虚拟现实技术及产业发展现状与趋势

　　傅耀威1，孟宪佳2

　　(1.科学技术部高技术研究发展中心;2.西北大学)

　　虚拟现实技术(简称VR)，在经历了2016年开始的爆发式增长后，目前已经成为信息领域最具潜在应用价值和发展潜力的一个方向。随着市场对VR技术本身的理解逐渐加深，VR与各个行业的融合成为了目前最为令人注目的市场增长点。本文对虚拟现实技术及产业发展现状、趋势，以及面临的问题进行了梳理分析，并提出了我国进一步发展对策。

　　一、关于虚拟现实技术

　　虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向，是仿真技术与计算机图形学、人机接口技术、多媒体技术、传感技术、网络技术等多种技术的集合，是一门富有挑战性的交叉技术前沿学科和研究领域。

　　虚拟现实技术(VR)主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设备等方面。模拟环境是由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像。感知是指理想的VR应该具有一切人所具有的感知。除计算机图形技术所生成的视觉感知外，还有听觉、触觉、力觉、运动等感知，甚至还包括嗅觉和味觉等，也称为多感知。自然技能是指人的头部转动，眼睛、手势或其它行为动作，通过计算机处理后，对用户的输入作出实时响应，并分别反馈到用户的五官。传感设备则是指三维交互设备。

　　二、发展现状与趋势

　　从市场上的几个典型事例，我们可以看到目前VR技术及产业发展的一些重要趋势。

　　(一)头戴显示器逐渐成为主流设备，创业企业逐渐退场，巨头成为中坚力量

　　目前VR头戴显示器(以下简称头显)的出货量不断攀升，IDC(互联网数据中心)预计2018年销量将从2017年的约800万台增至1240万台。预计2018年将是连续5年以来平均增长首次达到52.5%，预计2022年VR和AR(增强现实)头显的出货量将达到6890万台。

　　VR硬件设备供应商发生了较大变化，由之前以创业公司为主转变为由巨头公司为主，目前的主要设备供应商包括HTC、Oculus(背后是Facebook)、索尼、HP、三星、联想、华为、小米等。

　　微软公司在其Windows 10操作系统中预装了支持其VR头显的混合现实门户程序，使得所有支持微软标准的VR头显都可以无缝的与PC连接并使用，大大降低了VR设备使用的门槛，使得VR头显在真正意义上成为了每一个用户都可以轻易使用的主流设备。

　　(二) VR市场得到业界认可，核心器件厂商正式跟进

　　核心的显示元件和移动计算芯片，一直是制约VR行业发展最核心的两个问题。这并不仅仅来源于技术的不成熟，更多的原因是由于之前VR市场容量较小，主流芯片厂家没有针对VR推出适合的产品导致。直到今天，大多数VR头显使用的依然是为手机开发的芯片。

　　但是这一问题在近一年来得到了根本性的改观。2017年显示芯片大厂Kopin为移动VR推出了2K×2K分辨率OLED显示芯片;同年，Google和LG为VR打造了专用OLED显示屏。在计算芯片方面，高通发布了专门面向VR应用优化的845芯片。高通845提供出色的集成式图形、视频和显示处理技术，带来了30%的图像性能提升、30%的能效比提升，以及超过2倍的显示接口数据吞吐量提升。同时，它还专门面向VR需求，将图形渲染和眼球追踪相结合，支持室内空间定位六自由度，用户无需线缆或额外的空间传感器，便能够在所处的VR环境中自由行动。

　　这一系列的事件都标志着，VR的市场潜力得到了整个行业的认可，VR市场不再是仅供想象的未来市场，而是在今后几年真正将会爆发的市场。

　　同时，由于这些核心芯片厂家的进入，目前头显的体积大、性能不足、舒适度差等问题将会迎刃而解。可以预计在三年之内，VR头显又会迎来一次本质性上的技术升级，这将导致VR行业迎来新一轮的市场发展高潮。

　　三、发展中存在的一些问题

　　(一)行业发展迅速而杂乱，市场规范缺失

　　随着VR技术的快速发展，VR已经和几乎所有的行业产生了交集。在行业快速发展的同时，我们也可以看到很多VR技术被滥用的例子。由于缺少行业标准和监管机制，产品良莠不齐，很多低质量、低水平的VR应用大行其道，市场秩序比较混乱。尤其是在VR教育领域，一些未经深入研究的低质量内容被直接面向低年龄用户开放。这些都无益于VR行业的发展，而且还可能导致一系列的社会问题。

　　(二)核心芯片缺失，重要设备及软件国产率低，技术依然存在“卡脖子”风险

　　VR行业中，最为核心的两块芯片分别是：高分辨率微型显示芯片和低功耗高性能计算芯片。目前在高分辨率微型显示芯片方面，主要以索尼、Kopin等厂家为主，国内厂家如京东方等在微型显示芯片方面上存在一定差距。在高性能计算芯片方面，高通、英伟达等依然牢牢占据主导地位，国内厂家难以与之抗衡。

　　另外在VR行业最重要的VR头显方面，目前国内市场大部分被HTC、Oculus、索尼、HP、三星所占领。这种核心设备缺少本土知名品牌的情况将会使得我国在VR行业发展大潮中处于下风，错过制定国际行业标准和市场规则的机会。

　　在软件方面，三维引擎是VR技术的一个重要基础，引擎本身并不只是技术和工具的集合，围绕引擎的大量有经验的开发者决定了引擎的生命和发展。因此打造出一款出众的引擎并非仅靠短期积累就可以实现。相对于硬件方面国产原创设备一息尚存的状态，国产软件基础平台的处境更为惨淡。目前在所有的面向公众开放的、用于VR开发的主流软件引擎中，几乎没有任何一款属于中国。底层软件平台的缺失，导致VR内容的相关标准控制权完全由国外厂家控制，这对国内VR行业发展并非是一件好事情。

　　(三)VR技术的健康问题被行业忽视，VR设备的“健康”潜力尚未发挥

　　随着越来越多VR教育应用被使用，接触VR的用户群体呈现年轻化趋势;而且随着VR内容的不断丰富，用户沉浸在VR中的时间越来越长。

　　由于学术界尚无对长时间使用沉浸VR对健康影响问题的研究数据和公认结论，人们对这一问题的潜在威胁无法准确评估，因此用户对长时间使用VR是否健康存在担忧。另外，由于VR头显属于全新的产品，厂家在人体工学等方面的设计经验极为匮乏，使得长时间佩戴和使用头显的健康隐患进一步加重。

　　同时，我们需要意识到的另一个问题是：VR头显在进行良好设计和技术优化之后，有可能成为一种“超过自然”水平的健康设备。由此产生的直接结果可能是：使用VR头显阅读比直接阅读真实书本更健康，如果正确应用于日常学习中，有可能降低青少年近视比例。但是由于目前VR头显厂家对“健康”问题的忽视，其上述潜力尚未被发掘。一般公众对VR头显健康问题的认识，主要来源于与智能手机类电子设备的比较，因此存在广泛的对VR设备健康问题的忧虑。

　　四、我国对策建议

　　(一)依托各级VR技术工程中心，开展行业典型应用示范，为行业应用制定规范

　　虚拟现实行业的迅速发展缺乏相关的管理规定与应用规范，行业内存在各类良莠不齐的软硬件产品，普通消费者难以进行快速的分辨和选择。应以国家、省部级等各类VR技术工程中心为依托，利用相关研究成果构建行业应用相关规定规范，开展VR示范应用，完善虚拟现实行业的管理方法，利用逐步成型的规定规范，对软硬件产品的质量进行调控，保证行业竞争力。

　　(二)鼓励地方政府促进产业聚集，形成行业发展合力

　　VR行业与现有产业的结合越来越紧密。通过鼓励地方政府在VR行业方面的产业建设，以地方产业的实际需求作为出发点，将VR行业与地方产业发展进行充分结合，促进产业聚集，从而形成地方产业转型改革与VR行业发展互相促进的发展模式，使行业发展间形成合力，共同发展。

　　(三)大力扶持以开源为特点的公共技术平台，促进共性问题的解决

　　VR行业存在如跟踪定位、显示、交互等多种共性问题，而VR行业的快速发展与共性技术问题的解决密切相关。“开放源代码”是解决共性基础问题的最有效手段，通过扶持以开源为特点的公共技术平台，降低VR行业开发者的入门门槛，从而使更多新思路与人才汇集到VR行业中，促进和推动共性问题的解决，加快行业发展步伐。

　　(四)扶持与人因有关的基础研究及平台，尽快为行业提供科学数据支持

　　VR行业的发展以应用为主，但现有研究中缺乏与人因有关的研究基础，在制定标准时缺少实验数据支持。扶持与人因有关的基础研究工作开展及平台建设，为行业提供大量人因科学数据，为行业发展提供科学依据。

　　(五)进一步深化标准工作，建设测试中心，为行业健康发展保驾护航

　　VR行业的发展与国家、行业的标准密切相关。保证产品的安全性、保证优秀产品的竞争优势才能推动行业的健康发展。应进一步深化行业、国家标准的建设工作，为VR行业相关产品设定最低门槛，保证用户安全使用。

　　VR行业需要具有权威性的测试中心对产品进行专业评测，并研发针对性的检测设备，通过标准的检测方法与检测设备，为各产品提供一致性的检测依据，为行业健康发展提供支撑。

　　本报告为科技部科技创新战略研究专项项目“高新技术领域年度重点创新进展报告”(编号：ZLY201633)研究成果之一。

　　本文特约编辑：姜念云