5G+云+AI下，如何破除國內VR/AR的發展癥結？

中國工程院院士 趙沁平

據 L.E.K. 預測，至2025 年，VR/AR 的全球市場預計達到1,450 億美元。全球各領域行業巨頭紛紛通過研發投入和技術升級來搶占產業生態制高點。

風起5G：VR/AR 發展未來可期

5G 的普及非常重要，它將解除制約 VR 發展的數據傳輸瓶頸，使得 VR/AR 技術以及相關的平臺和應用取得比較快速的發展。

從技術層面來看，會有以下幾個發展趨勢：

· VR 系統深度逼真

· VR/AR 交互高度自然（包括近眼顯示）

· VR/AR 與人工智能技術融合

· VR 云服務需要包含 VR 數據/模型中心

· 計算向邊緣發展，特別是 AR/VR+ 移動終端

現在 VR 對象的逼真基本上體現在幾何外觀，物理特征的體現主要在剛、流體運動學和動力學方面。深度逼真就是對象的其他物理特征，比如彈塑性、材料屬性等會有更逼真的體現，進一步，生命體對象的生理生化特征會有逼真體現。

交互高度自然的趨勢：首先，總體趨勢是計算機系統將對用戶完全透明，通過鍵盤鼠標的人機交互會成為人與虛擬環境的自然交互。二是 VR/AR 頭顯的輸入和交互，現在戴? VR 頭顯，摸手柄，很不自然。三是 AR 眼鏡會逐步替代屏幕顯示。 四是觸/力覺交互，會逐步朝著觸覺識別、辨別，還有柔韌感和溫濕感方向發展。當然還有其他個性化交互與新興自然交互的機制和設備。

VR/AR 和人工智能的融合也是一個趨勢。主要體現在幾個方面，一是虛擬環境中虛擬對象的智能化，比如 VR 主播、VR 助教；二是 VR 交互的智能化； 三是 VR 內容研發與生產的智能化和自動化。

VR/AR 行業應用會有比較大的發展，VR + 是發展的必然趨勢，會對一些行業的某些方面產生顛覆性的影響。比如在醫學研究和醫學教育方面，現在主要依靠動物、尸體和志愿者，虛擬人體器官和虛擬人體的發展，可以逐步取代這些。再比如數字孿生，是現在裝備制造領域的一個熱詞。實際上數字孿生就是把 VR/AR 技術應用于裝備制造的設計、研發、生產、運維，到售后服務全生命周期。

具有巨大發展前景的其他應用還有（VR/AR+AI）+ 教育， 也即智慧教育，VR+大數據+云計算+AI 的智慧城市， VR+建筑、VR+電商、 VR+文旅等等，幾乎各行業都會應用到 VR。當然，大眾消費也會有一定發展，但估計幅度不會太大，主要受限于體驗設備的性能提高和內容研發。娛樂、游戲等這些2C 應用，大企業會更多關注。

四大技術領域：交互技術會是 VR/AR 未來發展競爭的重要方向

1999 年以來硬件、沉浸、交互和智能化技術全球專利申請趨勢

對 VR/AR 的四個技術領域：關鍵硬件，沉浸技術、交互技術和智能化技術進行專利分析，其發展趨勢說明：關鍵硬件和沉浸技術的數量始終大于交互和智能化技術，是支撐 VR 在2010 年，特別是2013 年形成向上拐點的主力技術。

從2011年開始，交互技術得到較快發展，專利申請量翻倍，說明在硬件和沉浸技術發展到一定程度之后，創新主體，特別是國外一些領頭的 IT 企業，開始關注虛擬現實的典型特征，特別是交互特征的發展。

近年來，智能化技術開始與 VR 技術相融合，保持比較強勁的發展勢頭。

專利申請數量多不等于競爭力強

1999 年以來全球和中國專利申請趨勢

中國2000 年開始有 VR 專利，2008 年中國專利申請量開始高速增長，到2016 年，中國專利申請量占到全球近一半。

虛擬現實全球專利申請總量排名前20 的競爭力分析圖

中國專利總量多，不等于競爭力就強。在國際競爭力排名前20 位中，中國只有2 家：一個是北航，一個是歌爾，都在10 以后，其他都是國外著名的龍頭企業。專利在高校作用不大，只有轉移到企業才能形成競爭力。上述專利分析顯示，我國目前的 VR 專利有很大一部分在高校，在企業的也分布比較散，還沒有形成有競爭力的龍頭企業。

中美 VR 關鍵硬件、沉浸、交互和智能化技術的專利申請趨勢

2010 年美國的虛擬現實開始快速增長，美國在這四方面的技術齊頭并進，發展比較均衡，而中國在交互技術方面的研發相當薄弱。未來交互技術會是 VR/AR 發展競爭的重要方向。

波浪洶涌：中國 VR 發展道阻且艱

從專利申請量、應用、市場以及論文的分析來看，目前中國 VR/AR 發展存在如下幾個問題：

一是在 VR 領域的創新主要在應用層，在應用方面，中國的優勢是對新技術的應用和投資愿望強烈，應用研發力量也比較強，大多數企業也是在應用層發力，這是中國的優勢。但創新著力點只停留在應用層，這就是大問題。

二是中國 VR 頭顯的研發有差距，而 AR 頭顯研發的差距在拉大。AR 頭顯的應用場景要遠多于 VR 頭顯，VR 頭顯主要在娛樂和一些沉浸式體驗上。AR 頭顯則在各行業都有廣闊應用前景，甚至可能取代傳統的屏幕顯示。

三是市面上的核心芯片，包括 GPU 等，基本都是國外的。建模、繪制等軟件工具、開源平臺也全部是國外的。四是交互技術，包括眼動（跟蹤）、觸/ 力覺、還有 VR 頭顯等交互發展不足。

五是美國的 IT 龍頭企業全部都部署了 VR 基礎設備、核心器件和芯片研發，占據優勢。我國的 IT 龍頭企業，剛開始有所考慮和布局。

六是與 VR 相關的國際標準組織，包括頭顯的接口標準組織等都是國外牽頭，而且已經做了較長時間。

乘風破浪：2+3+3規劃

虛擬現實技術與系統國家重點實驗室和虛擬現實/增強現實國家工程實驗室，未來要做的事情可歸納為 “2、3、3”，“2”是比較長遠的兩個綜合性目標。其中一個是“虛擬人體”，虛擬人體可以說是虛擬現實的終極研究目標。虛擬人體是對真實人體的多尺度構成單元進行多模態、多元數據采集，并通過幾何物理、生理等建模所構成的數字化人體。虛擬人體的作用是可以取代動物、尸體及志愿者，成為醫學藥學研究和教育的全新平臺。還可以取代病體進行手術規劃、預演和藥物試驗。我們的愿景是：每個孩子出生以后都可構建一個等同的虛擬孿生伴隨其同步成長，作為其終生的健康檔案和醫療實驗體。

第一個“3”是迫切需要發展的三個目標：一是 VR 內容制作平臺，包括建模、繪制、物理引擎、環境配置等；二是云 VR，支持制造、教育、醫療，展示等；三是面向 VR 的深度學習開源平臺。第二個“3”，面向自然人機交互重點研究觸/力覺、視覺計算和 VR 鼠標。

以上是我們正在做的，下面是我們希望華為做為 IT 龍頭企業發揮作用，占領制高點的幾個方面：

· AR/VR 頭顯、AR 眼鏡

· GPU、 VR 與 AI 芯片和核心器件

· 云 VR 和 WebVR+邊緣 VR，包括相關的數據/模型中心

· 建模與渲染等開源平臺

· 操作系統 VR 化，或 VR 操作系統

· 自然交互技術和相關產品

· VR 領域的行業標準組織

道路艱辛，浪高風疾，但企業和學界一起攜手向前，就一定可以乘風破浪，中國 VR/AR 的發展，未來可期。

5G AI

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