什么是VR？VR联合工业生产走向工业元宇宙

日前，工信部等五部门联合印发《虚拟现实与行业应用融合发展行动计划（2022—2026年）》，并在“虚拟现实+工业生产”板块中提出要围绕重点垂直行业领域，推动虚拟现实和工业互联网深度融合。

虚拟现实的定义和起源

谈及虚拟现实(Virtual Reality，VR)，大家可能最先想到的可能是VR游戏，无论是商场里广泛分布的“VR体验区”还是VR眼镜，VR给人的第一印象就是娱乐性。加之近日诺兰新作《边缘世界》上线，观众可以跟随女主视角，戴上VR头盔后进入虚拟世界，一度引发全球热议。

什么是VR？严格的说，VR是近年来在计算机应用方面十分活跃的技术研究领域，是信息科学领域中的一种新兴技术。它以计算机视觉技术为基础，集中体现了计算机图形学、多媒体技术、计算机技术、数字图像处理、人工智能、人机交互技术、显示技术、多传感器技术、网络以及并行处理等一系列信息技术分支的最新发展成果，是对这些技术更高层次的集成与渗透。通俗的讲，在一个虚拟世界中，人与虚拟世界可进行自然的交互，能实时产生与真实世界相同的感觉，使人与虚拟环境融为一体，即人们可以直接观察与感知周围世界及物体的变化。

VR是一门20世纪末才兴起的综合信息技术。1994年，美国科学家Burdea G，Coiffet曾在Electro 93国际会议上发表的“Virtual Reality Systems andApplications”一文中，提出虚拟现实技术具有的3个最突出特征：交互性(Interactivity)、沉浸感(Immersion)和构想性(Imagination)，也就是现在人们俗称的3个“I”特性。在中国，1990年，钱学森将VR翻译为“灵境”，还说此译名“中国味特浓”，由此在我国，人们也将VR称为“灵境技术”。

本图摘自人民网（钱学森图书馆供图）

根据用户参与形式的不同，VR系统一般分为桌面式、沉浸式、增强式和分布式这4种模式。其中，桌面式使用普通显示器或立体显示器作为用户观察虚拟境界的一个窗口；沉浸式可以利用头盔式显示器、位置跟踪器、数据手套和其他设备，使得参与者获得置身真实情景的感觉；增强式是把真实环境和虚拟环境组合在一起，使用户既可以看到真实世界，又可以看到叠加在真实世界的虚拟对象；分布式是将异地不同用户联结起来，对同一虚拟世界进行观察和操作，共同体验虚拟经历。

虚拟现实技术实时的三维空间表现能力、人机交互式的操作环境以及给人带来的身临其境的感受，将一改人与计算机之间枯燥、生硬和被动的现状。它不但为人机交互界面开创了新的研究领域，为智能工程的应用提供了新的界面工具，为各类工程的大规模的数据可视化提供了新的描述方法，同时，它还能为人们探索宏观世界和微观世界以及由于种种原因不便于直接观察的事物的运动变化规律，提供极大的便利。

虚拟现实与工业生产

其实，VR不仅具有娱乐性，还具有重要的现实意义。在新中国成立七十周年阅兵式上，爱奇艺就曾运用VR技术进行了5G+8K+VR全景视频传输与直播。此外，随着信息技术的发展，VR也已大量应用在汽车、煤炭及石油等工业领域中。笔者总结了VR在工业生产中的三大应用场景：

01   工业设计

工业设计是VR在工业生产中的重要应用场景。在工厂中，技术人员可以利用虚拟样机技术进行仿真实验，在进行物理样机实验之前对系统的相关问题进行先期研究，既减少了人力和物力的投入，又可利用最少的资源进行大量的反复的实验，达到缩短实验周期、降低系统实验成本、提高实验效率的目的，还可减少在物理样机实验中可能出现的意外差错对实验者或物理样机的损害。该项技术一出现就受到了工业发达国家有关科研机构和企业的重视，著名的实例就是波音777飞机利用虚拟现实成功设计出来。

波音777 采用了全数字化设计，包括整机设计、零部件测试和整机装配。所有的开发和测试都采用并行工程的方法，在不同的地点、不同的部门同时展开。利用VR技术进行各种条件下的模拟试飞。工程师们在工作站上实时采集和处理数据并及时解决设计问题。最终制造出来的波音777飞机与设计方案相比误差小于0.001英寸，保证了机身和机翼一次对接成功和飞机一次上天成功，整个设计制造周期从8年缩短到5年。

02   工业培训

设计合理的VR场景可以极大提升员工培训效率和效果。通过模拟真实的厂区环境和设备管网，可以让员工培训无障碍的在“实地”进行，还可模拟复杂的工艺流程，将原本人眼不可见的反应釜及管道的内部情况进行3D可视化展示，使操作人员能够一目了然的了解工艺流程。

更为重要的是，在安全生产和突发安全事故培训上，VR系统更能体现其优势。在现实世界中无法时刻发生安全事故，而VR技术能够将灾难重现，同时科学培训员工进行应急处置。

03   数据可视化

VR提供了对工业机械设备的监控和协作的新方法。VR技术可以让用户在中央控制室中就能整个工厂设备进行可视化监控，所有数据都能以多角度显示。VR工业系统还可以从设备上的传感器中导入数据，实时监控设备工作。

在日常巡检中，员工佩戴好AR眼镜，电力设备的3D模型便“跃然眼前”，同步叠加实时数据，直观判断设备工作状态，还可收到由后台发出的巡检指令，作业人员只需按照屏幕指示步骤，且AR终端设备能根据现场工作的进展自动拍照留存，便于积累经验，形成知识库，这些都大大提高了运维效率。例如，工业一体化AR智能头盔已经应用于电力企业巡检作业中，国家电网、宁德核电等电力企业均已开启5G+AR项目。

其他诸如工厂规划、工厂虚拟展示、VR装配、VR运维等，都是VR在工业生产中的重要场景。

总结

“工业互联网是一个筐，什么都能往里装。”任何信息技术与工业生产的结合都视为工业互联网的一大范畴。随着工业革命的不断推进，工业数智化转型进程驰而不息，VR+工业生产也必将助推工业从数字孪生走向工业元宇宙。

编辑：黄飞