虚拟增强现实行业发展现状及趋势

   从2世纪6年代出现虚拟现实原型机以来,虛拟/增强现实技术的难关被逐步攻克,到215年、216年,虚拟/增强现实产业初步成型,投资与需求也呈现爆发趋势。虚拟现实和增强现实在技术上一脉相承,但在应用场景、发展势头上却大相径庭。虚拟/增强现实开创了一种全新的人机交互方式,其创新潜力还远远没有发挥出来,随着技术的进一步完善、内容的逐步丰富,以及用户体验的逐渐改善,虚拟/增强现实技术将被普及,并推动许多其他领域的创新与变革。 
  关键词虚拟现实;增强现实;技术普及;行业发展;创新潜力 
  DOI1.13939/j.cnki.zgsc.217.12.29 
  1 虚拟现实vs增强现实 
  虚拟现实(Virtual Reality,VR),是综合利用传感、仿真、网络、计算机图形学人机接口等技术,在硬件设备上生成可交互的三维环境,从而供沉浸感觉的一门交叉技术前沿学科。其中,设备生成的、可交互的三维环境称为虚拟环境(Virtual Environment,VE)。 
  增强现实(Augmented Reality,AR),是虚拟与现实的连接入口,与虚拟现实主张的虚拟世界沉浸不同,为了达到更震撼的现实增强体验,AR注重的是虚拟与现实的连接。“AR”的定义很广泛,技术种类众多,目前主流的“AR”是指通过设备识别判断(二维、三维、GPS、体感、面部等识别物),将虚拟信息叠加在以识别物为基准的某个位置,并显示在设备屏幕上,可实时交互虚拟与现实世界的技术。其中,识别、虚实结合、实时交互是增强现实的特点。 
  从技术上看,可以说,从以“建构现实”为目标的VR技术到以“复归现实”为宗旨的AR技术,两者一脉相承且紧密相关,它们都是基于肢体语言——头部或手部运动来控制系统,且都可以被视为推动新型人机交互形态的技术因素。 
  从目前的应用来看,VR和AR则有着完全不同的应用场景和市场。VR让用户沉浸在想象的或者模拟的世界中,可以同时服务于企业和消费者,其硬件设备主流生产商来自Oculus、Sony PlayStationVR、HTCVive和 Samsung Gear VR;AR目前则向着服务企业的方向发展,其硬件设备主流生产商来自Microsoft HoloLens、Google Glass和Magic Leap。当然,也有些领域两个技术都可以应用,如电子游戏领域,尽管目前大部分电子游戏以VR开发为主,但Microsoft HoloLens正在开发AR游戏——Minecraft。 
  从目前的发展来看,高盛216年1月发布的虚拟/增强现实报告——Virtual & Augmented RealityUnderstanding the Race for the Next Computing Platform指出目前,软件应用有75%来自VR,只有25%来自AR。尽管VR和AR在技术上都还需不断地完善,但AR有更多技术难题需攻克,例如在显示技术问题和对现实环境的实时信息处理校准方面的问题等。并且考虑到VR技术进步、发展势头以及基本成型的整合了供应商和合作者的生态系统,VR目前的发展比AR好。 
  2 虚拟/增强现实行业发展现状 
  214年,Facebook耗资2亿美元收购Oculus,成为行业内的轰动事件。此后,全球越来越多的企业开始涉足VR/VR领域,市场逐渐呈现规模爆发之势。216年,大量头戴眼镜盒子、外接式头戴显示器等VR设备进一步向消费级市场拓展。百思买、亚马逊等网站最新信息显示,Sony拟于216年1月发售的PlayStation VR在接受预定后不久就被预订一空,Oculus Rift和HTC Vive的预订在正式开订后几分钟内就被消费者秒抢。消费市场对HMD产品的追捧无疑会加速整个VR/VR行业的发展。VR/VR行业目前的发展情况梳理如下。 
  2.1 投资热度持续走高 
  国外主大公司对VR/AR均有投资行为,投资规模也非常庞大。如,微软1.5亿美元买下81项虚拟现实专利;Facebook在215年陆续收购视觉公司Surreal Vision、13th Lab,手势控制技术公司Nimble VR,游戏开发引擎公司RakNet等;Google先后投资了Magicleap、立体声技术团队Thrive Audio、VR场景公司AltspaceVR、VR游戏开发商Resoulti on Gameshou,以及VR渲染能力制造商Skillman & Hackett;苹果公司则在216年收购了VR应用开发商Metaio和面部捕捉技术公司Faceshift。 
  国内,不断有新的VR天使投资基金、A轮投资基金,以及并购型基金成立。从215年11月国内二级市场第一次热炒VR概念股,大量投资二级市场的资本机构开始关注并接入VR。国内不少先期进入VR领域的企业,均获得了资本的青睐,暴风魔镜A轮拿到了1万美元的融资,成为背书最为雄厚的VR企业。睿悦、乐相科技、3Glasses在内的企业B轮融资额度均接近亿元。 
  据CB Insights数据,国内外近两年的融资仍以早期阶段融资为主,体现出本行业的初生状态与未来增长机会。一份更长年度的数据显示,资本在有关工业、商业、硬件设备领域的投资热度远高于游戏领域。这或许表明,虚拟现实和增强现实行业从起步开始,就在寻找消费级与企业级服务的双向突破与并行机会。 
  2.2 全球大企业竞相进入 
  全球大企业争相进入VR/AR领域。比如,微软直接推出VR+AR设备HoloLens;苹果既有投资行为,也有将其手机、AppStore等与VR结合的业务;国外已有团队推出了适用于iPhone6系列手机的VR设备。到目前为止,全球1强企业已有超过一半涉足VR领域,或有投资行为,或直接将VR与业务结合。其中,投入VR/AR的国际科技巨头如下表所示。
 2.3 用户认知不断升 
  欧美地区對VR/AR的认知较早。215年11月,Touchstone Research(线上市场调研机构)和Greenlight VR(虚拟现实情报分析公司)共同完成的美国市场用户调查显示1%的受访者表示自己很了解VR/AR,8%的受访者表示知道VR技术;国外超市销售渠道反馈,VR设备已可实现自动销售。 
  国内对VR/AR的认知晚些。近一年国内VR/AR设备销售数字显示,国内对VR概念有所认识的用户有1万人以上,用户的认知主是借助线下VR体验店和手机VR头盔两个途径;体验过VR内容的用户有2万人以上;MagicLeap的宣传文案、奇幻咔咔在微信用户群的传播是影响大众对AR认知的主途径。 
  2.4 产业链条基本成型 
  虚拟/增强现实产业链由硬件、软件和产品三部分组成。硬件方面,可以分为基础、应用、终端三个级别。基础硬件包括传感器、芯片(CPU、Wi-Fi、存储等)、显示屏、GPU(显示芯片)、材料等对VR/AR构成基本物质支持的硬件;应用硬件包括大量传统操控设备,以及对视觉、听觉、嗅觉、触觉、肌肉、脑电等进行感官模拟,动作模拟等应用层面的信号模拟硬件;终端硬件指供给用户使用的终端设备,包括综合设施以及一些简单的娱乐设施。软件方面,同样可以划分为基础、应用和终端三个层面。详情如图1至图3所示。 
  图1 VR/AR产业图谱 
  图2 VR/AR硬件图谱 
  图3 VR/AR软件图谱 
  以上产业链条的具体发展情况如下 
  芯片端方面ARM积极推进芯片层面支持,GPU厂商已经全面进入; 
  程序语言方面出现为VR设计的程序语言,产业发展基础扎实; 
  引擎方面Unity 5.1加入对VR的支持,多家引擎公司宣布进入VR; 
  操作系统方面谷歌、三星基于VR安卓版本的研发与系统优化逐渐成熟,更多包括基于Windows 1的VR 操作系统正在或即将推出; 
  工具方面各种类型内容编辑器、交互/声音SDK已经出现; 
  内容方面VR游戏作品日渐成熟,更多行业应用产品在研发中; 
  渠道方面出现不少内容分发平台,硬件销售渠道正在建立; 
  资本方面国内外新成立众多VR/AR基金,各种资本机构推出VR/AR研究报告; 
  平台方面出现了针对C端用户和B端开发者的在线虚拟平台; 
  由此可见,VR/AR产业从产品、资本、市场,到渠道、客户、用户,尽管部分链条才刚刚建立,但整个产业链条已然具备。 
  2.5 软硬件技术仍未成熟 
  2.5.1 硬件技术 
  目前开发以及投放到市场上的主VR/AR硬件设备的情况如下。 
  PC式VR方面VR头显的硬件技术仍在不断完善中,分辨率、刷新率、可视角度是VR头显三大性能指标,人体工学因涉及用户佩戴是否舒适问题,也异常重。现有的VR头显技术使设备显得臃肿,用户体验欠佳,一些企业正在尝试投影式VR头显方式。目前,以Oculus、HTC/Valve、索尼为代表的三家厂商是VR头显设备的“领头羊”,部分科研机构正在研发更适合VR的镜片。 
  移动VR方面总体来讲,移动VR设备尚需重大改进。三星与Oculus联手,在移动端的技术优势明显。国内公司小鸟看看在215年12月发布的Pico1设备,直接配有触摸板,并采取蓝牙方式与手机联结,可算是一次重大创新。 
  VR一体机方面目前国内外所出产的量产级一体机设备,因受性能、材质等的限制,还不能达到消费级体验的求,需进一步升设备性能,改良用户佩戴体验。 
  交互设备方面用于VR内容交互的设备呈现多样化趋势。目前,动捕设备成熟化较快,成本下降也快;LeapMotion、Omni等被大众关注的交互设备因缺乏成熟产品,未投入实用;肌电模拟、眼球追踪等交互设备成为科技新亮点,但仍然处于探索与研究过程中,成熟尚需时日。 
  2.5.2 软件技术 
  基础程序语言、显示技术、引擎、开发工具等软件技术对VR的支持刚刚开始,需开发者以全新的理念来考虑内容制作与策划。高沉浸感、低眩晕技术需不断完善。 
  2.6 平台与生态建设受到业界重视 
  国外,三星依靠GearVR成立了自己的移动应用商店;Oculus依托硬件在做自己的内容平台; HTC也宣称推出自己的内容服务平台;AltspaceVR、WeVR、Improbable、High Fidelity等或服务于开发者,或服务于用户,也成为了著名的内容平台。 
  国内,早期推出VR头显设备的企业,大多转向了平台方向,如乐视、爱奇艺发布了自己的VR App,在VR端占据视频流量入口;腾讯声称企业的VR战略就是平台与生态;较早进入VR领域的南京睿悦信息,依托交互SDK建立起了自己的平台与生态体系。 
  3 虚拟/增强现实能够普及的关键因素 
  纵观历史上新科技的发展历程,包括PC、3D电影、智能手机、谷歌眼镜、PDA、Applewatch、3D打印,凡是最后普及成功的新科技都有两个相同点①抓住需求痛点,没有更适合的替代品;②硬件瓶颈突破,主流设备价格可控。 
  从第①点来看,VR/AR开创了一个全新的人机交互方式。人机交互从最开始的命令行窗口,到后来的Win系统图形界面,发展到现在广泛使用的触摸交互。大众热爱智能手机是因为触屏让使用更加方便,而VR/AR技术则把这种便捷性推向更高的可能,因为它允许人们用肢体语言控制设备,并体验到3D效果,实现虚拟与现实的交互,这种真实的体验感会成为VR/AR发展的一个非常大的驱动因素。
 从第②点来看,目前所有主流制造商的VR/AR产品,价格都比较昂贵。这是因为虽然VR/AR头戴式设备与智能手机有着很多相似的组件,例如,显示器、运动传感器、处理器、存储器以及无线连接设备。但是,VR/AR设备也有其特有的组件,如3D镜头和定位系统,而这些特有组件是目前VR/AR设备价格居高不下的原因。不过,随着生产规模的扩大和VR/AR技术的快速发展,一方面,头戴式设备生产商将能通过获得更多市场份额来降低产品价格;另一方面,就像个人电脑和智能手机每年以5%~1%的幅度逐渐降价一样,VR/AR设备也会因为3D镜头、定位系统、CPU、电子屏幕、镜片、电路设备等技术瓶颈的突破,以及成本的降低而以更低廉的价格普及大众。 
  综合以上两点,不难推出,随着技术壁垒的攻克,用户体验的改善,以及内容和应用程序的发展,VR/AR技术有能力跳出小众市场,像智能手机一样无处不在。技术总是从小众市场起步,逐步发展成为平台的。例如,统治音乐市场的iPod,在加入蜂窝技术后发展成了iPhone之后,第三方应用程序登录智能手机,为消费者和企业开辟了全新的市场。从长远来看,如果VR/AR设备能像眼镜一样轻便,那么它也同样能把多种设备合一,形成手机、电脑、VR/AR设备三足鼎立的局面。 
  4 结 论 
  在良好的市场预期与资本的推动下,VR/AR有望很快突破行业发展瓶颈,并改变整个商业模式和人们的行为方式,成为下一个风口。这可以从需求端、供给端两个方面来进行理解。 
  (1)需求端无论是产业级市场,还是消费级市场,真实场景的体验需求成为 VR/AR需求的重驱动因素。VR/AR产品可以匹配更高层次的需求实现,同时其核心功能上具有不可替代性,手势识别、动作捕捉等变革性的交互方式及沉浸性,决定了其在某些领域存在着不可替代的需求。 
  (2)供给端技术进步将使产品从笨重到轻便发展,并大幅升用户体验;市场的扩大会带来成本的大幅降低,从而使硬件普及,并出现颠覆性产品;资本扶持会带动产业快速发展,使内容不断丰富,应用领域不断拓展,从而形成产业发展正向循环。 
  参考文献 
  1Goldman Sachs.Virtual & Augmented RealityUnderstanding the Race for the Next Computing Platform(216)EB/OL.http//www.36doc.com/content/16/26/1/26288634_533698.shtml. 
  2Tan W.,Liu H.,Dong Z.,et al.Robust monocular SLAM in dynamic environmentsC.Proceedings of IEEE International Symposium on Mixed and Augmented Reality,Adelaide,21329-218. 
  3Bimber O.,Raskar R..Modern Approaches to Augmented RealityC.Proceedings of ACM SIGGRAPH 26 Courses.BostonACM,26.1. 
  4資本热度持续走高 VR娱乐走在前面EB/OL.215-12-23217-1-5.http//www.sfw.cn/xinwen/47788.html. 
  5高盛发布VR/AR报告,创业者可“押注”这九大应用EB/OL.http//blog.sina.com. 
  基金项目本文系216—217年度苏州市“高技能人才培养研发”市级课题“苏州‘智能制造’人才现状与培养对策研究”(项目编号GJNP2164)的阶段性研究成果。 
  作者简介 张梅燕(1978—),女,回族,江苏丰县人,苏州经贸职业技术学院副教授。研究方向智慧城市。