虚拟现实技术与艺术融合，技术与设计创新发展——“虚拟现实领域技术人才知识更新”2022年高级研修项目顺利结课

       2022年11月26日，2022年人社部“虚拟现实领域技术人才知识更新”高级研修班活动进入第四天。上下午报告主题分别为“虚拟现实技术与艺术”、“虚拟现实技术与产业”，邀请了六位专家分别从虚拟现实建模新理论和方法、虚拟现实技术与艺术、虚拟仿真环境构建及实验教学协同设计、元宇宙终端设备、触力觉自然交互技术、虚拟现实教育应用中的互操作性做了详细而全面的报告。专家们的报告内容承前启后，精彩纷呈。学员们带着自己的问题积极与专家互动交流，现场求学气氛浓烈；课后，多位学员积极整理课堂所学，以提问和笔记的方式在微信学员群里展开交流讨论与知识回顾，在虚拟现实技术的浩瀚蓝海中，扬帆远行。

       11月26日的会议由北方工业大学李争平教授主持。26日上午报告以“虚拟现实技术与艺术”为主题，分别为北京师范大学教授、虚拟现实应用教育部工程研究中心主任武仲科的“虚拟现实建模的新理论和方法探讨”，北京航空航天大学教授、新媒体艺术与设计学院院长沈旭昆的“虚拟现实与艺术设计”，北京师范大学教授、智慧学习研究院院长黄荣怀的“虚拟仿真环境建构及实验教学协同设计”。

      下午，在“虚拟现实技术与产业”的大视角下，北方工业大学教授、俄罗斯工程科学院外籍院士王立军的“元宇宙终端—XR 硬科技前沿及产业发展趋势”，北京航空航天大学教授王党校的“面向虚拟现实和增强现实的触力觉自然交互技术”以及虚拟现实应用教育部工程研究中心常务副主任王学松博士“虚拟现实教育应用中的互操作性”三场主题报告完美收官。在一整天的课程学习中，高级研修班的各位学员提问积极，整体气氛十分活跃，经过6位专家的精彩报告与问题解答，极大地拓展了学员们对虚拟现实技术与产业融合创新的视野。

       关于虚拟现实建模的新理论与方法探讨方面，武仲科教授在报告中提到，想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界上的一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉。而元宇宙描述了人类超越虚拟与现实世界的终极愿景，当越来越多的专家学者投身到元宇宙模型建设中时，无疑是人们对想象力的实践和探索。

       武仲科教授指出，随着未来虚拟现实技术发展，对建模技术的新的需求，非线性、非刚性、各项异性材料的物体表示和仿真将成为VR建模的主要研究内容。从具体操作层面而言，武仲科教授首先从理论上分析了物体表示问题、形状分析问题和动态物体仿真问题，最后提出黎曼几何框架下虚拟现实建模的新理论和新方法。

       值得一提的是，武仲科教授强调了数学基础分析对虚拟现实建模的重要性，若将形状看成流形，可以充分利用丰富的黎曼几何工具研究物体的内蕴性质；他表示，当代数学工具，特别是黎曼几何将取代欧式几何成为虚拟现实建模的数学基础，在面向各项异性材料的物体表示与仿真方面，实心物体表示与模拟将成为三维物体主流表示方法；而基于流形的机器学习将成为解决VR建模的新方法。

       沈旭昆教授从人类对艺术的追求中追溯虚拟技术概念的源头。在他的报告中提到，美国VPL公司的创立人Jaron Lanier可以称为虚拟技术先锋，他在1989年就提出了Virtual Reality一词，指出虚拟技术是在另一个地方，另一个身体或另一个世界逻辑中创造幻想的数字产品。

       美的艺术作为人类文明精神层面不可缺的重要组成部分，沈旭昆教授从大自然的旖旎风光与经典艺术品造型中获取灵感，研究三维扫描仪，以技术手段逼真还原经典艺术品，在光影下的手势跟踪技术，使得被扫描的艺术品活灵活现，给各位学员呈现了一场科学与艺术的精彩盛宴。

       黄荣怀教授在实验教学的大视角下，介绍了他的虚拟仿真实验教学项目，报告中数据显示，截止目前，全国已经建成300个国家级虚拟仿真实验教学中心、1000个国家虚拟仿真实验教学项目、1088门国家虚拟仿真实验就学一流课程以及2000+iLAB-X国家虚拟仿真实验教学课程共享平台。由此可见，虚拟技术人才培养体系基本成型，若后期虚拟仿真实验项目形成开放共享模式，这对于高校而言，获取有效教学资源将更为便利。

        结合高校教学场景，黄荣怀教授从学生学习的角度阐述了虚拟现实学习理论，他表示，在实验性、演示性较强的学科中应用元宇宙，通过构建拟真教学环境，催生虚拟备课、虚拟授课、虚拟考试等教育教学新方法，能够给这些学科带来更大想象空间。而高校教师应在教学中如何用好虚拟仿真实验室以及如何提升学生有效学习力方面加大研究精力投入。在分享结束后，多位来自高校的学员关切提问，黄荣怀教授结合实际从教学方面为现场学员答疑解惑。

       最后，黄荣怀教授从虚拟现实的多维度心理体验出发，介绍了虚拟现实情境认知模型，指出基于问题的学习情境化能够带给学生更深入的学习体验。同时，他进一步分析了技术专家与学科教师的协同设计以及协同工作机制，他希望通过本次培训能够号召更多的技术专家、教师和企业参与到虚拟仿真教学的发展中。

       经过中午短暂的调休，下午的课程在李争平教授的主持下顺利进行。北方工业大学王立军教授首先开讲，他分析道，第一代元宇宙的技术架构因受限于网络算力、终端性能，所以体验感差强人意，而如今的虚拟现实技术基础与产业生态均趋于成熟，已初步具备元宇宙快速发展的条件。

       紧接着，王立军教授又系统地介绍了元宇宙的接入与交互终端—XR头戴式（虚拟、增强和混合现实）显示终端的硬科技发展前沿及未来趋势，报告中也提及下一代高清高亮度微显示技术（MicroOLED和MicroLED）、衍射光学、精密光波导和光栅器件、交互感知MEMS芯片以及整机产业发展的前景与关键硬科技。不过，他也表示，显示亮度是目前XR设备的普遍性缺陷问题，未来光波导+Microled则被认为是消费级AR眼镜光学方案的黄金搭档。

        王党校教授全面地阐述了基于触觉反馈装置与触觉渲染算法，他表示该装置与算法有望增强虚拟现实中现实系统的沉浸感和交互性。与此同时，王党校教授结合丰富的案例生动有趣地向学员们阐述了面向虚拟现实和增强现实（VR/AR）的触力觉交互技术，其中包括桌面式触力觉交互装置、穿戴式触力觉反馈设备、高实时力渲染算法以及裸手式触觉交互设备等。

       王党校教授也向学员解释了触觉的科学与科技方面的挑战。具体来看，触觉的科学挑战包括Unknown questions、多属性触觉刺激的神经编码和处理机制、肢体运动姿态的感知和触觉信息感知的脑网络协同机制等，而触觉的技术挑战有多元触觉反馈(力、温度、摩擦….…) 、虚拟场景触觉信息现实呈现技术以及全身触觉反馈技术等诸多方面。

       王学松博士围绕虚拟现实教育应用中的互操作性展开阐述，为现场学员们分享了他在虚拟仿真技术于教育应用方面的丰富经验。课程中，王学松博士循序渐进地分析了当下VR内容、教育需求以及软硬件之间的适配性与互操作性问题，随后又解释了如何构建VR产品的框架体系、VR内容生产的本地化以及在此过程中实现产业标准化和规范协议。

       谈及产业标准化，王学松博士强调，需从具体的产品出发形成产业标准，而实施产业标准以及国际化认定，尤其对于从事虚拟仿真教育行业服务的技术性公司、高等院校的技术普及以及虚拟仿真技术在教育教学中实施推广均具有重要的意义。

       回顾三天扎实的课堂实训，专家们从虚拟现实产业到投融资，从软件设计到硬件开发以及从虚拟现实教育到未来实践等方面为学员们普及了新理论与方法，这也为来自全国各大高校与虚拟现实行业的100名高级研修班学员提供了思考与实践新路径，为虚拟现实产学研赋新能。