什么是VR？VR聯(lián)合工業(yè)生產(chǎn)走向工業(yè)元宇宙

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

虛擬現(xiàn)實的定義和起源

談及虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality，VR)，大家可能最先想到的可能是VR游戲，無論是商場里廣泛分布的“VR體驗區(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是近年來在計算機應(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)。它以計算機視覺技術(shù)為基礎(chǔ)，集中體現(xiàn)了計算機圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、計算機技術(shù)、數(shù)字圖像處理、人工智能、人機交互技術(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，是對這些技術(shù)更高層次的集成與滲透。通俗的講，在一個虛擬世界中，人與虛擬世界可進行自然的交互，能實時產(chǎn)生與真實世界相同的感覺，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，美國科學(xué)家Burdea G，Coiffet曾在Electro 93國際會議上發(fā)表的“Virtual Reality Systems andApplications”一文中，提出虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有的3個最突出特征：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“I”特性。在中國，1990年，錢學(xué)森將VR翻譯為“靈境”，還說此譯名“中國味特濃”，由此在我國，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情景的感覺；增強式是把真實環(huán)境和虛擬環(huán)境組合在一起，使用戶既可以看到真實世界，又可以看到疊加在真實世界的虛擬對象；分布式是將異地不同用戶聯(lián)結(jié)起來，對同一虛擬世界進行觀察和操作，共同體驗虛擬經(jīng)歷。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)實時的三維空間表現(xiàn)能力、人機交互式的操作環(huán)境以及給人帶來的身臨其境的感受，將一改人與計算機之間枯燥、生硬和被動的現(xiàn)狀。它不但為人機交互界面開創(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，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動變化規(guī)律，提供極大的便利。

虛擬現(xiàn)實與工業(yè)生產(chǎn)

其實，VR不僅具有娛樂性，還具有重要的現(xiàn)實意義。在新中國成立七十周年閱兵式上，愛奇藝就曾運用VR技術(shù)進行了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)用場景：

01 ? 工業(yè)設(shè)計

工業(yè)設(shè)計是VR在工業(yè)生產(chǎn)中的重要應(yīng)用場景。在工廠中，技術(shù)人員可以利用虛擬樣機技術(shù)進行仿真實驗，在進行物理樣機實驗之前對系統(tǒng)的相關(guān)問題進行先期研究，既減少了人力和物力的投入，又可利用最少的資源進行大量的反復(fù)的實驗，達到縮短實驗周期、降低系統(tǒng)實驗成本、提高實驗效率的目的，還可減少在物理樣機實驗中可能出現(xiàn)的意外差錯對實驗者或物理樣機的損害。該項技術(shù)一出現(xiàn)就受到了工業(yè)發(fā)達國家有關(guān)科研機構(gòu)和企業(yè)的重視，著名的實例就是波音777飛機利用虛擬現(xiàn)實成功設(shè)計出來。

波音777 采用了全數(shù)字化設(shè)計，包括整機設(shè)計、零部件測試和整機裝配。所有的開發(fā)和測試都采用并行工程的方法，在不同的地點、不同的部門同時展開。利用VR技術(shù)進行各種條件下的模擬試飛。工程師們在工作站上實時采集和處理數(shù)據(jù)并及時解決設(shè)計問題。最終制造出來的波音777飛機與設(shè)計方案相比誤差小于0.001英寸，保證了機身和機翼一次對接成功和飛機一次上天成功，整個設(shè)計制造周期從8年縮短到5年。

02 ? 工業(yè)培訓(xùn)

設(shè)計合理的VR場景可以極大提升員工培訓(xùn)效率和效果。通過模擬真實的廠區(qū)環(huán)境和設(shè)備管網(wǎng)，可以讓員工培訓(xùn)無障礙的在“實地”進行，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。在現(xiàn)實世界中無法時刻發(fā)生安全事故，而VR技術(shù)能夠?qū)?zāi)難重現(xiàn)，同時科學(xué)培訓(xùn)員工進行應(yīng)急處置。

03 ? 數(shù)據(jù)可視化

VR提供了對工業(yè)機械設(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工廠設(shè)備進行可視化監(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)，實時監(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”，同步疊加實時數(shù)據(jù)，直觀判斷設(shè)備工作狀態(tài)，還可收到由后臺發(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)場工作的進展自動拍照留存，便于積累經(jīng)驗，形成知識庫，這些都大大提高了運維效率。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，國家電網(wǎng)、寧德核電等電力企業(yè)均已開啟5G+AR項目。

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

總結(jié)

“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是一個筐，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，工業(yè)數(shù)智化轉(zhuǎn)型進程馳而不息，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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