信息產(chǎn)業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性、先導(dǎo)性產(chǎn) 業(yè)，對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整具有重要的示范意義，是穩(wěn)增長(zhǎng)、促改革的主戰(zhàn)場(chǎng)。我國(guó)是全球領(lǐng)先的信息產(chǎn)業(yè)大國(guó)，以虛擬現(xiàn)實(shí)等產(chǎn)品為代表的一批市場(chǎng)反響好、用戶體驗(yàn)佳的創(chuàng)新性產(chǎn)品推動(dòng)了供給側(cè)改革。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概念

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是指借助計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及傳感器技術(shù)生成三維環(huán)境，創(chuàng)造出一種嶄新的人機(jī)交互方式，通過(guò)調(diào)動(dòng)用戶各種感官（視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)等）來(lái)享受更加真實(shí)的、身臨其境的體驗(yàn)。

在產(chǎn)業(yè)界，將虛擬現(xiàn)實(shí)定義為三類技術(shù)應(yīng)用方式：

虛擬現(xiàn)實(shí)（VR，Virtual Reality）

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR，Augmented Reality）

混合現(xiàn)實(shí)（MR，Mixed Reality）

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)三維世界的模擬創(chuàng)造出一種嶄新的交互系統(tǒng)。它利用計(jì)算機(jī)生成一種模擬環(huán)境，是一種多源信息融合的交互式三維動(dòng)態(tài)視景和實(shí)體行為系統(tǒng)仿真，并使用戶沉浸到該環(huán)境中。

1、虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)屬于前沿技術(shù)中信息技術(shù)部分三大技術(shù)之一。重點(diǎn)研究電子學(xué)、心理學(xué)、控制學(xué)、計(jì)算機(jī) 圖形學(xué)、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)分布系統(tǒng)和多媒體技術(shù)等多學(xué)科融合的技術(shù)，研究醫(yī)學(xué)、娛樂(lè)、藝術(shù)與教育、軍事及工業(yè)制造管理等多個(gè)相關(guān)領(lǐng)域的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和系統(tǒng)。

2、國(guó)際虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況

目前虛擬現(xiàn)實(shí)行業(yè)仍處于起步階段，供應(yīng)鏈及配套還不成熟，但是發(fā)展前景引人想象，預(yù)計(jì)未來(lái)市場(chǎng)潛力巨大。

3、虛擬現(xiàn)實(shí)標(biāo)準(zhǔn)化情況

虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)快速健康發(fā)展需要標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范引導(dǎo)，目前標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)重缺失，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展就像帶著鎖鏈在跳舞，這個(gè)鎖鏈就是不適合虛擬現(xiàn)實(shí)的一些現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，因?yàn)樘摂M現(xiàn)實(shí)的一些技術(shù)要求超出了原有的一些配套行業(yè)的技術(shù)要求。

雖然國(guó)際上虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)和產(chǎn)品呈一片如火如荼的繁榮景象，但虛擬現(xiàn)實(shí)存在內(nèi)容短板：虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容稀缺、制作成本過(guò)高，內(nèi)容呈現(xiàn)方式多樣，虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，各類虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備之間還無(wú)法實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，成為制約虛擬現(xiàn)實(shí)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵因素；同時(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容數(shù)據(jù)量龐大，給實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)傳輸帶來(lái)新挑戰(zhàn)。

在虛擬現(xiàn)實(shí)終端設(shè)備方面，我國(guó)不管是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、虛擬現(xiàn)實(shí)或是混合現(xiàn)實(shí)，雖然專注于此領(lǐng)域的公司有近百家，但多數(shù)團(tuán)隊(duì)都是技術(shù)型的創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)，對(duì)行業(yè)的商業(yè)模式和應(yīng)用方案并沒(méi)有成型的思考，產(chǎn)品化能力捉襟見(jiàn)肘。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)特點(diǎn)

1、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)綜述

虛擬現(xiàn)實(shí)基于動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)、立體顯示和傳感器技術(shù)、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具應(yīng)用技術(shù)、實(shí)時(shí)三維圖形生成技術(shù)、系統(tǒng) 集成技術(shù)等多項(xiàng)核心技術(shù)，主要圍繞虛擬環(huán)境表示的準(zhǔn)確 性、虛擬環(huán)境感知信息合成的真實(shí)性、人與虛擬環(huán)境交互的自然性、實(shí)時(shí)顯示、圖形生成、智能技術(shù)等問(wèn)題的解決使得 用戶能夠身臨其境地感知虛擬環(huán)境，從而達(dá)到探索、認(rèn)識(shí)客 觀事物的目的。虛擬現(xiàn)實(shí)具有以下三個(gè)重要特征，常被稱為虛擬現(xiàn)實(shí)的 3i 特征：

（1）、構(gòu)想性（Imagination）

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，為人類認(rèn)識(shí)世界提供了一種全新的方法和手段，可以使人類跨越時(shí)間與空間，去經(jīng)歷和體驗(yàn)世界上早已發(fā)生或尚未發(fā)生的事件；可以使人類突破生理上的限制，進(jìn)入宏觀 或微觀世界進(jìn)行研究和探索；也可以模擬因條件限制等原因 而難以實(shí)現(xiàn)的事情。

（2）、沉浸感（Immersion）

沉浸性來(lái)源于對(duì)虛擬世界的多 感知性，除了常見(jiàn)的視覺(jué)感知外，還有聽(tīng)覺(jué)感知、力覺(jué)感知、觸覺(jué)感知、運(yùn)動(dòng)感知、味覺(jué)感知、嗅覺(jué)感知等。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)應(yīng)該具備人在現(xiàn)實(shí)世界中具有的所有感知功能，但鑒于目前技術(shù)的局限性，在現(xiàn)在的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用中，較為成熟或相對(duì)成熟的主要是視覺(jué)沉浸、聽(tīng)覺(jué)沉浸、觸覺(jué)沉浸技術(shù)，而有關(guān)味覺(jué)與嗅覺(jué)的感知技術(shù)正在研究之中，目前還很不成熟。

（3）、實(shí)時(shí)交互性（Interactivity）

虛擬和現(xiàn)實(shí)交互性的產(chǎn)生，主要借助于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的特殊硬件設(shè)備（如數(shù)據(jù)手 套、力反饋裝置等），使用戶能通過(guò)自然的方式，產(chǎn)生同在真實(shí)世界中一樣的感覺(jué)。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)比較強(qiáng)調(diào)人與虛擬世界之間進(jìn)行自然的交互，交互性的另一個(gè)方面主要表現(xiàn)了交互的實(shí)時(shí)性。

2、虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)鏈

虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)，產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)比高，涉及產(chǎn)業(yè)眾多，包 括虛擬現(xiàn)實(shí)工具與設(shè)備、內(nèi)容制作、分發(fā)平臺(tái)、行業(yè)應(yīng)用和 相關(guān)服務(wù)等在軍事、民用以及科研等方面的各種應(yīng)用。

虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)鏈中，工具和設(shè)備類可細(xì)分為輸入設(shè)備、 輸出設(shè)備、顯示設(shè)備、拍攝設(shè)備、以及相關(guān)軟件等；由于虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)涉及到從基礎(chǔ)硬件生產(chǎn)、軟件開(kāi)發(fā)、核心部件制造、實(shí)體以及網(wǎng)絡(luò)分發(fā)平臺(tái)、營(yíng)銷與服務(wù)等眾多軍事、民用領(lǐng)域。

3、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)演進(jìn)方向

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)質(zhì)是構(gòu)建一種人為的能與之進(jìn)行自由交互的“互聯(lián)世界”，在這個(gè)“世界”中參與者可以實(shí)時(shí)地探索或 移動(dòng)其中的對(duì)象。沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)是最理想的追求目標(biāo)。通過(guò)聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)和視覺(jué)在虛擬場(chǎng)景中進(jìn)行體驗(yàn)。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)仍將延續(xù)“低成本、 高性能”原則，從軟件、硬件兩方面展開(kāi)模擬與仿真運(yùn)用，發(fā)展方向主要?dú)w納如下：

（1）、低成本快速建模技術(shù)。

虛擬環(huán)境的建立是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的核心內(nèi)容，動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)的目的是獲取實(shí)際環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，并根據(jù)需要建立相應(yīng)的虛擬環(huán)境模型。內(nèi)容制作成本高、周期長(zhǎng)，對(duì)于制作人員的要求也高，限制了虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的發(fā)展。

（2）、實(shí)時(shí)三維圖形生成和顯示技術(shù)。

三維圖形的生成技術(shù)已比較成熟，而關(guān)鍵是怎樣“實(shí)時(shí)生成”，在不降低圖形的質(zhì)量和復(fù)雜程度的基礎(chǔ)上，如何提高刷新頻率將是今后重要的研究?jī)?nèi)容。

（3）、新型交互設(shè)備的研制

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)人能夠自由與虛擬世界對(duì)象進(jìn)行交互，猶如身臨其境，借助的輸入輸出設(shè)備主要有智能終端設(shè)備如頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣服、三維位置 傳感器和三維聲音產(chǎn)生器等。

（4）、智能化、自然的虛擬現(xiàn)實(shí)建模

虛擬現(xiàn)實(shí)建模是一個(gè)比較繁復(fù)的過(guò)程，需要大量的時(shí)間和精力。如果將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與自然交互、語(yǔ)音識(shí)別等技術(shù)結(jié)合起來(lái)，可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題。

（5）、分布式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

分布式虛擬現(xiàn)實(shí)（DistributedVirtual Environment，DVE）是今后虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展的重要方向。將分散的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)或仿真器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)起來(lái)，采用協(xié)調(diào)一致的結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議和 數(shù)據(jù)庫(kù)，形成一個(gè)在時(shí)間和空間上互相耦合的虛擬合成環(huán)境，參與者可自由地進(jìn)行交互作用。

4、工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

在工業(yè)領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)多用于產(chǎn)品論證、設(shè)計(jì)、裝配、 人機(jī)工效和性能評(píng)價(jià)等。代表性的應(yīng)用，如模擬訓(xùn)練、虛擬樣機(jī)技術(shù)等已受到許多工業(yè)部門(mén)的重視。

仿真軟件與自動(dòng)化的互聯(lián)與集成正在用仿真技術(shù)客戶提供更高效的設(shè)計(jì)分析，并且，這些技術(shù)已經(jīng)融合了大量的傳感技術(shù)、VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、Web技術(shù)，智能制造使得這些技術(shù)必須與自動(dòng)化進(jìn)行銜接，直接生成的制造參數(shù)將會(huì)發(fā)布給執(zhí)行系統(tǒng)，由自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)執(zhí)行這些設(shè)計(jì)。

智能產(chǎn)品與智能制造

智能制造概念

《智能制造》(Smart Manufacturing)，就智能制造的內(nèi)涵與前景進(jìn)行了系統(tǒng)描述，將智能制造定義為“通過(guò)集成知識(shí)工程、制造軟件系統(tǒng)、機(jī)器人視覺(jué)和機(jī)器人控制來(lái)對(duì)制造技工們的技能與專家知識(shí)進(jìn)行建模，以使智能機(jī)器能夠在沒(méi)有人工干預(yù)的情況下進(jìn)行小批量生產(chǎn)”。智能制造是將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)與先進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)、傳感技術(shù)、控制技術(shù)、數(shù)字制造技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)工廠和企業(yè)內(nèi)部、企業(yè)之間和產(chǎn)品全生命周期的實(shí)時(shí)管理和優(yōu)化的新型制造系統(tǒng)。

1、智能制造的技術(shù)特征

智能制造的特征在于實(shí)時(shí)感知、優(yōu)化決策、動(dòng)態(tài)執(zhí)行等三個(gè)方面：

（1）、是數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)感知。智能制造需要大量的數(shù)據(jù)支持，通過(guò)利用高效、標(biāo)準(zhǔn)的方法實(shí)時(shí)進(jìn)行信息采集、自動(dòng)識(shí)別，并將信息傳輸?shù)椒治鰶Q策系統(tǒng);

（2）、優(yōu)化決策。通過(guò)面向產(chǎn)品全生命周期的海量異構(gòu)信息的挖掘提煉、計(jì)算分析、推理預(yù)測(cè)，形成優(yōu)化制造過(guò)程的決策指令。

（3）、動(dòng)態(tài)執(zhí)行。根據(jù)決策指令，通過(guò)執(zhí)行系統(tǒng)控制制造過(guò)程的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、安全的運(yùn)行和動(dòng)態(tài)調(diào)整。

2、智能制造的構(gòu)成

（1）、智能產(chǎn)品(裝備)

智能產(chǎn)品是發(fā)展智能制造的基礎(chǔ)與前提，由物理部件、智能部件和聯(lián)接部件構(gòu)成。智能部件由傳感器、微處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置、控制裝置和軟件以及內(nèi)置操作和用戶界面等構(gòu)成;智能產(chǎn)品具有監(jiān)測(cè)、控制、優(yōu)化和自主等四個(gè)方面的功能。聯(lián)接部件由接口、有線或無(wú)線聯(lián)接協(xié)議等構(gòu)成;物理部件由機(jī)械和電子零件構(gòu)成。使信息可以在產(chǎn)品、運(yùn)行系統(tǒng)、制造商和用戶之間聯(lián)通。

監(jiān)測(cè)是指通過(guò)傳感器和外部數(shù)據(jù)源，智能產(chǎn)品能對(duì)產(chǎn)品的狀態(tài)、運(yùn)行和外部環(huán)境進(jìn)行全面監(jiān)測(cè);在數(shù)據(jù)的幫助下，一旦環(huán)境和運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生變化，產(chǎn)品就會(huì)向用戶或相關(guān)方發(fā)出警告?？刂剖侵缚梢酝ㄟ^(guò)產(chǎn)品內(nèi)置或產(chǎn)品云中的命令和算法進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。優(yōu)化是系統(tǒng)里植入數(shù)據(jù)的各種算法，從而大幅提高產(chǎn)品的利用率和生產(chǎn)效率;自主是指將檢測(cè)，控制和優(yōu)化功能融合到一起，產(chǎn)品就能實(shí)現(xiàn)前所未有的自動(dòng)化程度。

（2）、智能生產(chǎn)

智能生產(chǎn)是指以智能制造系統(tǒng)為核心，以智能工廠為載體，通過(guò)在工廠和企業(yè)內(nèi)部、企業(yè)之間以及產(chǎn)品全生命周期形成以數(shù)據(jù)互聯(lián)互通為特征的制造網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)管理和優(yōu)化。智能生產(chǎn)涵蓋產(chǎn)品、工藝設(shè)計(jì)、工廠規(guī)劃的數(shù)字設(shè)計(jì)與仿真，底層智能裝備、制造單元、自動(dòng)化生產(chǎn)線，制造執(zhí)行系統(tǒng)，物流自動(dòng)化與管理等企業(yè)管理系統(tǒng)等。

（3）、智能服務(wù)

通過(guò)采集設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，并上傳至企業(yè)數(shù)據(jù)中心(企業(yè)云)，系統(tǒng)軟件對(duì)設(shè)備實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)、控制，并經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析提早進(jìn)行設(shè)備維護(hù)。例如；電力開(kāi)關(guān)終端智能裝備在控制箱內(nèi)，安裝了傳感器、存儲(chǔ)器、處理器以及SCADA系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

（4）、智能產(chǎn)品的作用

發(fā)展智能制造的核心是提高企業(yè)生產(chǎn)效率，拓展企業(yè)價(jià)值增值空間，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是縮短產(chǎn)品的研制周期。通過(guò)智能制造，產(chǎn)品從研發(fā)到上市、從下訂單到配送時(shí)間可以得以縮短。通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控和預(yù)測(cè)性維護(hù)為機(jī)器和工廠減少高昂的停機(jī)時(shí)間，生產(chǎn)中斷時(shí)間也得以不斷減少。

二是提高生產(chǎn)的靈活性。通過(guò)采用數(shù)字化、互聯(lián)和虛擬工藝規(guī)劃，智能制造開(kāi)啟了大規(guī)模批量定制生產(chǎn)乃至個(gè)性化小批量生產(chǎn)的大門(mén)。三是創(chuàng)造新價(jià)值。通過(guò)發(fā)展智能制造，企業(yè)將實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)的“以產(chǎn)品為中心”向“以集成服務(wù)為中心”轉(zhuǎn)變，將重心放在解決方案和系統(tǒng)層面上，利用服務(wù)在整個(gè)產(chǎn)品生命周期中實(shí)現(xiàn)新價(jià)值。

3、數(shù)字化智能制造也常被稱為數(shù)字化工廠

數(shù)字化智能制造也常被稱為數(shù)字化工廠是指以產(chǎn)品全生命周期的相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境中，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行仿真、評(píng)估和優(yōu)化，并進(jìn)一步擴(kuò)展到整個(gè)產(chǎn)品生命周期的新型生產(chǎn)組織方式，也是現(xiàn)代數(shù)字制造技術(shù)與計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。作為溝通產(chǎn)品設(shè)計(jì)和產(chǎn)品制造之間的橋梁，它的出現(xiàn)給基礎(chǔ)制造業(yè)注入了新的活力。

建設(shè)自動(dòng)化、智能化、信息化、高效化的數(shù)字化工廠，儼然成為全球制造業(yè)未來(lái)的新一輪發(fā)展目標(biāo)。