美国虚拟现实技术发展现状、政策及对我国的启示王健美，张旭，王勇，赵蕴华(中国科学技术信息研究所，北京100038)摘要:美国在虚拟现实技术领域拥有着无可争议的优势。

不仅美国政府各部门积极资助虚拟现实技术的研发，而且企业、高校及科研院所竞相掀起虚拟现实技术研究和应用热潮，同时它们还有一套适时有效的科技政策。

对美国虚拟现实技术的发展现状和相关政策法案的阐释，为我国相关技术领域的发展提供有益的借鉴。

关键词:虚拟现实;研发现状;科技政策;启示中图分类号:G353.11∶TP391.9文献标识码:ADevelopment Status and Policy of the Virtual Reality Technology ofUnited States and their Enlightenment to ChinaWANG Jianmei，ZHANG Xu，WANG Yong，ZHAO Yunhua(Institute of Scientific and Technical Information of China，Beijing 100038)Abstract:There is no doubt that the United States has superiority in the field of virtual reality technology.Several gov-ernment departments have been funding on the research and development of this technology，a surge of research and ap-plication into the technology has been found among large enterprises，universities and scientific research institutes.In ad-dition，they are carrying out a set of proper and effective science and technology policy.This article intends to providesome references for the development of relevant technology in China with a focus on the development status of the virtualreality technology and an good explanation on the policy and act of the technology concerned in US.Key words:virtual reality;current situation of research and development;scientific and technical policy;enlightenment1引言虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)技术与多媒体、网络技术并称为三大前景最好的计算机技术，是一种综合计算机图形技术、多媒体技术、传感器技术、人机交互技术、网络技术、立体显示技术以及仿真技术等多种技术而发展起来的综合性技术［1］。

根据IEEE(电气和电子工程师协会)的定义，虚拟现实是指在视、听、触、嗅、味觉等方面高度逼真的计算机模拟环境［2］。

用户可与此环境进行互动，产生身临其境的体验。

VR技术起源于1965年Ivan Sutherland在IFIP会议上所作的“终极的显示”的报告。

20世纪80年代美国VPL公司的创建人之一Jaron Lanier正式提出了“Virtual Reality”一词［3］。

VR技术兴起于20世纪90年代。

2000年以后，VR技术整合发展中的XML、JA V A等先进技术，应用强大的3D计算能力和交互式技术，提高渲染质量和传输速度，进入了崭新的发展时代。

VR技术是经济和社会生产力发展需求的产物，有着广阔的应用前景。

为了把握VR技术优势，美、英、日等国政府及大公司不惜巨资在该领域进行研发，并显示出良好的应用前景。

2美国虚拟现实技术发展现状及相关政策2.1美国政府虚拟现实技术资助及研发现状(1)国家科学基金会国家科学基金会(NSF)成立于1950年，是美国科技体系中的一个重要机构。

NSF下辖7个学部。

其中计算机、信息科学与工程学部(CISE)资助的VR技术项目最多。

该学部下设三个处，每个处下设若干核心计划，支持某一领域的科研项目，其中与VR技术最相关的是人机互动计划(HCI)和以人为中心的计算计划(HCC)。

人机互动计划支持对人机互动系统的设计和评估研究。

以人为中心的计算计划的研究对象覆盖各种计算平台，设备规模从单用户设备到大型异构系统。

这些研究具有高度的跨学科特性，因而经常得到NSF其他计划的联合资助。

国家科学基金会的研发经费总体呈上升趋势，CISE 每年的平均研发经费约为5亿美元①。

由于虚拟现实具有较高的学科综合性和广泛的应用领域，NSF的其他学部也都资助与VR技术相关的项目。

资助项目较多的有工程学部(ENG)下设的产业创新与合作处(IIP)和民用、机械与制造创新处(CMMI)以及教育与人力资源学部(EHR)下设的大学本科教育处(DUE)。

(2)美国航空航天局美国国家航空航天局(NASA)成立于1958年，是世界上最大的空间开发机构。

NASA已经建立了航空、卫星维护VR训练系统，空间站VR训练系统，以及可供全国使用的VR教育系统。

NASA下辖10个研究中心，其中支持VR技术研发最多的是艾姆斯研究中心(ARC)。

艾姆斯研究中心是美国信息技术的领先研究机构之一，年度预算6亿美元(2008年)［4］，研究重点是高性能计算、网络技术和智能系统。

其中与VR 关系最为密切的是中心下设的探索技术理事会下的人机综合处(HSID)，该处主要研究领域为虚拟航空建模仿真、平视显示器、虚拟环境界面等。

HISD 的研发工作主要由航空研究任务理事会(ARMD)和探索系统任务理事会(ESMD)资助。

每个理事会下设若干研究计划，资助HISD研发的计划有空域系统计划、航空安全计划、基础航空计划、星座计划、人类研究计划等。

艾姆斯研究中心开展了一系列的虚拟现实研究项目，如“虚拟行星探索(VPE)”的实验计划;设立未来飞行中心(FutureFlight Central)，利用VR技术评估跑道安全等。

(3)国防部美国国防部(DOD)主导美国国防科研。

二战后，国防科技在美国的科技创新体系中长期占据主导地位，其所获得的联邦政府科研投入一直占联邦科研经费总额的50%左右［5］。

美国国防部非常重视VR技术的研发和应用。

VR技术在武器系统性能评价、武器操纵训练及指挥大规模军事演习等方面发挥着重要作用［6］。

国防高级研究计划署(DARPA)在美国军方的科研活动中占据重要地位。

1983年，DARPA和美国陆军制定并实施了SIMNET计划。

从1994年起，DARPA和美军大西洋司令部(USACOM)联合开展了“战争综合演练场(STOW)”的研发。

从2003年起，DARPA启动DARW ARS项目，加速新一代训练系统的研发和部署。

除DARPA以外，美国军方的VR技术研究机构还有:美国空军技术学院、美国海军研究生院及美国陆军研究所等。

美国空军技术学院主要研究人类因素的检测、计算机图形学以及与大规模分布综合环境应用有关的人机交互问题［6］。

美国海军研究生院下属的图形和图像实验室进行了大规模虚拟环境的开发与应用研究。

其研究目标是为基于网络化虚拟环境的交互仿真开发低价格模拟器。

陆军研究所从事与虚拟环境相关的行为科学和计算机科学两方面的研究，在用于战斗训练的仿真电子战场的应用中发挥着重要作用。

(4)其他部门美国能源部(DOE)为改善运作模式、节省研发经费和时间积极发展VR技术。

能源部1995年启动了“高级仿真和计算计划”，旨在帮助能源部用计算机仿真代替传统的实验方法。

美国卫生与福利部(HHS)下属的国立卫生研究院(NIH)进行了一系列VR技术的研究。

早在1986年就着手开展“可视人计划”，应用于诸多领域。

另外，国立卫生研究院还资助其它科研人员进行VR技术研究。

2008年国立精神卫生研究所应用VR技术研究治疗创伤后应激综合征(PTSD)，取得良好效果。

同年伊利诺伊卫斯理大学的研究人员获得资助，应用VR技术研究人们的性行为选择，以降低艾滋病病毒(HIV)的传播。

此外，联邦航空局(FAA)、教育部(ED)甚至一些州政府也都有开展VR技术研发的机构或计划。

联邦航空局下属的民用航天医学研究所(CA-MI)开发了首个VR空间定向障碍示范器(VRS-DD)。

教育部资助了一些虚拟现实的研究项目，比如培训系统的开发。

美国加州政府则将VR技术作为重要应用写入宽带网络发展计划中。

2.2美国大学虚拟现实技术研发现状高校是推动虚拟现实技术基础研究的重要力量。

北卡罗来纳大学(UNC)计算机系是进行虚拟现实研究最早最著名的大学。

他们主要研究分子建模、航空驾驶、外科手术仿真、建筑仿真等［7］。

麻省理工学院(MIT)是研究人工智能、机器人和计算机图形学及动画的先锋，这些技术都是VR技术的基础。

1985年MIT成立了媒体实验室，进行虚拟环境的正规研究。

媒体实验室建立了一个名叫BOLIO的测试环境，利用这一环境，MIT建立了一个虚拟环境下的对象运动跟踪动态系统。

密歇根大学(University of Michigan)在80年代成功开发了基于符号表示和规则推理的Agent建模环境Soar项目，后来被广泛应用于人工智能、行为建模和人机接口等方面的研究。

Soar项目通过提供改进了的空军仿真兵力来扩充LORAL MODSAF②。

这一计划将使美国国防部在虚拟仿真战役中具有智能化的时态推理能力、多目标管理和传感能力，使管理和操纵敌方兵力的人员减至最少［6］华盛顿大学(UW)的人机界面技术实验室(HITLab)在新概念的研究中起着领先作用，同时也在进行感觉、知觉、认知和运动控制能力的研究。

HIT将VR研究引入了教育、设计、娱乐和制造领域。

伊利诺斯州立大学(UI)研制出支持远程协作的车辆设计分布式VR系统，不同国家和地区的工程师们可以通过计算机网络进行实时协作设计。

乔治梅森大学(GMU)研制出一套在动态虚拟环境中的流体实时仿真系统［7］。

加州大学伯克利分校(UC Berkeley)的远程沉浸实验室采用实时建模和远程传输共享的方法开发了远程沉浸式交互系统。

2.3美国企业虚拟现实技术研发及应用现状企业是推动VR技术应用和产业化的重要力量。