日期：2018-04-15 點(diǎn)擊數(shù)：1231
3月18日，中國(guó)工程院院士趙沁平在第三屆中美智慧教育大會(huì)上發(fā)表致辭，他指出，隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及設(shè)備的升級(jí)，“虛擬現(xiàn)實(shí)+”成為發(fā)展趨勢(shì)，教育是虛擬現(xiàn)實(shí)非常重要的應(yīng)用領(lǐng)域。虛擬現(xiàn)實(shí)將在多媒體與計(jì)算機(jī)教學(xué)之后重新改造人們的學(xué)習(xí)方式，對(duì)整個(gè)教育領(lǐng)域的變革具有劃時(shí)代的推動(dòng)作用。虛擬現(xiàn)實(shí)教育在全國(guó)教育體系內(nèi)的推廣與應(yīng)用勢(shì)在必行。
中國(guó)工程院院士 趙沁平
隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及設(shè)備的升級(jí)，“虛擬現(xiàn)實(shí)+”成為發(fā)展趨勢(shì)，教育是虛擬現(xiàn)實(shí)非常重要的應(yīng)用領(lǐng)域。教育技術(shù)隨著科學(xué)技術(shù)，特別是信息技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展，新穎、形式豐富的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是智慧教育的基礎(chǔ)性技術(shù)之一。虛擬現(xiàn)實(shí)可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)者的興趣，使其進(jìn)入任意逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境，進(jìn)行沉浸式學(xué)習(xí)，從而大幅度提高學(xué)習(xí)成效。從分子內(nèi)部的微觀世界，人體的精微構(gòu)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(xiàn)場(chǎng)，到具有危險(xiǎn)性的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，這些現(xiàn)實(shí)中不可能進(jìn)入的場(chǎng)景，都可以通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)來(lái)模擬，還可以進(jìn)行各種交互式實(shí)驗(yàn)。
值得注意的是，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)只是一種教育技術(shù)，是教育教學(xué)的輔助手段，它無(wú)法代替教師教學(xué)。因此，要加強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)教育條件下的學(xué)習(xí)方法研究，同時(shí)也要研究虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境對(duì)學(xué)生身體、心理產(chǎn)生的影響以及對(duì)社會(huì)帶來(lái)的影響。趙沁平院士建議教育和人文社科領(lǐng)域的專家在虛擬現(xiàn)實(shí)心理學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)社會(huì)學(xué)和虛擬現(xiàn)實(shí)法學(xué)等新的研究領(lǐng)域展開(kāi)相關(guān)研究。
趙沁平院士還談到，教育部已批準(zhǔn)建設(shè)了200多個(gè)虛擬仿真教學(xué)中心，支持“虛擬現(xiàn)實(shí)仿真+教育”的發(fā)展，這必將對(duì)教學(xué)方式產(chǎn)生深刻的影響。2018年，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)被列入教育信息化年度工作重點(diǎn)，教育部明確要求全國(guó)高校、中小學(xué)、職業(yè)教育機(jī)構(gòu)大力推進(jìn)信息技術(shù)與高等教育的深度融合，推動(dòng)大數(shù)據(jù)、人工智能、虛實(shí)現(xiàn)實(shí)等新技術(shù)在教育教學(xué)中的廣泛應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實(shí)教育在全國(guó)教育體系內(nèi)的推廣與應(yīng)用勢(shì)在必行。
隨著人工智能與虛擬現(xiàn)實(shí)的結(jié)合，虛擬現(xiàn)實(shí)發(fā)展呈現(xiàn)出新的趨勢(shì)，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)特征開(kāi)始從早期的“3I”沉浸感、交互性、構(gòu)造性向“4I”轉(zhuǎn)變，“4I”較“3I”增加了智能化方向。
在教育領(lǐng)域，虛實(shí)現(xiàn)實(shí)將在多媒體與計(jì)算機(jī)教學(xué)之后重新改造人們的學(xué)習(xí)方式，對(duì)整個(gè)教育領(lǐng)域的變革將起到劃時(shí)代的推動(dòng)作用。同時(shí)，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)跨地域和跨國(guó)界的教育資源共享，虛擬現(xiàn)實(shí)將成為教育領(lǐng)域頗具應(yīng)用前景的新技術(shù)。
根據(jù)第三屆中美智慧教育大會(huì)現(xiàn)場(chǎng)速記整理
趙沁平院士根據(jù)近年來(lái)VR技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和對(duì)VR應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的認(rèn)識(shí)，提出了當(dāng)前VR科學(xué)技術(shù)中10個(gè)新的問(wèn)題。這些技術(shù)的突破會(huì)導(dǎo)致VR 應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)的重大進(jìn)展。
VR頭戴顯示的輸入與交互
現(xiàn)有VR頭戴式顯示器看不到體驗(yàn)者自身，輸入不便，也缺少與景物的交互機(jī)制，身臨其境的感覺(jué)受限。因此，VR 鼠標(biāo)等便捷友好的VR 輸入方式，能夠?qū)崟r(shí)逼真地表現(xiàn)體驗(yàn)者肢體、并能與虛擬場(chǎng)景對(duì)象實(shí)時(shí)交互的機(jī)制是需要研究的問(wèn)題。
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頭戴式顯示的空間計(jì)算與AR虛實(shí)融合及其室外化
頭戴式顯示虛擬場(chǎng)景的空間計(jì)算，包括體驗(yàn)者頭部和位置的實(shí)時(shí)精準(zhǔn)跟蹤定位，以及AR頭戴顯示中虛擬對(duì)象在現(xiàn)實(shí)空間中的位置計(jì)算與實(shí)時(shí)表現(xiàn)是需要進(jìn)一步研究的問(wèn)題。與此相關(guān)，虛實(shí)融合是AR的基本問(wèn)題之一，包括視頻式AR顯示中圖形對(duì)象與視頻圖像的融合，以及光學(xué)透視式AR顯示中圖形對(duì)象與現(xiàn)實(shí)景物的融合。前者研究的時(shí)間比較長(zhǎng)，后者隨著光學(xué)AR頭戴顯示的實(shí)用化，逐步成為這一方向的主流，許多問(wèn)題有待解決。同時(shí)，光學(xué)透視式AR 的室外化，包括室外大場(chǎng)景下的虛實(shí)融合是有待探索的一個(gè)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(dòng)終端或Web的VR視頻) 的采集、制作、交互式播放技術(shù)與設(shè)備，以及跨平臺(tái)VR視頻播放器，是一個(gè)研究發(fā)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(wèn)題。
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基于移動(dòng)終端和互聯(lián)網(wǎng)的VR
基于移動(dòng)終端和互聯(lián)網(wǎng)的VR具有巨大發(fā)展?jié)摿?。?duì)于前者， 低計(jì)算、低存儲(chǔ)VR 技術(shù)，云計(jì)算VR技術(shù)， 低延遲大數(shù)據(jù)傳輸與新型交互等是可創(chuàng)新技術(shù)方向。后者需要全屏3D繪制、VR設(shè)備接入與更合適的人機(jī)交互機(jī)制， 以及新型瀏覽器標(biāo)準(zhǔn)。Web VR將對(duì)現(xiàn)有瀏覽器和郵件系統(tǒng)等帶來(lái)變革和顛覆性影響， 成為互聯(lián)網(wǎng)的新入口。
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物理特征的更多表現(xiàn)與新型物理模型
目前，虛擬對(duì)象的物理表現(xiàn)及其物理模型研究主要集中在運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)方面。物理模型也只有粒子系統(tǒng)、彈簧模型、SPH (smoothed particle hydrodynamics) 方法等少數(shù)幾個(gè)。物質(zhì)的許多物理特征(如材料特征)，爆炸、切割等物理現(xiàn)象，柔、黏、塑、流、氣、場(chǎng)等物質(zhì)對(duì)象的物理特征與交互響應(yīng)的實(shí)時(shí)逼真表現(xiàn)，存在許多理論問(wèn)題。 由于物理模型計(jì)算量巨大， 因此具體應(yīng)用時(shí)實(shí)時(shí)性和逼真性之間的平衡也是需要考慮的問(wèn)題。提出表現(xiàn)某類物理特征和物理現(xiàn)象的新型物理模型，構(gòu)造其物理引擎及核心算法芯片PPU (physics processing unit)， 可以帶來(lái)原創(chuàng)性、平臺(tái)工具性成果。
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進(jìn)化演化模型與虛擬孿生
基于化學(xué)、生物學(xué)和生命科學(xué)的人體器官的生理、化學(xué)、生物進(jìn)化演化模型是有待深入研究的科學(xué)問(wèn)題， 可能產(chǎn)生新的知識(shí)型、概率型等模型類型?，F(xiàn)實(shí)世界中的每一個(gè)(類) 對(duì)象，均可以構(gòu)建虛擬孿生，使其與現(xiàn)實(shí)孿生在幾何、物理、生理， 以及進(jìn)化演化等方面高度相似。人體、城市和復(fù)雜裝備的虛擬孿生會(huì)成為未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)， 并對(duì)醫(yī)療健康、城市規(guī)劃管理和裝備設(shè)計(jì)維護(hù)領(lǐng)域產(chǎn)生顛覆性影響。構(gòu)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(xiàn)實(shí)) 等的基礎(chǔ)。
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智能行為模型
隨著VR應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，虛擬人(或計(jì)算機(jī)生成的人) 操縱實(shí)體(如飛機(jī)、車輛等) 成為VR系統(tǒng)的重要組成部分，這些智能體的行為使得VR 系統(tǒng)所具有的3I (immersion， interaction， imagina-tion) 特征向4I發(fā)展，即VR系統(tǒng)將具有更多的智能(intelligence) 特征。該類問(wèn)題的解決有賴于人工智能技術(shù)和人腦科學(xué)的發(fā)展。
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力交互的柔韌感與新型自然交互
人與虛擬對(duì)象之間的力/觸覺(jué)逼真感知的方式、機(jī)制及其設(shè)備仍然存在大量的問(wèn)題， 特別是柔韌感; 此外新的感知通道， 如溫濕感、嗅/味覺(jué)等，有的剛起步，有的尚未涉足。這是一個(gè)需要多學(xué)科交叉研究解決的問(wèn)題領(lǐng)域。
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VR內(nèi)容的智能化生產(chǎn)技術(shù)與通用軟件開(kāi)發(fā)工具
目前VR內(nèi)容制作生產(chǎn)力低下，原因一是VR 建模、繪制、修補(bǔ)等生產(chǎn)環(huán)節(jié)的工具和開(kāi)發(fā)平臺(tái)自動(dòng)化、智能化程度低， 二是VR 硬件不兼容，均采用各自的軟件開(kāi)發(fā)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(bǔ)的自動(dòng)化水平等是需要進(jìn)一步研究的內(nèi)容，研發(fā)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序接口和通用軟件包是提高共享和研發(fā)效率的必然途徑。
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VR的逼真性度量與VR心理學(xué)、VR社會(huì)學(xué)
VR的逼真性，即虛擬與現(xiàn)實(shí)孿生的相似性測(cè)度是有待研究解決的一個(gè)理論問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上研究各類VR應(yīng)用的效果評(píng)價(jià)，特別是對(duì)人的心理影響，以及對(duì)人類社會(huì)帶來(lái)的影響，并進(jìn)行相關(guān)約束與法律研究也是必要的，這會(huì)形成新的人文學(xué)科研究方向。
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