虛擬現(xiàn)實(shí)六大關(guān)鍵技術(shù)趨勢(shì)

繼2016年產(chǎn)業(yè)元年與2019年5G云VR元年過后，虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)開始進(jìn)入起飛階段。虛擬現(xiàn)實(shí)用戶體驗(yàn)對(duì)融合創(chuàng)新的需求迅速提升，技術(shù)體系初步成型。

在全球經(jīng)濟(jì)形勢(shì)復(fù)雜多變和新冠疫情的影響下，人類社會(huì)生活和生產(chǎn)方式面臨新的挑戰(zhàn)，作為新一代信息技術(shù)融合創(chuàng)新的典型領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實(shí)迎來(lái)新機(jī)遇。繼2016年產(chǎn)業(yè)元年與2019年5G云VR元年過后，虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)開始進(jìn)入起飛階段。虛擬現(xiàn)實(shí)用戶體驗(yàn)對(duì)融合創(chuàng)新的需求迅速提升，技術(shù)體系初步成型;Micro—LED與衍射光波導(dǎo)成為近眼顯示領(lǐng)域探索熱點(diǎn);云渲染、人工智能與注視點(diǎn)技術(shù)引領(lǐng)VR渲染2.0;強(qiáng)弱交互內(nèi)容多元融合，內(nèi)容制作支撐技術(shù)持續(xù)完善;自然化、情景化與智能化成為感知交互發(fā)展方向;5G與F5G雙千兆網(wǎng)絡(luò)構(gòu)筑虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用基礎(chǔ)支撐。此外，以應(yīng)用服務(wù)、終端器件、網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)和內(nèi)容生產(chǎn)為重點(diǎn)領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)生態(tài)粗具規(guī)模，云化虛擬現(xiàn)實(shí)觸發(fā)產(chǎn)業(yè)鏈條融合創(chuàng)新，對(duì)傳統(tǒng)業(yè)務(wù)流程的解構(gòu)重組催生視頻內(nèi)容上云、圖形渲染上云與空間計(jì)算上云新業(yè)態(tài)，“虛擬現(xiàn)實(shí)+”創(chuàng)新應(yīng)用向生產(chǎn)生活領(lǐng)城加速滲透，云AR數(shù)字孿生描繪人機(jī)交互深度進(jìn)化未來(lái)藍(lán)圖。

融合創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)用戶體驗(yàn)持續(xù)進(jìn)階

虛擬現(xiàn)實(shí)存在單機(jī)智能與網(wǎng)聯(lián)云控兩條技術(shù)路徑。當(dāng)前，多數(shù)企業(yè)基于單體智能的發(fā)展軌道，聚焦近眼顯示、感知交互、渲染計(jì)算與內(nèi)容制作領(lǐng)域的研發(fā)創(chuàng)新、技術(shù)產(chǎn)業(yè)化及成本控制等相關(guān)工作，網(wǎng)聯(lián)元素主要體現(xiàn)在內(nèi)容上云后的流媒體服務(wù)。未來(lái)，虛擬現(xiàn)實(shí)發(fā)展的演進(jìn)形態(tài)不是兩者簡(jiǎn)單疊加，而是有機(jī)融合;在云、網(wǎng)、邊、端、用、人等融為一體的創(chuàng)新體系下重構(gòu)現(xiàn)有系統(tǒng)架構(gòu)，觸發(fā)產(chǎn)業(yè)躍遷，進(jìn)而在這一深度融合創(chuàng)新的框架下，重新界定并迭代優(yōu)化一批新技術(shù)、新產(chǎn)品、新標(biāo)準(zhǔn)、新市場(chǎng)與新業(yè)態(tài)。

現(xiàn)階段虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)演進(jìn)軌道尚未定型，技術(shù)供需面臨多重挑戰(zhàn)，存在超長(zhǎng)的產(chǎn)業(yè)鏈條致使創(chuàng)新投入力不從心，現(xiàn)實(shí)效果與用戶預(yù)期存在落差等問題。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)新的難點(diǎn)與焦點(diǎn)在于需求指標(biāo)間的權(quán)衡優(yōu)化。對(duì)于諸多階梯化、多層次與分場(chǎng)景的細(xì)分需求，往往出現(xiàn)“按下葫蘆浮起瓢”的研發(fā)窘境。如何求解用戶需求這一多目標(biāo)函數(shù)，即不以犧牲或最低限度犧牲某方面需求來(lái)滿足其他，成為業(yè)界技術(shù)創(chuàng)新過程中所面臨的共性挑戰(zhàn)。在這一背景下，融合創(chuàng)新與以人為中心成為解決上述難題的參考原則。相比單機(jī)版的發(fā)展路徑，基于云、網(wǎng)、邊、端、用等多領(lǐng)域間的技術(shù)組合進(jìn)一步釋放了融合創(chuàng)新的潛在空間。此外，相比傳統(tǒng)的智能終端與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，虛擬現(xiàn)實(shí)作為下一代人機(jī)交互平臺(tái)，日漸強(qiáng)調(diào)以人的生理及心理特質(zhì)為技術(shù)創(chuàng)新的出發(fā)點(diǎn)。

近眼顯示：Micro—LED與衍射光波導(dǎo)成為當(dāng)前探索熱點(diǎn)

近眼顯示受限于核心光學(xué)器件與新型顯示的發(fā)展，整體發(fā)展相對(duì)遲緩。2020年隨著市場(chǎng)需求日漸清晰，業(yè)界對(duì)近眼顯示領(lǐng)域表現(xiàn)出更高的期待。

在顯示領(lǐng)域，快速響應(yīng)液晶與硅基OLED（OLEDoS）作為主流的顯示技術(shù)，處于實(shí)質(zhì)規(guī)模量產(chǎn)階段，微型發(fā)光二極管（Micro—LED）有望迅速發(fā)展。當(dāng)前快速響應(yīng)液晶屏成為多數(shù)VR終端的常用選擇，主要表現(xiàn)為以超高清、輕薄、成本為設(shè)計(jì)導(dǎo)向的三類技術(shù)規(guī)格。

在光學(xué)領(lǐng)域，作為下一代人機(jī)交互平臺(tái)，虛擬現(xiàn)實(shí)呼喚以人為中心的光學(xué)架構(gòu)，視覺質(zhì)量、眼動(dòng)框范圍、體積重量、視角場(chǎng)、光學(xué)效率與量產(chǎn)成本間的權(quán)衡取舍、優(yōu)化組合成為驅(qū)動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新的主要?jiǎng)右颉?/p>

渲染計(jì)算：云渲染、人工智能與注視點(diǎn)技術(shù)引領(lǐng)VR渲染2.0

不同于影視工業(yè)中離線渲染技術(shù)對(duì)視覺保真度的極致追求，實(shí)時(shí)渲染主要用于無(wú)預(yù)定腳本的游戲等強(qiáng)交互應(yīng)用，為保證渲染速度而在一定程度上對(duì)渲染畫質(zhì)做出權(quán)衡妥協(xié)。虛擬現(xiàn)實(shí)渲染領(lǐng)域的主要技術(shù)挑戰(zhàn)在于面向傳統(tǒng)游戲的上述權(quán)衡范式難以直接套用于虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，表現(xiàn)為相比游戲畫面的主流渲染要求（如FHD分辨率所須每秒渲染六千萬(wàn)像素且不高于150毫秒的用戶交互時(shí)延），虛擬現(xiàn)實(shí)渲染負(fù)載與MTP時(shí)延須提升十倍量級(jí)才可達(dá)到初級(jí)沉浸的入門體驗(yàn)。

此外，手機(jī)式/一體式VR與AR移動(dòng)平臺(tái)的渲染功耗預(yù)算尤為有限。當(dāng)前，針對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)渲染所面臨的“小馬拉大車，既要馬兒吃得少，又要跑得快”的技術(shù)挑戰(zhàn)，業(yè)界先后發(fā)展出異步時(shí)間扭曲（ATW）、異步空間扭曲（ASW）、多視圖渲染（MultiView）、多分辨率渲染、畸變補(bǔ)償渲染等一系列優(yōu)化算法，旨在彌合傳統(tǒng)游戲與虛擬現(xiàn)實(shí)渲染間的技術(shù)斷點(diǎn)。此外，在跨越了沉浸體驗(yàn)的初始門檻后，渲染質(zhì)量與效率間的平衡優(yōu)化成為時(shí)下驅(qū)動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)渲染技術(shù)新一輪發(fā)展的核心動(dòng)因，即用戶需求的持續(xù)進(jìn)階放大了渲染畫質(zhì)、速度、成本、帶寬等多目標(biāo)規(guī)劃的求解難度。在智能云控與以人為本的創(chuàng)新架構(gòu)下，云渲染、人工智能與注視點(diǎn)技術(shù)觸發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)渲染計(jì)算2.0開啟。

內(nèi)容制作：交互性體驗(yàn)和支撐工具快速發(fā)展

從用戶與內(nèi)容應(yīng)用間的交互程度看，虛擬現(xiàn)實(shí)業(yè)務(wù)可分為弱交互與強(qiáng)交互兩類。前者通常以被動(dòng)觀看的全景視頻點(diǎn)播、直播為主，后者常見于游戲、互動(dòng)教育等形式，內(nèi)容須根據(jù)用戶輸入的交互信息進(jìn)行實(shí)時(shí)渲染，自由度、實(shí)時(shí)性與交互感更強(qiáng)。

在弱交互領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實(shí)視頻的社交性、沉浸感與個(gè)性化特質(zhì)日益凸顯，強(qiáng)弱交互內(nèi)容界線趨于模糊。由于體育賽事、綜藝節(jié)目、新聞報(bào)道與教育培訓(xùn)等直播事件受眾群體明確，商業(yè)落地相對(duì)成熟，VR直播成為豐富虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容的利器，可較大程度上緩解目前高品質(zhì)VR內(nèi)容匱乏、“有車沒油”的問題。

在強(qiáng)交互領(lǐng)域，VR社交成為游戲以外的略高地，虛擬化身正在拉開虛擬現(xiàn)實(shí)社交大幕。相比2D視頻、狹窄視野及有限追蹤感知能力，VR用戶對(duì)虛擬化身的感知與控制構(gòu)成了不再脫鉤的交互閉環(huán)，即追蹤采集的用戶數(shù)據(jù)被實(shí)時(shí)投射于虛擬化身外觀及行為表現(xiàn)。

在內(nèi)容相關(guān)的其他支撐性技術(shù)上，WebER、OS、OpenER等重點(diǎn)領(lǐng)域穩(wěn)健發(fā)展。作為電腦、手機(jī)、平板等智能終端用戶交互窗口的延續(xù)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，約有2/3虛擬現(xiàn)實(shí)頭顯用戶使用瀏覽器。WebXR推動(dòng)了虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容與各類終端平臺(tái)、操作系統(tǒng)間的解耦，提供了更加便捷的網(wǎng)頁(yè)VR/AR應(yīng)用開發(fā)環(huán)境，將成為下一代Web沉浸體驗(yàn)的基石。

感知交互：自然化、情景化與智能化為前行之路點(diǎn)亮燈塔

感知交互強(qiáng)調(diào)與近眼顯示、渲染計(jì)算、內(nèi)容制作、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)汝P(guān)鍵領(lǐng)域間的技術(shù)協(xié)同，各大ICT巨頭與虛擬現(xiàn)實(shí)科技型初創(chuàng)公司對(duì)此深度布局，積極投入。當(dāng)前，追蹤定位、沉浸聲場(chǎng)、手勢(shì)追蹤、眼球追蹤、三維重建、機(jī)器視覺、肌電傳感、語(yǔ)音識(shí)別、氣味模擬、虛擬移動(dòng)、觸覺反饋、腦機(jī)接口等諸多感知交互技術(shù)百花齊放，共存互補(bǔ)，并在各細(xì)分場(chǎng)景下呈現(xiàn)相應(yīng)的比較優(yōu)勢(shì)。未來(lái)，理想的人機(jī)交互可讓虛擬現(xiàn)實(shí)用戶聚焦交互活動(dòng)本身，而忘記交互界面（手段）的存在，界面越發(fā)“透明”，自然化、情景化與智能化成為感知交互技術(shù)發(fā)展的主航道。

沉浸聲場(chǎng)體驗(yàn)“富礦”尚待挖潛，聽音辨位、空間混響、通感移覺等成為發(fā)展重點(diǎn)。Inside—out技術(shù)全面成熟，追蹤定位將呈現(xiàn)集視覺相機(jī)、IMU慣性器件、深度相機(jī)、事件相機(jī)等多傳感融合的發(fā)展趨勢(shì)。手勢(shì)追蹤初步成熟，“手勢(shì)追蹤+”將成為虛擬現(xiàn)實(shí)輸入交互新模式。眼動(dòng)迫蹤成為虛擬現(xiàn)實(shí)終端的新標(biāo)配。環(huán)境理解與3D重建將成為虛擬現(xiàn)實(shí)感知交互領(lǐng)域技術(shù)內(nèi)核之一。

網(wǎng)絡(luò)傳輸：5G+F5G構(gòu)筑虛擬現(xiàn)實(shí)雙千兆網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施支撐

2019年5月，工信部、國(guó)資委共同印發(fā)專項(xiàng)行動(dòng)，確定開展“雙G雙提”、推動(dòng)固定寬帶和移動(dòng)寬帶雙邁入千兆（G比特）時(shí)代，明確提出2019年我國(guó)千兆寬帶發(fā)展的目標(biāo);2020年9月，國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議確定加快新型消費(fèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，第五代固定網(wǎng)絡(luò)（F5G）千兆寬帶與5G網(wǎng)絡(luò)共同構(gòu)成雙千兆接入網(wǎng)絡(luò)連接，助力千兆城市建設(shè)。當(dāng)前，作為影響虛擬現(xiàn)實(shí)業(yè)務(wù)體驗(yàn)的關(guān)鍵因素，傳輸網(wǎng)絡(luò)不斷地探索傳輸推流、編解碼、最低時(shí)延路徑、高帶寬低時(shí)延、虛擬現(xiàn)實(shí)業(yè)務(wù)AI識(shí)別等新的技術(shù)路徑，旨在實(shí)現(xiàn)無(wú)卡頓、無(wú)花屏、黑邊面積小、高低清畫質(zhì)切換無(wú)感知等用戶體驗(yàn)，讓產(chǎn)業(yè)有評(píng)估業(yè)務(wù)質(zhì)量的技術(shù)和方法，加速虛擬現(xiàn)實(shí)的規(guī)模化發(fā)展。

邊緣計(jì)算賦能雙G云化虛擬現(xiàn)實(shí)提檔升級(jí)。千兆光網(wǎng)+云VR將成為F5G時(shí)代的典型特征與重點(diǎn)應(yīng)用的結(jié)合。IP架構(gòu)簡(jiǎn)化、全光網(wǎng)絡(luò)、端網(wǎng)協(xié)同等成為虛擬現(xiàn)實(shí)承載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。精細(xì)化運(yùn)維技術(shù)成為云化虛擬現(xiàn)實(shí)業(yè)務(wù)質(zhì)量的重要保障。

當(dāng)前，我國(guó)VR/AR產(chǎn)業(yè)發(fā)展取得了積極成果，但也存在一些問題與挑戰(zhàn)。我國(guó)應(yīng)緊抓5G與人工智能機(jī)遇期，突破業(yè)界慣有展廳級(jí)、孤島式、小眾性、雷同化的發(fā)展瓶頸，聚力融合創(chuàng)新與規(guī)模應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)級(jí)、網(wǎng)聯(lián)式、規(guī)模性、差異化的虛擬現(xiàn)實(shí)普及之路。

（來(lái)源：中國(guó)信息通信研究院、華為技術(shù)有限公司和京東方科技集團(tuán)股份有限公司）