增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的專利分析

郭凱 劉丹 齊欣

摘要：增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)通過將虛擬世界信息與現(xiàn)實(shí)世界信息相融合，完美地實(shí)現(xiàn)了超越現(xiàn)實(shí)感官的體驗(yàn)，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用到軍事、醫(yī)療、教育、建筑、娛樂等行業(yè)，成為可穿戴設(shè)備領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文針對增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)，對國內(nèi)外專利的目的地輸出國、申請量趨勢、申請人排序以及作為該領(lǐng)域的主要申請人奇躍公司的相關(guān)專利申請進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和分析，供相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員參考。

關(guān)鍵詞：增強(qiáng)現(xiàn)實(shí);虛擬;可穿戴;傳感

一、技術(shù)原理

AR技術(shù)即Augmented Reality技術(shù)的簡稱，被稱作增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)、混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)或擴(kuò)增現(xiàn)實(shí)技術(shù)。該技術(shù)的基本理念是將計(jì)算機(jī)仿真模擬生成的虛擬影像疊加在現(xiàn)實(shí)世界的真實(shí)環(huán)境中，從而實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)實(shí)的增強(qiáng)。作為一種全新的人機(jī)交互技術(shù)，AR技術(shù)利用傳感器與攝像頭的實(shí)時(shí)信息采集以及實(shí)時(shí)跟蹤及注冊、場景融合與匹配技術(shù)【1， 2】，實(shí)現(xiàn)了真實(shí)世界與虛擬世界之間的“無縫”集成，真實(shí)與虛幻在同一個(gè)畫面或空間中的同時(shí)存在使得諸多無法在真實(shí)世界中感受到的體驗(yàn)成為了現(xiàn)實(shí)【3】。

二、從專利角度看AR技術(shù)的發(fā)展

1.全球?qū)＠暾埱闆r

圖1為AR技術(shù)全球?qū)＠暾埬康牡剌敵鰢植记闆r，截止目前， AR技術(shù)全球?qū)＠暾埩繛?9981件，其中美國為主要目的地，為19454件，中國和韓國分列二、三位，分別為11210件和7052件，歐洲和日本分別為3518件和1837件?？梢?，美國是AR高新科技企業(yè)競相爭奪的首要市場，亞洲市場緊隨其后。

圖2為AR技術(shù)全球?qū)＠暾埬甓确植记闆r，可以看出，2010年以前，AR全球?qū)＠暾埩靠偣?000余件，而進(jìn)入2010年后，每年的申請量都在1000件以上。由此可見， 在全球范圍內(nèi)，AR技術(shù)在最近十年的時(shí)間里一直保持快速平穩(wěn)的發(fā)展態(tài)勢。

圖3所示為AR技術(shù)全球?qū)＠暾埲伺判蚯闆r。其中，Magic Leap公司（下文稱為奇躍公司）憑借其強(qiáng)大的研發(fā)實(shí)力，以2660件的申請量占據(jù)首位，接下來分別是華為、三星、LG和微軟，申請量分別為1632件，1203件和1180件。前十位申請人中，美國公司占據(jù)了六個(gè)席位，韓國有兩家上榜，日本和中國各占一席。

2.在華專利申請的總體情況

圖4所示為AR技術(shù)在華專利申請年度分布情況。2010年以前，AR技術(shù)在華每年的申請量最多只有兩位數(shù)，而2011年至今，每年的相關(guān)專利申請量都在三位數(shù)，其專利申請量的增加趨勢與圖2所示AR技術(shù)全球?qū)＠暾埬甓确植记闆r基本一致，說明AR技術(shù)在最近十年的時(shí)間里在中國市場也得到了快速穩(wěn)定的發(fā)展。

圖5所示為AR技術(shù)在華專利申請人排序情況。奇躍公司以1646件的數(shù)量占據(jù)首位，接下來分別是華為、三星、高通和微軟，申請量分別為1326件、831件、591件和449件。根據(jù)圖3和圖5可知，奇躍公司無論在全球范圍還是在中國，其在AR技術(shù)領(lǐng)域都居于領(lǐng)先地位。下面就對該公司AR技術(shù)相關(guān)專利申請進(jìn)行簡單分析。

3.奇躍公司全球?qū)＠暾埖目傮w情況

圖6所示為截止到2021年12月為止，奇躍公司在全球申請的2660件AR相關(guān)專利的技術(shù)分類情況。其中位于申請量之首的專利主要涉及顯示器結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，占總比例的29%;其次分別涉及三維圖像操作、人機(jī)交互、光學(xué)系統(tǒng)改進(jìn)、模式識別等。下面筆者簡單介紹兩篇相關(guān)專利申請內(nèi)容。

圖7所示的公開號為CN109642716A的專利申請公開了一種通過使用單個(gè)厚光導(dǎo)光學(xué)元件的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括光源120和光導(dǎo)光學(xué)元件LOE 190，LOE 190具有內(nèi)耦合光柵192（“ICG”）和外耦合光柵198（“OCG”）。當(dāng)使用系統(tǒng)100時(shí)，來自光源120的虛擬光束210經(jīng)由ICG 192進(jìn)入LOE 190，通過基本全內(nèi)反射（“TIR”）沿著LOE 190傳播并經(jīng)由OCG 198離開LOE 190，用于顯示到用戶的眼睛;其克服了多平面開關(guān)元件的要求、對準(zhǔn)層的難度、以及來自多個(gè)表面反射的散射效應(yīng)等問題。

公開號為CN106662754A的專利申請公開了一種增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中用于生成物理環(huán)境的表面模型的方法，其使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)生成現(xiàn)實(shí)世界物理環(huán)境的表面模型，根據(jù)接收的圖像/視頻生成平面多邊形網(wǎng)格，并計(jì)算3-D點(diǎn)云的截?cái)喾柧嚯x函數(shù)（“TSDF”），基于3-D點(diǎn)云生成平面多邊形網(wǎng)格，然后提取平面多邊形網(wǎng)格的邊界多邊形，根據(jù)提取的邊界多邊形生成凸包，最后根據(jù)凸包生成最小面積定向的邊界多邊形（“MAOBP”）;該方法能夠呈現(xiàn)更加優(yōu)質(zhì)的圖像顯示效果。

三、小結(jié)

AR技術(shù)包含了計(jì)算機(jī)、多媒體、實(shí)時(shí)視頻顯示及控制、多傳感器融合等新技術(shù)與新手段，在尖端武器、飛行器的研制與開發(fā)、數(shù)據(jù)模型的可視化、教育培訓(xùn)、文藝娛樂等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用空間。預(yù)計(jì)到2024年，AR市場將有望達(dá)到1002.4億美元，其中亞太AR市場有望達(dá)到442億美元。以奇躍公司為首的美國科技領(lǐng)導(dǎo)者仍是該項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)主力，我國只有華為公司躋身于世界AR專利申請前十位。面對國外科技巨頭的激烈爭奪，國內(nèi)企業(yè)應(yīng)當(dāng)給予足夠的重視，要積極地進(jìn)行專利布局，并及時(shí)了解競爭對手的技術(shù)發(fā)展動態(tài)。在巨大的AR市場面前，我國科研機(jī)構(gòu)需要加快步伐，抓緊機(jī)遇，投入更大的研發(fā)力量，爭取在AR技術(shù)的競爭中處于更加有利的地位。

參考文獻(xiàn)：

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