日前，工信部等五部門聯(lián)合印發(fā)《虛擬現(xiàn)實(shí)與行業(yè)應(yīng)用融合發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2022—2026年）》，并在“虛擬現(xiàn)實(shí)+工業(yè)生產(chǎn)”板塊中提出要圍繞重點(diǎn)垂直行業(yè)領(lǐng)域，推動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)深度融合。

虛擬現(xiàn)實(shí)的定義和起源

談及虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality，VR)，大家可能最先想到的可能是VR游戲，無論是商場(chǎng)里廣泛分布的“VR體驗(yàn)區(qū)”還是VR眼鏡，VR給人的第一印象就是娛樂性。加之近日諾蘭新作《邊緣世界》上線，觀眾可以跟隨女主視角，戴上VR頭盔后進(jìn)入虛擬世界，一度引發(fā)全球熱議。

什么是VR？嚴(yán)格的說，VR是近年來在計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面十分活躍的技術(shù)研究領(lǐng)域，是信息科學(xué)領(lǐng)域中的一種新興技術(shù)。它以計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)為基礎(chǔ)，集中體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字圖像處理、人工智能、人機(jī)交互技術(shù)、顯示技術(shù)、多傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)以及并行處理等一系列信息技術(shù)分支的最新發(fā)展成果，是對(duì)這些技術(shù)更高層次的集成與滲透。通俗的講，在一個(gè)虛擬世界中，人與虛擬世界可進(jìn)行自然的交互，能實(shí)時(shí)產(chǎn)生與真實(shí)世界相同的感覺，使人與虛擬環(huán)境融為一體，即人們可以直接觀察與感知周圍世界及物體的變化。

VR是一門20世紀(jì)末才興起的綜合信息技術(shù)。1994年，美國(guó)科學(xué)家Burdea G，Coiffet曾在Electro 93國(guó)際會(huì)議上發(fā)表的“Virtual Reality Systems andApplications”一文中，提出虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有的3個(gè)最突出特征：交互性(Interactivity)、沉浸感(Immersion)和構(gòu)想性(Imagination)，也就是現(xiàn)在人們俗稱的3個(gè)“I”特性。在中國(guó)，1990年，錢學(xué)森將VR翻譯為“靈境”，還說此譯名“中國(guó)味特濃”，由此在我國(guó)，人們也將VR稱為“靈境技術(shù)”。

本圖摘自人民網(wǎng)（錢學(xué)森圖書館供圖）

根據(jù)用戶參與形式的不同，VR系統(tǒng)一般分為桌面式、沉浸式、增強(qiáng)式和分布式這4種模式。其中，桌面式使用普通顯示器或立體顯示器作為用戶觀察虛擬境界的一個(gè)窗口；沉浸式可以利用頭盔式顯示器、位置跟蹤器、數(shù)據(jù)手套和其他設(shè)備，使得參與者獲得置身真實(shí)情景的感覺；增強(qiáng)式是把真實(shí)環(huán)境和虛擬環(huán)境組合在一起，使用戶既可以看到真實(shí)世界，又可以看到疊加在真實(shí)世界的虛擬對(duì)象；分布式是將異地不同用戶聯(lián)結(jié)起來，對(duì)同一虛擬世界進(jìn)行觀察和操作，共同體驗(yàn)虛擬經(jīng)歷。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)時(shí)的三維空間表現(xiàn)能力、人機(jī)交互式的操作環(huán)境以及給人帶來的身臨其境的感受，將一改人與計(jì)算機(jī)之間枯燥、生硬和被動(dòng)的現(xiàn)狀。它不但為人機(jī)交互界面開創(chuàng)了新的研究領(lǐng)域，為智能工程的應(yīng)用提供了新的界面工具，為各類工程的大規(guī)模的數(shù)據(jù)可視化提供了新的描述方法，同時(shí)，它還能為人們探索宏觀世界和微觀世界以及由于種種原因不便于直接觀察的事物的運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律，提供極大的便利。

虛擬現(xiàn)實(shí)與工業(yè)生產(chǎn)

其實(shí)，VR不僅具有娛樂性，還具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。在新中國(guó)成立七十周年閱兵式上，愛奇藝就曾運(yùn)用VR技術(shù)進(jìn)行了5G+8K+VR全景視頻傳輸與直播。此外，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，VR也已大量應(yīng)用在汽車、煤炭及石油等工業(yè)領(lǐng)域中。筆者總結(jié)了VR在工業(yè)生產(chǎn)中的三大應(yīng)用場(chǎng)景：

01 ? 工業(yè)設(shè)計(jì)

工業(yè)設(shè)計(jì)是VR在工業(yè)生產(chǎn)中的重要應(yīng)用場(chǎng)景。在工廠中，技術(shù)人員可以利用虛擬樣機(jī)技術(shù)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，在進(jìn)行物理樣機(jī)實(shí)驗(yàn)之前對(duì)系統(tǒng)的相關(guān)問題進(jìn)行先期研究，既減少了人力和物力的投入，又可利用最少的資源進(jìn)行大量的反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，達(dá)到縮短實(shí)驗(yàn)周期、降低系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)成本、提高實(shí)驗(yàn)效率的目的，還可減少在物理樣機(jī)實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的意外差錯(cuò)對(duì)實(shí)驗(yàn)者或物理樣機(jī)的損害。該項(xiàng)技術(shù)一出現(xiàn)就受到了工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家有關(guān)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)的重視，著名的實(shí)例就是波音777飛機(jī)利用虛擬現(xiàn)實(shí)成功設(shè)計(jì)出來。

波音777 采用了全數(shù)字化設(shè)計(jì)，包括整機(jī)設(shè)計(jì)、零部件測(cè)試和整機(jī)裝配。所有的開發(fā)和測(cè)試都采用并行工程的方法，在不同的地點(diǎn)、不同的部門同時(shí)展開。利用VR技術(shù)進(jìn)行各種條件下的模擬試飛。工程師們?cè)诠ぷ髡旧蠈?shí)時(shí)采集和處理數(shù)據(jù)并及時(shí)解決設(shè)計(jì)問題。最終制造出來的波音777飛機(jī)與設(shè)計(jì)方案相比誤差小于0.001英寸，保證了機(jī)身和機(jī)翼一次對(duì)接成功和飛機(jī)一次上天成功，整個(gè)設(shè)計(jì)制造周期從8年縮短到5年。

02 ? 工業(yè)培訓(xùn)

設(shè)計(jì)合理的VR場(chǎng)景可以極大提升員工培訓(xùn)效率和效果。通過模擬真實(shí)的廠區(qū)環(huán)境和設(shè)備管網(wǎng)，可以讓員工培訓(xùn)無障礙的在“實(shí)地”進(jìn)行，還可模擬復(fù)雜的工藝流程，將原本人眼不可見的反應(yīng)釜及管道的內(nèi)部情況進(jìn)行3D可視化展示，使操作人員能夠一目了然的了解工藝流程。

更為重要的是，在安全生產(chǎn)和突發(fā)安全事故培訓(xùn)上，VR系統(tǒng)更能體現(xiàn)其優(yōu)勢(shì)。在現(xiàn)實(shí)世界中無法時(shí)刻發(fā)生安全事故，而VR技術(shù)能夠?qū)?zāi)難重現(xiàn)，同時(shí)科學(xué)培訓(xùn)員工進(jìn)行應(yīng)急處置。

03 ? 數(shù)據(jù)可視化

VR提供了對(duì)工業(yè)機(jī)械設(shè)備的監(jiān)控和協(xié)作的新方法。VR技術(shù)可以讓用戶在中央控制室中就能整個(gè)工廠設(shè)備進(jìn)行可視化監(jiān)控，所有數(shù)據(jù)都能以多角度顯示。VR工業(yè)系統(tǒng)還可以從設(shè)備上的傳感器中導(dǎo)入數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備工作。

在日常巡檢中，員工佩戴好AR眼鏡，電力設(shè)備的3D模型便“躍然眼前”，同步疊加實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，直觀判斷設(shè)備工作狀態(tài)，還可收到由后臺(tái)發(fā)出的巡檢指令，作業(yè)人員只需按照屏幕指示步驟，且AR終端設(shè)備能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作的進(jìn)展自動(dòng)拍照留存，便于積累經(jīng)驗(yàn)，形成知識(shí)庫，這些都大大提高了運(yùn)維效率。例如，工業(yè)一體化AR智能頭盔已經(jīng)應(yīng)用于電力企業(yè)巡檢作業(yè)中，國(guó)家電網(wǎng)、寧德核電等電力企業(yè)均已開啟5G+AR項(xiàng)目。

其他諸如工廠規(guī)劃、工廠虛擬展示、VR裝配、VR運(yùn)維等，都是VR在工業(yè)生產(chǎn)中的重要場(chǎng)景。

總結(jié)

“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)筐，什么都能往里裝?！比魏涡畔⒓夹g(shù)與工業(yè)生產(chǎn)的結(jié)合都視為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的一大范疇。隨著工業(yè)革命的不斷推進(jìn)，工業(yè)數(shù)智化轉(zhuǎn)型進(jìn)程馳而不息，VR+工業(yè)生產(chǎn)也必將助推工業(yè)從數(shù)字孿生走向工業(yè)元宇宙。

編輯：黃飛

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