文章来源《产业元宇宙》
一、扩展现实，拓展人类维度
（一）虚拟现实技术的历史
虚拟现实，指利用计算机模拟产生三维空间，为使用者生成虚拟的视觉、听觉、触觉等感官，从而让他们沉浸式地体验虚拟场景并与之互动。
它的发展大致经历了四个阶段：
思想萌芽（1963 年以前）、
技术雏形（1963—1972 年）、
概念产生（1973—1989 年）、
技术应用（1990 年至今）。
1935 年，美国科幻小说家斯坦利·温鲍姆（Stanley G.Weinbaum）在小说中首次构想了以眼镜为媒介，包含视觉、触觉、嗅觉等全方位沉浸式体验的虚拟现实概念，这是可追溯到的最早的虚拟现实的雏形。
1957—1962 年，莫顿·海利希（Morton Heilig）研究发明了“全传感仿真器”——Sensorama。
1968 年，美国计算机图形学之父伊凡·苏泽兰（Ivan Sutherlan）开发完成第一个由计算机图形驱动的头盔显示器 HMD 及头部位置跟踪系统，这是虚拟现实技术发展史上一座重要的里程碑。
虚拟现实概念的产生和理论初步形成主要源自 1985 年的两项发明。
其一是 M.W.Krueger 设计的 VideoPlace 系统，它能够产生一个虚拟图形环境，令体验者的图像投影能实时地响应自己的活动。其二是由 M.MGreevy 领导完成的 VIEW 系统。
体验者穿戴上配套的数据手套和头部跟踪器，能够通过语言、手势等在虚拟环境中进行交互。20 世纪 90 年代，虚拟现实开始进入民用市场。
1994 年，日本游戏公司 Sega 和任天堂分别针对游戏产业推出 VR-1 和 Virtual Boy，但由于成本高、体验差等问题，虚拟现实的这次现身如昙花一现。
直到 2012 年，Oculus 公司以众筹的方式将虚拟现实设备的价格降低到了 300 美元（当时折合人民币 1900 余元），使虚拟现实向大众视野走近了一步。
2014 年，Google 的 Google Card Board 和三星的 Gear VR 发布，VR 技术民用市场逐渐成熟。
2016 年初，VR 迎来资本热潮，引发全社会关注，所有的互联网企业几乎都被卷入了虚拟现实的浪潮，HTC、Oculus、SONY 相继推出消费级的产品，娱乐行业也开始布局虚拟现实内容。
因此，2016 年被许多人称为“VR 元年”。
然而，当时虚拟现实的技术与配套的内容生态还不成熟，在资本的哄抬下，技术想要迅速落地困难重重。
因此 2016 年后半年资本渐冷，出现了大批裁员、欠薪、倒闭的状况。
可以说，2016 年，虚拟现实技术真正走进了公众视野，也历经了过山车般的资本变脸。
对当时的大众消费市场来说，VR 还是一个昂贵、笨重、体验感欠佳、用途单一的产品，因此他们没有强烈的消费需求，“看热闹”的心态居多。
此外，增强现实、混合现实也是与虚拟现实相平行的技术，它们是对虚实界面的不同解决方案。
虚拟现实可称为“沉浸主义”，即完全接管人的现实感官，替换为虚拟感官。
增强现实可称为“叠加主义”，即不遮蔽人的现实感官，只是将计算机图形叠加在现实感官之上。
混合现实技术介于 AR 与 VR 之间，它生成的是将现实环境映射到虚拟环境中，并与虚拟信息合并而产生的新环境。
以上三种技术一般统称为“扩展现实”（XR，Extended Reality）。
（二）扩展现实对人类的意义
元宇宙的本质是互联网的空间化和具身化。
空间化可以说是元宇宙的本体论，在此指信息的存在方式或组织方式。
在计算机发展史上，信息组织形式由最早的打孔向命令行、二维图形化界面不断演进。
而从 20 世纪 70 年代苹果计算机开启个人计算机的 GUI（图形化用户界面）时代，至今已有半个世纪，但在信息组织方式上并没有进一步转向三维空间，只是不断地精致化。
现今，无论我们聊微信还是逛淘宝，信息依然以二维平面的存在方式为主。这种信息形态的特征，是线性的、静态的。
而元宇宙所畅想的是基于 VR 技术在虚拟空间中与好友的化身聊天，在虚拟的商店场景中购物。
这种空间化的信息组织方式打破了二维线性逻辑，给人带来丰富的互动、自由探索体验。
事实上，如今已经有大量三维图形内容存在，但由于 VR 并没有被广泛铺开，三维信息在最终呈现时仍被“拍扁”在二维屏幕上。
而 VR 通过将信息的呈现方式“升维”，可以释放这些被禁锢在屏幕里的三维内容。
当三维内容充满我们的周围时，互联网的空间化也就实现了。
具身化可以说是元宇宙的认识论，在此指人如何从计算机获取信息。
从 2007 年 iPhone 开启人机交互方式的触屏时代，到今天仍没有突破人人“拇指党”的局面。
在手机算力长期过剩的今天，这种交互方式的滞后造成了行业最大的发展瓶颈。
而 VR 所带来的是基于头部定位、手部追踪、手势识别所形成的虚拟世界中的具身性认知。
目前的人机交互技术中，眼、耳可以通过屏幕、耳机轻松进入虚拟世界，而其他感官和身体则找不到入口，只得停留在现实世界。
这其实是一种“身心分离”的困局。
哲学家莫里斯·梅洛-庞蒂（Maurice Merleau-Ponty）曾说，“在正常人中，没有分开的触觉和视觉体验，只有各种感知以不可能确定的分量融合在一体的体验。”
也就是说，对虚拟世界的完整认知必须动用全体感官而非只有大脑，而 VR 正在逐步向这个方向迈进。
当我们可以在虚拟会议室里与身处异地的同事点头致意、比手画脚时，当我们从以键盘上的上下左右键控制化身移动转为用脚步来控制化身移动时，虚拟世界对我们来说才能成为一个真正可以身临其境的世界，而这将是对人类生存维度与感官维度的一次拓展。
人类原本生活在现实世界中，拥有现实感官，而元宇宙通过 XR 技术，在现实世界之上又创造出一层虚拟世界，在现实感官之上又打开了一套虚拟感官，并使得人可以在二者之间自由穿梭。
扩展现实，拓展的其实是人类的生存维度与感官维度。
这是元宇宙对人类最深层的意义，也将在应用层面创造出井喷式的新兴市场。
（三）扩展现实在产业元宇宙中的应用
XR 技术所体现的是信息社会向体验社会的转型。
在产业元宇宙中，这一信息向体验的转型在生产、物流、组织管理、技能培训、团队协作等领域均可以突破原有的线性、静态的信息传递方式，以空间性、具身性、交互性、游戏性的方式革新组织管理模式，丰富人与人的连接，提高人员积极性，开发潜在价值，以新型生产关系进一步解放生产力。
1．社交协作
Meta 于 2021 年推出的虚拟现实社交平台 Horizon Worlds，是一款允许使用定制 VR 化身与其他人聊天的 VR 软件。
简单来看，它就是虚拟现实版的 Zoom 或腾讯会议。
但由于 Oculus Quest 2 VR 头盔可以识别人的手势和头部，所以人们聊天时可以看到会议室里的每个人，并知道与自己对话的人物是谁，还能观察人们说话时的手势，这大大还原了人类在现实生活中沟通方式。
在人类的沟通交流中，以眼神、肢体等非语言方式承载的信息大于语言本身。
当 VR 技术把这些非语言信息表现出来时，沟通效率将大大提升，空间化的协作场景也比文字群聊更加富有趣味性。
可以说，Horizon Worlds 不仅是远程协作平台的新标准，也是 Meta 在转型为元宇宙公司后交出的第一份答卷。
2．医疗
虚拟在医学培训、远程会诊等教育领域得到广泛应用。
根据不完全统计，在 2021 年的 XR 投资案例中，医疗是投资最为集中的一个垂直领域。
借助虚拟现实技术的医学教学，可以使医生立体地了解人体器官的组织结构、工作原理和常见疾病下器官的病理表现。
在会诊实践中，医生可以通过虚拟现实设备和手部的感应器，身临其境般地为患者进行手术；
借助实时图像和操作机械臂，能够以低于 10 毫秒的时延完成手术示例，使学生可以 360 度无死角地观察专家手术过程，实现沉浸式手术教学，提高教学感知。
此外，虚拟现实技术结合 CT 与计算机建模技术，能还原病人的身体情况，让医生更加清晰地观察病人的病情。
随着 VR 应用向元宇宙的转化，医疗信息的联通、医学知识的共享将变得更为自由畅通。
2021 年，江西中医药大学附属医院试验了通过视联网、5G、VR 进行手术直播。这样的医学实践打破了传统医学教学模式，最大限度地扩大了手术教学和学术交流的范围。
此外，南昌大学第一附属医院开设了 VR 全息健康管理体验中心，患者和其家属可通过 VR 配合触控和手势识别，近距离了解人体结构、工作原理和常见疾病下的器官的病理表现，以及疾病发生时的健康导诊，从容提升公众对健康管理的认知。
不仅如此，虚拟现实技术结合 CT 与计算机建模技术，能还原病人的身体情况，让医生更加清晰地观察病人的病情，还能将手术过程通过直播、录制的方式进行交流分享。
3．会展文博
虚拟现实在会展、文博上有巨大的商业潜力。尤其在新冠肺炎疫情期间交通不便的情况下，大量会议从面对面转向“屏对屏”的云端参会。
而 VR 可以营造更为沉浸式、场景式的参会体验。中国大运河博物馆利用虚拟现实技术，重塑了大型古代场景。
《人民日报》新媒体与百度 VR 打造的“复兴大道 100 号”线上 VR 展馆，以展现华夏考试历史与精粹、传播中华优秀文化为主要功能的中国考试虚拟博物馆等也是虚拟现实与文博产业结合的产物。
此外，京剧数字传承与创意体验、云 VR 剧本杀互动平台、VR+沉浸式红色剧本、VR 智慧景区、全息明星演唱会、3D 互动化油画艺术品鉴、虚拟现实技术文物遗址互动展示等应用也正在落地。
4．文旅
元宇宙虚实融合、具身交互的特点将给文化旅游产业带来一系列革新。
现今，人们只能选择在家看视频“云旅游”或到实地旅游，而 AR 技术则可以实现两者的结合，在实地景点中投影出自己喜爱的主播，相伴同游。
目前，华为河图 Cyberverse、百度 DuMix AR 等产品已经可以在现实旅游场景中呈现丰富的虚拟信息，例如，景区路线图、景点介绍，甚至反其道而行之，在现实场景中呈现虚拟景点。
DuMix AR 就在圆明园的遗址上再现了一座大水法遗址，使游客可以通过手机看到“如果圆明园没有被毁”这样架空历史的风貌。
在这样虚实叠加的呈现下，旅客得以对圆明园的原貌及其被毁的历史有更切身的感受。
当然，上述这种 AR 应用目前还停留在 AR 本身，但随着 AR 被越来越深地融入元宇宙的内容生态，新型的应用场景将层出不穷。
三维建模的成本远低于真实道具的制作，因此基于 AR 或 MR 丰富实地旅游体验可以展开巨大的想象空间：在某个墙角可以看到《猫和老鼠》在追逐打闹，在《哈利·波特》的城堡前仰望，可以看到巫师们骑着扫帚飞翔，游客自身也可以让自己设计的化身形象呈现在其他游客的 XR 设备中，真正呈现视觉的盛宴。
当想象虚构被放置在真实场景中，其真实感、梦幻感将大大丰富原有的游玩体验。
目前，迪士尼已经公布了其主题公园元宇宙战略，而 AR 将是其中一个关键技术。
此外，元宇宙对自由创造的鼓励也使得旅游体验从单向游览转向双向的游览—创造，使真正邀请游客参与其中的文旅项目成为可能。
正如迪士尼负责人所说：“元宇宙允许人们扮演既定角色，甚至可以做自己，在整个故事中为自己创造角色，给故事增添新角色。
这是‘元宇宙’实现个性化的关键。”
5．教育与培训
VR 在教育市场的应用，能打破传统教育的固有模式，将抽象的概念情景化、可视化，为教师与学生打造高度沉浸、交互的教学环境。
在技能培训中，利用 VR 技术模拟真实场景，能使学员进行沉浸式练习，还可以模拟突发和极端场景，帮助学员实现无风险的模拟演练，以便高效地掌握相关技能，并熟练投入岗位运用。
不仅如此，一些专业的技能培训对培训人员整体素质要求较高，传统人员培训周期长、成本高，通过 VR 培训可以节约教师资源，有助于学员缩短学习周期，降低各方面成本。
专业培训往往还需借助贵重的真实教具，在时间、空间上都具有局限性，若操作不当，还会对教具造成一定损耗。
VR 技术应用在初期培训上，可以解决上述问题。
6．汽车
VR 技术在汽车设计和生产流程中正在得到重要的应用。
自 2019 年起，韩国现代和起亚公司在研发和试生产阶段全面实施虚拟开发流程，大大减少开发时间和开发成本。
VR 头显使设计师和工程师可以进入同一个虚拟场景进行开发模拟，甚至连接欧洲、美洲，中国和印度的设计中心可以进行实时虚拟协作，实现前所未有的跨团队协作。
此外，VR 在设计的质量验证环节的应用也显示出巨大潜力，因为它允许工程师在各种模拟环境以及各种情况下对车辆进行虚拟测试，以避免风险在真实世界中发生。
未来，虚拟开发流程很可能成为汽车生产的新模式。
在汽车驾驶方面，目前基于 AR 的 HUD（heads-up display，抬头显示系统）正在汽车产业逐步推广。
该技术最早被运用于飞机上，能将飞机的各项参数投射到飞行员视野的正前方，使飞行员保持平视状态，保证飞行安全。
在 AR 技术的发展下，车载 AR-HUD 可以使虚拟信息与实景结合，在不干扰正常驾驶的前提下呈现丰富信息，改善驾驶体验。
结合辅助驾驶系统，AR-HUD 可以实时显示车辆信息以及车辆周边环境信息，也为实现全面自动驾驶提供了有利条件和重要支撑。
随着元宇宙的发展，更多信息将与 HUD 系统打通，车载 AR 成为信息、娱乐和广告的载体，模糊出行与社交、生活、工作的边界。
尤其在自动驾驶技术逐渐成熟后，逐渐解放了双手的司机可以追求更多的舒适度和娱乐性，汽车便成为家与办公场所之外的“第三空间”。
7．数据可视化
VR 是数字孪生技术不可或缺的可视化与交互端口。
数字孪生构建的孪生模型通过可视化平台，利用 VR 向用户呈现 3D 可互动界面，使得纷繁复杂的实体数据成为具体可感、可交互的视觉形态。
数字孪生所建模的机械、车间、园区、城市、矿藏等复杂的对象，在 VR 的呈现下可以自由移动视角，与元素互动，这对于产品设计、城市管理、资源管理等领域都具有重要的使用价值。
在产业发展和运作过程中，涉及诸多的数据，例如，生产数据、运营数据、流通数据等。产业越庞大，数据越复杂。
如果完全依赖人力，复杂的数据依旧复杂。
人眼可以从平板计算机屏幕吸收的数据量存在固有限制。
要将数据化繁为简，就离不开虚拟现实技术的助力。
对产业元宇宙来说，虚拟现实将复杂的数据可视化，实现有效的数据传输。
未来，产业元宇宙将涉及大量不同类型的数据，需要虚拟现实将数据化繁为简，一目了然，便于搜集、统计和观看。
例如，在油藏产业，VR 的应用主要有九点：
一是交互式的模型演示，如转动、倾斜、跟踪、快移、放大等；
二是在任一时间，显示模型中油藏特征参数分布的立体图像；
三是模型次一级的结构图像；
四是模型任意剖面或切面图像；
五是油藏特征参数分布随时间的变化演绎；
六是井位置及完井视图；
七是模型中任意单元位置的特征参数“点测”；
八是井的综合数据显示及定位；
九是井周围局部“点测”显示流体流动及轨迹。
在海洋石油工程中，头盔式立体映象双目镜（Telcontrolled Remotely Operated Vehicle，TROV）可以代替潜水员工作。
操作员头带 TROV，配备电子数据手套，操纵机器抵达通常人工无法进入的极恶劣工况下的深水洋底去采集数据，同时，还可根据 TROV 的摄像和接收到的数据，通过虚拟现实系统生成一个实时的“海底作业环境”，让操作者得以沉浸式高效作业。