4月3日，華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院葉哲偉教授團(tuán)隊(duì)，在全球范圍內(nèi)首創(chuàng)新冠肺炎混合現(xiàn)實(shí)三維立體醫(yī)學(xué)影像——他們將新冠肺炎患者的肺部CT掃描數(shù)據(jù)輸入到專業(yè)軟件中，構(gòu)成三維全息可視圖像，醫(yī)生佩戴混合現(xiàn)實(shí)眼鏡后，一幅三維立體圖便活靈活現(xiàn)地呈現(xiàn)在眼前。利用此手段，醫(yī)生可精準(zhǔn)了解病人肺部的空間結(jié)構(gòu)和病理變化，有針對(duì)性地制訂治療方案，同時(shí)還能開(kāi)展醫(yī)術(shù)交流和遠(yuǎn)程會(huì)診。
混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)屬于擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的一種。擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)不僅在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，而且在遠(yuǎn)程辦公、遠(yuǎn)程巡檢以及線上教育、線上商業(yè)展示等領(lǐng)域也高效運(yùn)用。
可以預(yù)見(jiàn)，擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)未來(lái)在全球各領(lǐng)域的應(yīng)用將會(huì)更加火爆。那么，它的概念是什么？有何重要應(yīng)用？特別是在軍事領(lǐng)域應(yīng)用前景如何？請(qǐng)看——
一種綜合性的高新技術(shù)群
擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)（XR）技術(shù)，是虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）和混合現(xiàn)實(shí)（MR）這3種技術(shù)以及其他類似沉浸式技術(shù)的統(tǒng)稱。
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)：利用計(jì)算機(jī)模擬產(chǎn)生一個(gè)三維空間的虛擬世界，用戶戴上VR顯示器，能360°觀看這個(gè)完全虛擬的世界。人們通過(guò)佩戴特殊設(shè)計(jì)的頭盔設(shè)備，依靠計(jì)算機(jī)生成的虛擬環(huán)境，將自己與真實(shí)的物理世界隔絕開(kāi)來(lái)，完全沉浸于一個(gè)獨(dú)立的時(shí)空中。
增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)：將計(jì)算機(jī)生成的虛擬物體、場(chǎng)景或系統(tǒng)提示信息疊加到現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)的增強(qiáng)。用戶能夠通過(guò)感官直接獲取擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)的體驗(yàn)，具有極強(qiáng)的交互性。足不出戶就能滿足購(gòu)物欲的“虛擬試衣”程序以及手機(jī)實(shí)景行車導(dǎo)航軟件，都是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的典型應(yīng)用。
混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)：把虛擬數(shù)字對(duì)象引入現(xiàn)實(shí)環(huán)境，物理和數(shù)字對(duì)象共存，并能實(shí)時(shí)互動(dòng)。新冠肺炎混合現(xiàn)實(shí)三維立體醫(yī)學(xué)影像事例中，醫(yī)生戴上混合現(xiàn)實(shí)眼鏡，患者器官的虛擬全息立體模型立即呈現(xiàn)在面前，醫(yī)生可通過(guò)手勢(shì)在空中移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、縮放三維影像，直接“透視”患者的肺部結(jié)構(gòu)，從而為實(shí)現(xiàn)術(shù)前影像診斷、手術(shù)規(guī)劃、術(shù)中導(dǎo)航和遠(yuǎn)程醫(yī)療等提供了極大方便。
雖然名稱不同，但它們的底層軟件硬件技術(shù)很多都是相通的，尤其是與芯片相關(guān)的支持技術(shù)以及軟件開(kāi)發(fā)包。擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)實(shí)際上是這3種沉浸式技術(shù)的綜合發(fā)展，離不開(kāi)“四個(gè)支撐”：
——輸入技術(shù)的支撐。即依靠對(duì)運(yùn)動(dòng)、環(huán)境做出感應(yīng)和交互觸發(fā)的技術(shù)。擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)系統(tǒng)需要多種感應(yīng)器協(xié)同工作，在輸入階段就得捕捉并識(shí)別人體數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)，以提高識(shí)別精度；其交互觸發(fā)功能向多模態(tài)方向發(fā)展，同時(shí)硬件設(shè)備將會(huì)可穿戴化或植入人體內(nèi)。
——處理技術(shù)的支撐。即依靠輸入信息識(shí)別、數(shù)字內(nèi)容生成、虛實(shí)融合處理等技術(shù)。借助人工智能算法以及相應(yīng)數(shù)據(jù)源平臺(tái)，集中處理復(fù)雜、多元的非結(jié)構(gòu)化海量數(shù)據(jù)，使真實(shí)和虛擬空間無(wú)縫融合，并將輸入信息與數(shù)字內(nèi)容按照用戶期望的情境進(jìn)行融合處理。
——輸出技術(shù)的支撐。即依靠視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、味覺(jué)及嗅覺(jué)五感反饋的技術(shù)，為用戶提供情境化的真實(shí)感官體驗(yàn)。
——泛在技術(shù)的支撐。即依靠人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、高速傳輸網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，保證數(shù)據(jù)從云端到邊緣、再到設(shè)備端的傳輸穩(wěn)定性。
應(yīng)用于軍事領(lǐng)域潛力巨大
擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，無(wú)論在醫(yī)療、制造、能源和交通等傳統(tǒng)行業(yè)，還是在網(wǎng)絡(luò)安全、電子商務(wù)、移動(dòng)通信等數(shù)字化領(lǐng)域，均有廣闊的發(fā)展前景，特別是在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用潛力巨大。
——虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)用于高端武器裝備的研發(fā)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)代武器裝備的性能越來(lái)越先進(jìn)、系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，研制成本也越來(lái)越高昂。如果在武器裝備研制論證階段，提出的方案存在設(shè)計(jì)不合理、設(shè)計(jì)深度不夠、設(shè)計(jì)漏項(xiàng)等缺陷，就會(huì)為后期的生產(chǎn)和使用留下大的隱患。為此，世界上很多一流的國(guó)防軍工企業(yè)在生產(chǎn)新型汽車、飛機(jī)等武器裝備前，通常會(huì)使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立逼真的三維虛擬環(huán)境，設(shè)計(jì)制造人員戴上頭盔顯示器，審視設(shè)計(jì)合理性，并利用這樣的環(huán)境反復(fù)修改設(shè)計(jì)方案和性能指標(biāo)，提高設(shè)計(jì)的科學(xué)性，加快武器裝備的研制進(jìn)度。
——增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)無(wú)人機(jī)用于戰(zhàn)場(chǎng)偵察監(jiān)視。軍用無(wú)人機(jī)不僅能對(duì)敵方的目標(biāo)實(shí)施致命打擊，還能成為高效的空中信息搜集平臺(tái)，對(duì)重點(diǎn)地區(qū)進(jìn)行偵察監(jiān)視，給決策者提供地形地貌、兵力部署、部隊(duì)動(dòng)態(tài)等信息，為實(shí)施作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃提供支持。目前，世界上已有多個(gè)國(guó)家的軍隊(duì)將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于無(wú)人機(jī)功能開(kāi)發(fā)，進(jìn)一步提升無(wú)人機(jī)的偵察監(jiān)視能力。無(wú)人機(jī)操作員使用AR設(shè)備和軟件，將重要的戰(zhàn)場(chǎng)信息疊加到現(xiàn)場(chǎng)視頻上，從而大幅增強(qiáng)對(duì)人道主義救援、搜索營(yíng)救、潛在目標(biāo)偵察等任務(wù)的態(tài)勢(shì)感知能力。此外，采用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的無(wú)人機(jī)還能使指揮官與其部隊(duì)實(shí)時(shí)通信并中繼關(guān)鍵信息，從而指揮部隊(duì)更加精準(zhǔn)地展開(kāi)作戰(zhàn)行動(dòng)，同時(shí)減少附帶損傷。
——擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)用于提升軍事訓(xùn)練的質(zhì)量效率。美國(guó)國(guó)防部高層認(rèn)為，擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)將極大地改善戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知、后勤保障、作戰(zhàn)戰(zhàn)備甚至醫(yī)療救護(hù)等的訓(xùn)練方式和實(shí)施過(guò)程。2019年5月，美國(guó)陸軍參謀長(zhǎng)詹姆斯·麥克康維爾上將對(duì)美國(guó)國(guó)會(huì)議員們說(shuō)：“擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)是一項(xiàng)尖端技術(shù)，它將改變我們訓(xùn)練士兵和作戰(zhàn)的方式，是讓我們?yōu)橹d奮的技術(shù)。”美國(guó)陸軍和海軍陸戰(zhàn)隊(duì)正在研發(fā)被稱為綜合視覺(jué)增強(qiáng)系統(tǒng)的新型戰(zhàn)場(chǎng)平視顯示器，將合成訓(xùn)練環(huán)境與真實(shí)世界的數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)，以提升步兵的戰(zhàn)備水平和作戰(zhàn)效能；海軍和空軍一直在使用類似的擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)訓(xùn)練他們的戰(zhàn)斗機(jī)飛行員。美國(guó)空軍通過(guò)采用虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能和生物特征跟蹤等技術(shù)，將訓(xùn)練一名新飛行員的時(shí)間從12個(gè)月減至4個(gè)月。
未來(lái)發(fā)展需應(yīng)對(duì)關(guān)鍵挑戰(zhàn)
近年來(lái)，擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，但要使人能夠有更流暢、更沉浸的體驗(yàn)，還需要在工程技術(shù)方面取得重大突破，應(yīng)對(duì)以下關(guān)鍵挑戰(zhàn)：
——擁有舒適的可穿戴設(shè)備。這是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。以佩戴的眼鏡為例，沒(méi)有人會(huì)喜歡一副又笨又重的眼鏡，但又必須在眼鏡上加載傳感器、計(jì)算機(jī)、相機(jī)、電池等單元。要滿足人們的這一要求難度很大。
——有效延長(zhǎng)電池的待機(jī)時(shí)間。目前，擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用很大程度上依附于電腦和智能手機(jī)發(fā)展，但未來(lái)面向?qū)I(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)或?qū)⑾蚩纱┐魇皆O(shè)備發(fā)展，對(duì)電池的待機(jī)時(shí)間提出了更高要求。只有電池技術(shù)實(shí)現(xiàn)突破、有效延長(zhǎng)電池的待機(jī)時(shí)間，才會(huì)促使擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展更進(jìn)一步。
——解決系統(tǒng)運(yùn)行高時(shí)延問(wèn)題。沉浸式體驗(yàn)不僅需要快速連接，還需要低時(shí)延。當(dāng)前，大多數(shù)擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用吞吐量很大，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中存在高時(shí)延、用戶體驗(yàn)差等問(wèn)題。使用5G技術(shù)和邊緣云，將擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用涉及的大量數(shù)據(jù)計(jì)算遷移到就近與基站相連的云服務(wù)器上，是未來(lái)解決這一問(wèn)題的有效途徑。
——消除系統(tǒng)存在的巨大風(fēng)險(xiǎn)。雖然擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠給人們帶來(lái)無(wú)限機(jī)會(huì)，但也存在巨大風(fēng)險(xiǎn)。如擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)系統(tǒng)的底層數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)偏差，容易受到濫用和網(wǎng)絡(luò)攻擊的影響；擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠跟蹤與人最密切的相關(guān)數(shù)據(jù)——人的感情、判斷、反應(yīng)和其他更多特質(zhì)，如果相關(guān)信息被不懷好意的人或敵方掌握，將可能帶來(lái)非常嚴(yán)重的后果。
人們相信，積極應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，解決現(xiàn)實(shí)存在的諸多問(wèn)題，擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)的更多主流應(yīng)用會(huì)不斷涌現(xiàn)，從而開(kāi)啟一個(gè)全新的未來(lái)。
上圖為擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用示意圖。梁 晨合成