及對人類社會帶來的影響，并進行相關約束與法律研究也是必要的，這會形成新的人文學科研究方向。
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