無論是在各行各業(yè)的應(yīng)用，還是資本的追捧，虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality VR)都是現(xiàn)在熱門話題。那么，VR的本質(zhì)到底是什么?VR將發(fā)展如何?又有哪些關(guān)鍵概念?這些都成為業(yè)界關(guān)注的焦點。
信息技術(shù)新階段產(chǎn)物
VR是認(rèn)識世界的一種科學(xué)方法，通過虛擬技術(shù)，我們可以完成對現(xiàn)實世界的抽象、模擬、仿真，是人類探索世界、科學(xué)實驗的重要方法。虛擬現(xiàn)實技術(shù)以不同的方式在我們生活中早已出現(xiàn)。比如，我們聽老人們講故事，這些故事就是他們從現(xiàn)實中虛擬出來的，我們可以把其看作一維信息的虛擬現(xiàn)實;我們看繪畫，用色彩繪制生成一個光與影的世界，這是二維信息的虛擬現(xiàn)實;電影是film+movie，“移動的畫片”生成一個更加近似現(xiàn)實的世界。電影技術(shù)為我們構(gòu)成了三維信息的虛擬現(xiàn)實。
近年來，3D電影在國內(nèi)大范圍上映。VR和3D電影有何區(qū)別?3D電影提供了觀眾沉浸的環(huán)境，但是它不能交互，體驗者是被動接受導(dǎo)演團隊制訂好的情節(jié)。而虛擬現(xiàn)實強調(diào)的是以使用者為中心，和系統(tǒng)的交互和發(fā)揮想象力。
從古到今，雖然我們經(jīng)歷的虛擬技術(shù)不同，虛擬效果不同，但是通過虛擬現(xiàn)實，體驗另外非同現(xiàn)實人生的目標(biāo)一致。通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，我們可以實現(xiàn)對現(xiàn)實的仿真、對未知的虛擬、對過去的回顧、對未來的想象。
因此，虛擬現(xiàn)實是信息技術(shù)發(fā)展到新階段的產(chǎn)物，是信息技術(shù)未來發(fā)展的重要方向。也就是說，虛擬現(xiàn)實不是空穴來風(fēng)，而是一種應(yīng)運而生、水到渠成的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)�，F(xiàn)在的虛擬現(xiàn)實和過去不一樣的只是新技術(shù)。
隨著VR的興起，一起發(fā)展流行的有AR、MR、AI等概念。關(guān)于“VR元年”的說法，我覺得這只說對了一半。不是虛擬現(xiàn)實誕生，而是為了闡述虛擬現(xiàn)實這一事物受到關(guān)注掀起了高潮。“VR元年”以后如何發(fā)展?我想任何科技的發(fā)展，都有一個規(guī)律──多年的積累，厚積薄發(fā)，才能爆出高潮。最終，進入常態(tài)，在國民經(jīng)濟、人民生活中得到廣泛應(yīng)用，就有持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)和動力。
接地氣并應(yīng)用廣泛的技術(shù)
作為一種新的信息技術(shù)，VR到底可以應(yīng)用在哪些領(lǐng)域呢?
實際上，能夠通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)的環(huán)境，就能應(yīng)用虛擬現(xiàn)實。隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展，我們可以模擬出任何的實體模型，也可以構(gòu)造柔體模型，用他們構(gòu)成近乎逼真的現(xiàn)實。虛擬現(xiàn)實是一種體驗，需要體驗的人們就是虛擬現(xiàn)實的用戶。所以虛擬現(xiàn)實是一個接地氣、應(yīng)用廣泛的技術(shù)。
虛擬現(xiàn)實在醫(yī)療方面的應(yīng)用也是很重要的。虛擬手術(shù)，精準(zhǔn)醫(yī)療都需要虛擬現(xiàn)實技術(shù)的支持。例如，把病人的大腦用虛擬現(xiàn)實技術(shù)建模，用3D技術(shù)打印出來，醫(yī)生在虛擬環(huán)境下先行操練，然后再給病人做手術(shù)，這可以定制個性化的手術(shù)方案，對提高手術(shù)成功率大有幫助。
虛擬現(xiàn)實也可以應(yīng)用在商業(yè)領(lǐng)域，遠(yuǎn)程電子購物時，如果把虛擬現(xiàn)實用進去，看到的是一個近乎真實的東西，并可以體驗。此外，在國防、虛擬社交、娛樂方面，VR也有重要應(yīng)用。
虛擬現(xiàn)實在教育上的應(yīng)用在國內(nèi)外都是成功的典范。教育本身就是一種“知與行”共同前進的事情，認(rèn)識來自實踐，學(xué)習(xí)需要體驗。
在現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展上，我們經(jīng)歷了基于廣播電視的遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)D-Learning、基于電腦和互聯(lián)網(wǎng)的電子學(xué)習(xí)E-Learning，以及利用現(xiàn)代通信終端設(shè)備進行移動學(xué)習(xí)的M-Learning階段。這些教育技術(shù)的發(fā)展，分別實現(xiàn)了教師與學(xué)生的時空分離、遠(yuǎn)程的面授教學(xué)、隨時隨地進行自由的學(xué)習(xí)等教育改革，是信息時代新技術(shù)對傳統(tǒng)教育一次又一次的沖擊。然而，這些沖擊并未撼動目前的傳統(tǒng)教育。
現(xiàn)在人們在推MOOCs，MOOCs是通過網(wǎng)絡(luò)教導(dǎo)學(xué)生的課程，一個教授可給數(shù)千萬名學(xué)生上課。MOOCs將最好的課程送到了“渴望學(xué)習(xí)”的人們面前，解決了資源共享，商業(yè)化運作成功。但是，和傳統(tǒng)教學(xué)比較，MOOCs授課不能解決教學(xué)內(nèi)容和知識的可視化，它的教學(xué)過程缺乏情境，沒有沉浸感;教學(xué)過程缺乏交互(教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生、學(xué)生與環(huán)境);教學(xué)模式及評價方法有待提高。而虛擬現(xiàn)實在這些方面能實現(xiàn)交互、沉浸感，所以虛擬現(xiàn)實是教育領(lǐng)域取得新變革的重要技術(shù)。
V-Learning帶來教育界新革命
從人類知識的獲取來看，來自視覺的認(rèn)知信息占83%，其余感官的獲取量占17%，而且視覺信息持久性更長。近年發(fā)展起來的可視化技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)為教學(xué)教育提供了新的方法。
沿襲教育技術(shù)的發(fā)展，我們把基于虛擬現(xiàn)實與可視化技術(shù)的教育叫做V-Learning。這種虛擬學(xué)習(xí)是用可視化的方法表述學(xué)習(xí)內(nèi)容，在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中交互學(xué)習(xí)。V-Learning的推進，將有效地改善教學(xué)的可視化、興趣化、互動教育，進而提升學(xué)生素質(zhì)培養(yǎng)，能力培養(yǎng)，帶動中國教育理念、教育方法、教學(xué)方式的革命。
在虛擬現(xiàn)實應(yīng)用方面，VR應(yīng)用在體驗上做得都比較好。V-Learning是基于虛擬現(xiàn)實及可視化技術(shù)的新型教育教學(xué)模式，從D-Learning發(fā)展到V-learning，是觀念和技術(shù)的進步。與前三個階段相比，V-Learning最主要的特點是體驗，由于設(shè)備不同，體驗式的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、教學(xué)的實驗手段、教學(xué)管理都不一樣，對學(xué)生的測評也應(yīng)該進入另一個階段。
V-Learning主要的問題是教學(xué)內(nèi)容的改革，以及教學(xué)過程的改革、教學(xué)效果的評價。教學(xué)內(nèi)容是知識可視化方法，完成數(shù)字教學(xué)資源的建模方法�；谌S實體掃描、醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)、參數(shù)方程、序列圖像的生產(chǎn)，也可以模型共享下載，3D打印技術(shù)完成實物教學(xué)資源的生成方法，組織開展知識的可視化方法和可視化技術(shù)的研究，形成一套行之有效的教學(xué)虛擬模型資源庫和運行平臺系統(tǒng)。
推廣虛擬教育須多方合作
結(jié)合中小學(xué)的學(xué)習(xí)和創(chuàng)新，我們研制了一個維樂(WiLe)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，即VirtualReality Visualisation和起來兩個V，構(gòu)成了Wi，學(xué)習(xí)環(huán)境是LE，即LearningEnvironment。它可以為基礎(chǔ)教育提供一種基于虛擬現(xiàn)實和可視化的教學(xué)技術(shù)學(xué)習(xí)方法。這也是研究面向現(xiàn)代教育的虛擬現(xiàn)實的理論和方法，解決現(xiàn)實中的關(guān)鍵技術(shù)問題。
在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中，函數(shù)和幾何模型的關(guān)聯(lián)需要充分的想象力，但是在維樂系統(tǒng)，數(shù)學(xué)公式和它的模型是系統(tǒng)計算顯示來的，改變有關(guān)參數(shù)，展示出模型就發(fā)生了變化。數(shù)學(xué)問題可視化，虛擬交互改變了原來的學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)僅憑想象。通過軟件學(xué)習(xí)立體幾何學(xué)，并演示各個形狀及其公式。學(xué)習(xí)物理的電磁學(xué)，學(xué)生可在攝像頭前擺出手勢，程序可識別手勢并在3D嘲內(nèi)生成手部模型，學(xué)生可用手與磁場進行虛擬交互，旋轉(zhuǎn)虛擬磁鐵模型，觀察電磁變化。
通過虛擬系統(tǒng)，可以精細(xì)地觀察人體結(jié)構(gòu)，演繹生命現(xiàn)象。我們通過體感設(shè)備捕捉人臉正面深度信息，提取特征點驅(qū)動模板人臉面皮三維變形，得到用戶的三維頭部信息，另外提供候選發(fā)型模板多套，可進行交互添加，生成用戶本身的三維頭像;可觀察人體頭部器官不同尺度下的三維模型，包括面皮、肌肉、血管、大腦皮層以及顱骨等，并在旁以浮動文字、圖片、視頻等資料展現(xiàn)頭部相關(guān)知識點;依據(jù)科學(xué)成果，對大腦功能分區(qū)進行不同顏色的劃分，通過體感設(shè)備對人體動作進行識別，顯示對應(yīng)大腦功能分區(qū)。
類似這樣的應(yīng)用還有很多。從構(gòu)建V-learning學(xué)習(xí)環(huán)境與推廣的難點來看，包括內(nèi)容上的問題，硬件上的問題，軟件上的問題。舉例來說，數(shù)學(xué)課程所用的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)和歷史課程用的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)并不一樣，因此做這些事心要沉得下去，而不僅僅是炒概念。而且還有一個循序漸進的過程，開始容易，慢慢再深入就需要攻堅破難了。
虛擬教育很好，但需要得到政府引導(dǎo)，破舊立新，需要有敢為天下先勇氣。虛擬教育是一場教育革命，教師應(yīng)該是教育革命的主力軍。虛擬教育是一場技術(shù)革命，教育信息化的發(fā)展新階段，公司要投入，既要有技術(shù)上的創(chuàng)新，也要進行商業(yè)化運作。這是利國利民利己的好事，大家會有極大的熱情。簡言之，專業(yè)教師、政府、公司三方面結(jié)合起來，才能讓V-Learning取得比較滿意的成果。
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