1、2022.06.26 沈旭昆钱学森与钱学森与Virtuality and RealityVirtuality and Reality虚拟现实概念与内涵 一种可能的颠覆性技术 一种终极的人机界面虚拟现实的3I特性参与者借助VR系统给出的逼真视听触觉信号而产生的对虚拟空间的想象参与者全身心地沉浸于计算机所生成的三维虚拟环境，并产生身临其境的感觉参与者可以利用各种感官功能及人类自然技能与虚拟环境进行交互考察与操作交互性交互性(interaction):(interaction):沉浸性沉浸性(immersion):(immersion):智能性（智能性（intelligenceintelligenc

2、e）构想性构想性(imagination):(imagination):Mixed RealityREVEAVReal EnvrionmentAugmented Reality(AR)Augmented Virtuality(AV)Virtual EnvironmentAR虚拟现实：增强现实，增强虚境，虚拟环境虚拟现实技术可能颠覆什么从2D显示到3D显示为主改变观看固定屏幕为头戴眼镜自由观看从人机键盘鼠标交互到人与虚拟环境自然交互虚拟现实技术可能颠覆什么构建任意时空物理世界事物的虚拟孪生各行业全新的实验与验证平台互联网的新入口和新社交环境头号玩家：游戏社交平行世界开启图形时代图形学和VR的里程

3、碑，6368年Ivan Sutherland：三维交互式图形系统，1963 画板1965 终极的显示1966 HMD 1968 E&S 1988 图灵奖科幻版的头盔图形学和VR的里程碑，6368年Ivan Sutherland：1963 画板1965 终极的显示1966 HMD 1968 E&S 1988 图灵奖虚拟现实硬件系统技术先锋与雅皮Krueger提出了“Artificial Reality”一词，这是早期出现的VR词语。1973年i美国VPL公司的创立者 Jaron Lanier提出了Virtual Reality一词，2018年出版虚拟现实-万象的开端，展示了VR如何更新与拓展了我

4、们对人类本身的理解，在大脑和身体如何与世界连接方面提供了新的视角1989年虚拟现实的艺术和感性表述Lanier一种必须摆脱游戏、电影、传统软件、新经济权利结构、甚至先驱想法的新的艺术形式。在另一个地方、另一个身体或另一个世界逻辑中创造幻想的娱乐产品。一种终极媒介技术，这意味着它永远不会变成熟。人类感官和运动器官的镜像，也可以将他想象成人体的反像当代杰出的画家埃舍尔(Escher)GEB一条永恒的金带，Gdel,Escher,Bach:An Eternal Golden Braid G本世纪伟大的数学、数理逻辑学家哥德尔(Gdel)E当代杰出的画家埃舍尔(Escher)最负盛名的古典音乐大师巴赫

5、(Bach)B哥德尔的不完全性定理，巴赫的卡农和赋格，埃舍尔的怪圈当代杰出的画家埃舍尔(Escher)镜像、映射、同构、上升、殊途同归科学与艺术的结合是一条永恒的金带左脑右脑，感知更加全面交叉融合是创新的必由之路当代杰出的画家埃舍尔(Escher)技术体系三维智能重建(a)美能达VIVID910三维扫描仪(b)秦始皇兵马俑三维数据采集现场(c)一次扫描得到的三维数据物体三维扫描场景三维扫描当代杰出的画家埃舍尔(Escher)3D Modeling 3D Modeling-ScanningScanning2016-05当代杰出的画家埃舍尔(Escher)计算机视觉建模当代杰出的画家埃舍尔(Esc

6、her)风格化建模复原级的数据采集和展现拉斐尔的艺术，不可能的相遇（2021，北京）当代杰出的画家埃舍尔(Escher)外力引导的流体重建美国虚拟可视人计划1989美国国家卫生研究院的虚拟手术&虚拟手术室2011瑞士的“蓝脑”计划2005美国政府、欧盟的虚拟人脑计划2013行业应用不断深化：XR+医学数字人体器官模型及手术模拟器国家自然科学基金重大项目当代杰出的画家埃舍尔(Escher)六自由度刚体与柔体交互仿真个性化血管介入手术力觉反馈“仿不精”刚体、柔体、流体等对象的分立、叠加仿真手感精确、实时交互材质耦合、时空一致、实时动态交互仿真数据驱动动态关联当代杰出的画家埃舍尔(Escher)行业

7、应用不断深化：XR+航空航天当代杰出的画家埃舍尔(Escher)六自由度安全任务飞行模拟器六自由度全任务飞行模拟器当代杰出的画家埃舍尔(Escher)面向飞机驾驶舱设计评估的虚实融合系统ARJ21飞机实景ARJ21虚实融合驾驶舱内部环境ARJ21真实驾驶舱内部环境ARJ21虚实融合驾驶舱外景在上海飞机设计研究院构建了ARJ21飞机虚实融合驾驶舱面向飞机驾驶舱设计评估的虚实融合系统ARJ21 飞机虚实融合驾驶舱设计评估系统结构图（以100平方米工作空间为例）虚实融合单价集成装备虚实融合显示定位装置移动、云计算驾驶仓评估仪表高效构建触力觉信息摄像机行业应用不断深化：XR+文旅Digital Mic

8、helangeloAvatarReappearingVan GoghMetropolitan Museum of ArtVirtual Examination MuseumVirtual Examination Museum多感官交虚拟现实交互展示“礼和万方商周青铜鼎”混合现实电子沙盘1.单用户展示2.多用户本地协同3.多用户远程协同电子沙盘原型展示混合现实电子沙盘混合现实电子沙盘3D手势跟踪2.accurate avatar representation of your hands to increase your sense of presence1.natural interaction

9、 with virtual objects in a physically plausible manner3D手势跟踪Human interaction in VR/AR混合现实交互设计基于凝视抓取模式的虚拟菜单设计研究IEEE VR 2021录用Audiencess PerceptionAudiencess PerceptionEnhancing Audience Engagement in Performing Arts Through an Adaptive Virtual Environment with a Brain-Computer Interface，IUI 2016国际艺术

10、基金项目“宁夏花儿”虚拟现实表演中的交互叙事研究“宁夏花儿”Audiencess PerceptionAudiencess Perception数字孪生的定义与特征数字孪生是采用虚拟现实技术构建物理实体的虚拟对象，并在两者之间建立双向数据通道。虚拟对象依据物理对象的历史数据和实况数据，实时或及时地进行相应的更新演化，同时利用自身的运行状态数据，对物理对象全生命周期过程进行实时或及时的预测、控制。三维模型构建双 向 动态 交 互自 动 同步 演 化自演化预测/控制信息实况数据物理对象虚拟对象2020年国际电信联盟电信标准化部(ITU-T)：将数字孪生作为未来网络 12 个主要应用发展方向之一发展

11、趋势1：数字孪生是未来网络的主要应用方向发展趋势3：数字孪生融合物理空间与虚拟空间国务院、工信部、多个地方政府的“十四五”规划纲要中均将推动数字孪生新技术的创新应用，数字孪生技术也是Facebook等提出的元宇宙概念的关键技术之一兼容和可集成已有仿真软件/算法等资源，实现实况数据的接入、虚实配准，支持三维数字孪生的自动同步演化进化;主要挑战：异构仿真软件/算法集成，虚实配准.开源开发接口开放用户平台资源封装工具仿真配置工具仿真管理与可视化工具演化计算仿真计算反馈三维内容动态演化人机交互与呈现数据接入真实数据接入虚实数据配准仿真环境配置管理资源接入三维仿真资源库仿真软件/算法封装仿真软件/算法部署支撑平台的仿真引擎