建设国家级的共建共享平台,使师生很便捷地就能得到高质量的VR技术服务。让学生成为虚仿实训技术系统的贡献者,不仅可以积累必要的数据和使用经验,也可将学生的实训实践成果,回馈到技术系统中,让系统在学生的使用中,不断完善和发展。

——郝爱民

10月19日,职业教育示范性虚拟仿真实训基地建设工作推进会在座落于江西南昌的国家职业教育虚拟仿真示范实训基地召开,全国创新争先奖获得者,虚拟现实/增强现实技术及应用国家工程实验室(北航)主任郝爱民教授到会并参与了题为《职业教育实训的新境界:虚实融合与共生》的圆桌会议讨论。

会议期间,郝爱民教授接受了未来职教的采访。

未来职教:您长期从事虚拟现实中的建模理论与绘制方法研究,能否介绍一下虚拟现实技术当前的发展状况以及应用领域?

郝爱民:虚拟现实(Virtual Reality,VR)/增强现实(Augmented Reality,AR)是一种创建、体验和融合虚拟世界的计算机应用技术,为人类认知世界、改造世界提供了易于使用、易于感知的全新方式和手段。通过与互联网、云计算、物联网以及人工智能等新兴信息技术的融合发展,VR/AR技术正在形成支撑众多行业领域和大众消费领域数字经济产业生态全链条的“新基建”。“虚拟现实技术逐步走向成熟,拓展了人类感知能力,改变了产品形态和服务模式”(引自习近平总书记贺信)。

虚拟现实已经成为我国科技和产业发展的新兴战略方向。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》将虚拟现实和增强现实列为数字经济重点产业,工信部印发了《关于加快推进虚拟现实产业发展的指导意见》,教育部已批准高校建设了300个国家级虚拟仿真实验教学中心,认定了728门国家级虚拟仿真实验教学一流课程,确认了215个职业教育示范性虚拟仿真实训基地培育项目,江西南昌、山东青岛、北京石景山等地正在全力打造和推进虚拟现实产业发展。

虚拟现实以“虚实结合”的方式构建物理世界、信息世界、心理世界的合一体,以最为透明的方式将信息世界作用于人的视听触觉等多感觉器官,实现了虚实双向互动和赋能,打破了时间和空间局限、拓展了感知和处理能力,为各行业领域应用和大众消费,带来了颠覆性影响。

2008年美国工程院就将VR技术列为21世纪人类在工程技术领域面临的14项重大挑战之一。2020年,《科学美国人》联合世界经济论坛发布了“全球十大新兴技术”,其中与信息技术相关的“虚拟病人”、“空间计算”、“数字医疗”都是VR/AR的关键技术或应用技术。2021年,美国陆军与微软公司签订了高达218.8亿美元的混合现实头盔采购合同,苹果公司的多项专利显示其正在研制以AR为核心的全新的手机型态,FaceBook宣布全面进军以“元宇宙”为代表的虚实融合世界,我国的“字节跳动”更是以15亿美元的高价收购了国产VR头盔品牌Pico,直面国际竞争。

作为一种通用计算技术和下一代互联网入口,虚拟现实具有强大的支撑能力,VR+行业、VR+大众生活应用前景十分广阔,军事、教育、卫生、国防、航空、航天、文化等各行业领域,以及面向个人的文化信息消费等,均得到了VR的赋能而提质增效。

未来职教:在教育方面的应用主要体现在哪些方面?目前都取得了哪些成果?

郝爱民:虚拟现实、人工智能与5G的融合渗透,将对未来教育产生颠覆性的影响,应大力推进虚拟现实“新基建”,开辟未来教育的新境界。虚拟现实(包括增强现实、混合现实等)具有沉浸感、交互性、想象性和智能性等特征,能够生成与现实世界高度近似的数字化环境。通过辅助设备,人们可以获得视觉、听觉和触觉等多元化综合体验,从而产生“身临其境”的感觉。

虚拟现实的4I特征,使其成为智慧教育的支撑性技术之一。基于虚拟现实技术的一系列新应用,推动了教学环境智能化与教学过程可视化,催生了新的教学模式和学习模式。借助虚拟现实技术,学生和老师能够突破课堂时空的限制,不仅可以上天入地,还可以穿越历史,不仅可以观察宏观和微观世界的各种奇景,还可以操作高危险的实验,进行多种智能交互。

目前,教育部已批准高校建设了300个国家级虚拟仿真实验教学中心,认定了728门国家级虚拟仿真实验教学项目,虚拟仿真实验教学已经成为智能技术支持下的典型教学模式。

此外,随着虚拟现实技术和人工智能技术的相互渗透,虚拟教室、虚拟课堂、虚拟实验、虚拟培训等应用场景得以实现,这为推行沉浸式、体验式和场景式学习提供了可能。技术融合将对未来教育产生颠覆性影响。同时,应大力发展数字孪生互联网络,支撑虚拟现实的深度应用,为未来教育开辟新境界。

未来职教:虚拟现实技术的不断发展将为我们的生产和生活带来哪些转变和影响?

郝爱民:虚拟现实是一项具有颠覆性的技术。它致力于突破二维显示,实现三维呈现;突破固定屏幕,实现佩戴式自由观看;突破键盘鼠标的传统输入方式,实现人的身体与虚拟环境手、眼、行相协调的自然交互;突破时空局限,体验者可以沉浸在历史或未来、宏观或微观的逼真虚拟环境中。

虚拟现实技术正在对人类社会产生重大影响。许多科技机构和专家认为,虚拟现实是继个人电脑、智能手机之后的新一代计算平台,是互联网未来的新入口,将成为人类认识世界、体验世界和改造世界的新手段。

八九十年代,虚拟现实应用于军事、制造、医疗等行业,取得令人瞩目的成绩。经过多年发展,虚拟现实新技术开始进入大众消费领域,给人们带来全新体验,在大众消费市场,“虚拟现实+”成为发展趋势。

军事是应用虚拟现实比较早的一个领域。80年代初,一些国家的军队开始采用虚拟现实技术构建虚拟战场环境,用于军事训练。现在虚拟现实技术已全面应用于一些国家各军兵种及联合作战训练、规划、预演和决策。进入21世纪,行动更复杂、节奏更快速、空间更广阔的未来战争对虚拟现实技术提出了更新更高的需求。

虚拟现实技术应用于装备制造,产生了许多新的制造技术,如沉浸式设计、虚拟样机与评价、虚拟组装、增强现实装拆导引以及操作维护培训等。近年来兴起的数字孪生技术将虚拟现实应用场景扩展到装备设计、样机、生产、装配、销售、培训、运维等环节,全面提升生产和管理效率。

医疗健康是虚拟现实技术的重要应用领域。90年代出现点位式数字人体和虚拟人体器官。虚拟人体为医药研究提供全新实验平台,并在临床治疗方面为手术规划、预演、优选提供前所未有的支持手段。

文化教育也是目前虚拟现实应用比较广泛的一个领域。采用虚拟现实技术可以构建各种教学场景,如微观世界的分子、原子,宇观世界的太空、太阳系,以及人体三维器官、重大历史事件场景等,从而大幅提升学习体验和效率。此外,虚拟现实图书将传统纸质图书内容动态、立体化地呈现给读者,提升了图书阅读的沉浸感和理解效果,对阅读、教学方式产生重要影响。

虚拟现实应用于电子商务,将商品的二维图片展示发展为更具真实感的三维全貌呈现,消费者甚至可以通过手机或电脑感受试戴、试穿、试用效果。正在发展中的其他应用还有虚拟现实+建筑、虚拟现实+文旅和智慧城市等。可以看到,这些应用拓展了人类的感知效能,改变了行业的产品形态和服务模式,推动行业实现升级换代式的发展。

总之,虚拟现实的发展为人类生产带来新模态,为人类生活带来新体验,同时形成具有发展前景的新型产业。

未来职教:此次召开职业教育示范性虚拟仿真实训基地建设工作推进会,您觉得都有哪些具体措施,推进虚拟现实技术走进高校,成为老师教学和学生学习的一大助力?

郝爱民:通过多种方式向师生普及虚拟现实技术。建设必要的虚仿实训基地,配置软硬件资源和相关的课程资源,通过线上线下混合方式,推动师生能够在教考练各环节,主动利用VR技术和系统。建设国家级的共建共享平台,使得师生很便捷地就能得到高质量的VR技术服务。让学生成为虚仿实训技术系统的贡献者,不仅可以积累必要的数据和使用经验,也可将学生的实训实践成果,回馈到技术系统中,让系统在学生的使用中,不断完善和发展。