5G+云+AI下，如何破除国内VR/AR的发展症结？

中国工程院院士 赵沁平

据 L.E.K. 预测，至2025 年，VR/AR 的全球市场预计达到1,450 亿美元。全球各领域行业巨头纷纷通过研发投入和技术升级来抢占产业生态制高点。

风起5G：VR/AR 发展未来可期

5G 的普及非常重要，它将解除制约 VR 发展的数据传输瓶颈，使得 VR/AR 技术以及相关的平台和应用取得比较快速的发展。

从技术层面来看，会有以下几个发展趋势：

· VR 系统深度逼真

· VR/AR 交互高度自然（包括近眼显示）

· VR/AR 与人工智能技术融合

· VR 云服务需要包含 VR 数据/模型中心

· 计算向边缘发展，特别是 AR/VR+ 移动终端

现在 VR 对象的逼真基本上体现在几何外观，物理特征的体现主要在刚、流体运动学和动力学方面。深度逼真就是对象的其他物理特征，比如弹塑性、材料属性等会有更逼真的体现，进一步，生命体对象的生理生化特征会有逼真体现。

交互高度自然的趋势：首先，总体趋势是计算机系统将对用户完全透明，通过键盘鼠标的人机交互会成为人与虚拟环境的自然交互。二是 VR/AR 头显的输入和交互，现在戴  VR 头显，摸手柄，很不自然。三是 AR 眼镜会逐步替代屏幕显示。 四是触/力觉交互，会逐步朝着触觉识别、辨别，还有柔韧感和温湿感方向发展。当然还有其他个性化交互与新兴自然交互的机制和设备。

VR/AR 和人工智能的融合也是一个趋势。主要体现在几个方面，一是虚拟环境中虚拟对象的智能化，比如 VR 主播、VR 助教；二是 VR 交互的智能化； 三是 VR 内容研发与生产的智能化和自动化。

VR/AR 行业应用会有比较大的发展，VR + 是发展的必然趋势，会对一些行业的某些方面产生颠覆性的影响。比如在医学研究和医学教育方面，现在主要依靠动物、尸体和志愿者，虚拟人体器官和虚拟人体的发展，可以逐步取代这些。再比如数字孪生，是现在装备制造领域的一个热词。实际上数字孪生就是把 VR/AR 技术应用于装备制造的设计、研发、生产、运维，到售后服务全生命周期。

具有巨大发展前景的其他应用还有（VR/AR+AI）+ 教育， 也即智慧教育，VR+大数据+云计算+AI 的智慧城市， VR+建筑、VR+电商、 VR+文旅等等，几乎各行业都会应用到 VR。当然，大众消费也会有一定发展，但估计幅度不会太大，主要受限于体验设备的性能提高和内容研发。娱乐、游戏等这些2C 应用，大企业会更多关注。

四大技术领域：交互技术会是 VR/AR 未来发展竞争的重要方向

1999 年以来硬件、沉浸、交互和智能化技术全球专利申请趋势

对 VR/AR 的四个技术领域：关键硬件，沉浸技术、交互技术和智能化技术进行专利分析，其发展趋势说明：关键硬件和沉浸技术的数量始终大于交互和智能化技术，是支撑 VR 在2010 年，特别是2013 年形成向上拐点的主力技术。

从2011年开始，交互技术得到较快发展，专利申请量翻倍，说明在硬件和沉浸技术发展到一定程度之后，创新主体，特别是国外一些领头的 IT 企业，开始关注虚拟现实的典型特征，特别是交互特征的发展。

近年来，智能化技术开始与 VR 技术相融合，保持比较强劲的发展势头。

专利申请数量多不等于竞争力强

1999 年以来全球和中国专利申请趋势

中国2000 年开始有 VR 专利，2008 年中国专利申请量开始高速增长，到2016 年，中国专利申请量占到全球近一半。

虚拟现实全球专利申请总量排名前20 的竞争力分析图

中国专利总量多，不等于竞争力就强。在国际竞争力排名前20 位中，中国只有2 家：一个是北航，一个是歌尔，都在10 以后，其他都是国外著名的龙头企业。专利在高校作用不大，只有转移到企业才能形成竞争力。上述专利分析显示，我国目前的 VR 专利有很大一部分在高校，在企业的也分布比较散，还没有形成有竞争力的龙头企业。

中美 VR 关键硬件、沉浸、交互和智能化技术的专利申请趋势

2010 年美国的虚拟现实开始快速增长，美国在这四方面的技术齐头并进，发展比较均衡，而中国在交互技术方面的研发相当薄弱。未来交互技术会是 VR/AR 发展竞争的重要方向。

波浪汹涌：中国 VR 发展道阻且艰

从专利申请量、应用、市场以及论文的分析来看，目前中国 VR/AR 发展存在如下几个问题：

一是在 VR 领域的创新主要在应用层，在应用方面，中国的优势是对新技术的应用和投资愿望强烈，应用研发力量也比较强，大多数企业也是在应用层发力，这是中国的优势。但创新着力点只停留在应用层，这就是大问题。

二是中国 VR 头显的研发有差距，而 AR 头显研发的差距在拉大。AR 头显的应用场景要远多于 VR 头显，VR 头显主要在娱乐和一些沉浸式体验上。AR 头显则在各行业都有广阔应用前景，甚至可能取代传统的屏幕显示。

三是市面上的核心芯片，包括 GPU 等，基本都是国外的。建模、绘制等软件工具、开源平台也全部是国外的。四是交互技术，包括眼动（跟踪）、触/ 力觉、还有 VR 头显等交互发展不足。

五是美国的 IT 龙头企业全部都部署了 VR 基础设备、核心器件和芯片研发，占据优势。我国的 IT 龙头企业，刚开始有所考虑和布局。

六是与 VR 相关的国际标准组织，包括头显的接口标准组织等都是国外牵头，而且已经做了较长时间。

乘风破浪：2+3+3规划

虚拟现实技术与系统国家重点实验室和虚拟现实/增强现实国家工程实验室，未来要做的事情可归纳为 “2、3、3”，“2”是比较长远的两个综合性目标。其中一个是“虚拟人体”，虚拟人体可以说是虚拟现实的终极研究目标。虚拟人体是对真实人体的多尺度构成单元进行多模态、多元数据采集，并通过几何物理、生理等建模所构成的数字化人体。虚拟人体的作用是可以取代动物、尸体及志愿者，成为医学药学研究和教育的全新平台。还可以取代病体进行手术规划、预演和药物试验。我们的愿景是：每个孩子出生以后都可构建一个等同的虚拟孪生伴随其同步成长，作为其终生的健康档案和医疗实验体。

第一个“3”是迫切需要发展的三个目标：一是 VR 内容制作平台，包括建模、绘制、物理引擎、环境配置等；二是云 VR，支持制造、教育、医疗，展示等；三是面向 VR 的深度学习开源平台。第二个“3”，面向自然人机交互重点研究触/力觉、视觉计算和 VR 鼠标。

以上是我们正在做的，下面是我们希望华为做为 IT 龙头企业发挥作用，占领制高点的几个方面：

· AR/VR 头显、AR 眼镜

· GPU、 VR 与 AI 芯片和核心器件

· 云 VR 和 WebVR+边缘 VR，包括相关的数据/模型中心

· 建模与渲染等开源平台

· 操作系统 VR 化，或 VR 操作系统

· 自然交互技术和相关产品

· VR 领域的行业标准组织

道路艰辛，浪高风疾，但企业和学界一起携手向前，就一定可以乘风破浪，中国 VR/AR 的发展，未来可期。

5G AI

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