01、VR/AR技術(shù)概念

VR(虛擬現(xiàn)實(shí))技術(shù)是以處理器、陀螺儀、顯示媒介、傳感控制等為主要硬件、以計(jì)算機(jī)圖形圖像為主要軟件構(gòu)建的綜合性終端，VR技術(shù)在視覺(jué)、聽覺(jué)方面生成高度擬真的數(shù)字化環(huán)境，允許用戶通過(guò)VR設(shè)備與數(shù)字化環(huán)境互動(dòng)，從感官上為用戶帶來(lái)“親臨數(shù)字世界”的沉浸式體驗(yàn)。AR(增強(qiáng)現(xiàn)實(shí))與VR的不同之處在于，VR將用戶的感官全然置于一種計(jì)算機(jī)生成的全數(shù)字化環(huán)境中，而AR并未完全屏蔽人對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的感知，是在VR的基礎(chǔ)上疊加環(huán)境感知、高精度定位、光學(xué)成像等技術(shù)構(gòu)建的終端，實(shí)現(xiàn)虛擬信息與真實(shí)環(huán)境在同一時(shí)空畫面下動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)共存，為用戶帶來(lái)“身在現(xiàn)實(shí)又超越現(xiàn)實(shí)”的新體驗(yàn)。

當(dāng)前，元宇宙概念持續(xù)發(fā)酵，大量科技企業(yè)、投資機(jī)構(gòu)、智庫(kù)機(jī)構(gòu)等從多種視角對(duì)元宇宙展開遠(yuǎn)景暢想與研討。雖然元宇宙的終極定義尚未定音，但從各方口中的“下一代互聯(lián)網(wǎng)”、“Web3.0的重要演進(jìn)”、“全真互聯(lián)網(wǎng)”等看出，人們對(duì)元宇宙最迫切的期待便是對(duì)已發(fā)展十余年的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)來(lái)一次“改頭換面”式的升級(jí)。因此，將2D升級(jí)為3D、將虛擬融合進(jìn)現(xiàn)實(shí)的VR/AR設(shè)備被人們寄予厚望，期待其能成為元宇宙最重要、最普及的終端，正如智能手機(jī)之于當(dāng)今的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)。

02、VR/AR技術(shù)圖譜

(中關(guān)村產(chǎn)業(yè)研究院整理繪制)

VR/AR設(shè)備由顯示、交互、圖形3個(gè)主要技術(shù)構(gòu)成，按技術(shù)重要性從高向低看，顯示為核心技術(shù)影響最重要的視覺(jué)效果，因此其重要性最高，交互為關(guān)鍵技術(shù)影響用戶操作邏輯，其重要性次之，圖形為重要技術(shù)影響虛擬畫面呈現(xiàn)，其重要性稍靠后。從元宇宙發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，未來(lái)VR/AR技術(shù)將與高端芯片、人工智能、云計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)融合，塑造性能更強(qiáng)、功能更豐富的VR/AR設(shè)備。

顯示技術(shù)

顯示技術(shù)是VR/AR設(shè)備中顯示圖像畫面的硬件，由于VR/AR設(shè)備存在近眼顯示特性，因此對(duì)顯示硬件的PPI(像素密度)、分辨率、刷新率、反應(yīng)速度、體積等性能指標(biāo)要求非常高。目前主流的VR/AR設(shè)備采用Fast-LCD屏幕，從顯示性能看，該屏幕色域廣、反應(yīng)速度快，從生產(chǎn)角度看，該屏幕生產(chǎn)成本低，量產(chǎn)供應(yīng)穩(wěn)定，但仍然存在分辨率不足、體積較大、像素密度不足、功耗較高的缺點(diǎn)，難以滿足超高的觀感體驗(yàn)。未來(lái)來(lái)看，Micro-LED屏幕將會(huì)是VR/AR設(shè)備的最優(yōu)選擇，其優(yōu)勢(shì)在于超高的顯示性能，尤其在PPI、分辨率、反應(yīng)速度、體積、功耗等性能指標(biāo)上實(shí)現(xiàn)跨越式優(yōu)化，但目前Micro-LED還處于研發(fā)階段，成本耗費(fèi)高、生產(chǎn)工藝復(fù)雜，還需一定時(shí)間發(fā)展以實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

由于AR是在現(xiàn)實(shí)畫面的基礎(chǔ)上疊加虛擬圖像，所以AR除屏幕外還要額外配置成像元件，目前AR設(shè)備主流的成像元件采用棱鏡式、自由曲面反射式和全面光柵衍射式3類，但都存在視場(chǎng)角與元件體積矛盾(獲取大視場(chǎng)角同時(shí)元件體積、重量相應(yīng)增大)的弊端，而光波導(dǎo)式在解決該問(wèn)題上具有優(yōu)勢(shì)，可目前其設(shè)計(jì)門檻較高，難以商用，未來(lái)隨著技術(shù)演進(jìn)將會(huì)成為AR主流成像元件。

交互技術(shù)

交互技術(shù)是VR/AR設(shè)備捕捉用戶意圖及行為、反饋擬真感官體驗(yàn)，以此進(jìn)行人機(jī)交互的技術(shù)。能否降低交互手段的存在感、貼近人體自然感官體驗(yàn)是交互技術(shù)的重要衡量。目前來(lái)看，手勢(shì)交互是VR/AR設(shè)備的主要交互手段，并且以控制器等外設(shè)感知手勢(shì)為主，也有部分設(shè)備升級(jí)為計(jì)算機(jī)視覺(jué)識(shí)別手勢(shì)，但識(shí)別效果欠佳;全視角的畫面顯示為VR/AR設(shè)備提供視覺(jué)反饋，也有部分設(shè)備補(bǔ)充了全真聲場(chǎng)技術(shù)提供聽覺(jué)反饋，但在嘈雜環(huán)境下效果欠佳。總體來(lái)看，交互技術(shù)的成熟度仍有不足，離自然、便捷、擬真交互體驗(yàn)的目標(biāo)還有很長(zhǎng)一段距離。未來(lái)需進(jìn)一步升級(jí)、豐富交互技術(shù)，一是拓展更高級(jí)的用戶意圖及行為捕捉技術(shù)，如使用腦機(jī)接口來(lái)捕捉用戶意識(shí)進(jìn)行交互，二是拓展全方位的感官反饋，如觸感反饋等。

圖形技術(shù)

圖形技術(shù)是計(jì)算機(jī)中處理、構(gòu)建、優(yōu)化圖形圖像的技術(shù)，圖形圖像的精細(xì)度、擬真度、噪聲干擾、時(shí)延等是評(píng)價(jià)該類技術(shù)優(yōu)劣的關(guān)鍵指標(biāo)。3D建模技術(shù)，用于構(gòu)建出虛擬環(huán)境、虛擬建筑、虛擬人物等，目前主流的3D建模技術(shù)有unity、UNREAL(虛幻引擎)、Autodesk、Blender等，其中unity和UNREAL以高精細(xì)、高擬真占據(jù)主導(dǎo)地位。渲染技術(shù)，實(shí)現(xiàn)3D建模的空間、人物、建筑等向2D屏幕投射顯示，目前VR/AR更多依賴傳統(tǒng)游戲、電影制作使用的渲染技術(shù)，屬于“靜態(tài)渲染”，是在既定的環(huán)境和素材的基礎(chǔ)上進(jìn)行渲染，但元宇宙需求內(nèi)容自由制作、全方位感知交互，而當(dāng)前的渲染技術(shù)難以滿足元宇宙對(duì)渲染速度、渲染時(shí)延的要求，未來(lái)渲染技術(shù)將與云計(jì)算、人工智能等技術(shù)結(jié)合，向“云渲染”、“注視點(diǎn)渲染”、“人工智能+渲染”方向發(fā)展。定位技術(shù)，用于獲取真實(shí)物理空間位置點(diǎn)以及捕捉用戶動(dòng)作、姿態(tài)等定位信息，輔助形成虛擬環(huán)境、人物等圖像，目前VR/AR有兩種定位技術(shù)路線，一種是Outside-in(特點(diǎn)在于使用外部基站輔助進(jìn)行空間定位，適用于室內(nèi)場(chǎng)景)，另一種是Inside-out(特點(diǎn)是基于VR/AR自身攝像頭與算法，實(shí)時(shí)計(jì)算空間位置，室內(nèi)室外都適用)，從需求看，Inside-out技術(shù)路線更適用于元宇宙場(chǎng)景。

綜合來(lái)看，VR/AR技術(shù)尚有較大的上升空間，整體技術(shù)成熟度還難以滿足元宇宙的應(yīng)用需求。預(yù)計(jì)當(dāng)VR/AR核心的顯示技術(shù)Micro-LED屏幕實(shí)現(xiàn)低成本可量產(chǎn)，中間的交互技術(shù)實(shí)現(xiàn)成熟的意識(shí)交互、觸感反饋等全方位感知交互之時(shí)，VR/AR產(chǎn)品或?qū)⒙氏仍诨ヂ?lián)網(wǎng)B端掀起終端設(shè)備變革之潮，并逐步在C端擴(kuò)大普及率與使用強(qiáng)度。雖然距離實(shí)現(xiàn)這種設(shè)想可能仍有十?dāng)?shù)年之久，但建議資本界、企業(yè)界、產(chǎn)業(yè)界對(duì)VR/AR技術(shù)保有足夠耐心，走長(zhǎng)期主義路線，實(shí)現(xiàn)VR/AR產(chǎn)品在全球“搶跑”與“領(lǐng)跑”的目標(biāo)，為搶占元宇宙高地打下穩(wěn)固基礎(chǔ)。