虚拟(增强)现实白皮书-(2017-年)

虚拟（增强）现实白皮书（2017年）中国信息通信研究院华为技术有限公司2017年9月版权声明本白皮书版权属于中国信息通信研究院，并受法律保护。转载、摘编或利用其它方式使用本白皮书文字或者观点的，应注明“来源：中国信息通信研究院”。违反上述声明者，本院将追究其相关法律责任。致谢在工业和信息化部电子信息司的指导下，本白皮书由中国信息通信研究院与华为技术有限公司联合撰写发布，在编写过程中的有关内容得到了华为技术有限公司iLab创新实验室与2012实验室、京东方科技集团股份有限公司创新业务部、虚拟现实内容制作中心、歌尔科技、中国电信上海研究院、微鲸VR、兰亭数字、亮风台的专业支持。本白皮书限于编写时间、项目组知识积累与产业尚未完全定型等方面的因素，内容恐有疏漏，烦请不吝指正。前言虚拟（增强）现实是新一代的信息通信技术的关键领域，具有应用空间大、产业潜力大、技术跨度大的特点，对带动核心元器件、泛智能终端、网络传输设备、云设备、电信服务、软件与行业领域信息服务的转型升级具有重要意义。作为一个具有较长历史，但实际刚刚新兴的产业，虚拟现实技术与产业的发展轨道尚未完全定型。从关键技术上看，以近眼显示、渲染处理、感知交互、网络传输、内容制作为主的技术体系正在形成。从产业构成上看，虚拟现实产业体系依托器件/设备、工具/平台与内容/应用，相比较为成熟的智能终端，虚拟现实产业体系类似，实则差异较大。总体来看，我国在虚拟现实产业上与国际一流水平差距不大，建议进一步强化跨领域技术储备，聚焦融合创新；深化内容开发工具/平台发展，推广应用服务；构建公共服务平台，提升产业化服务能力。本白皮系统提出了虚拟现实内涵形态、体验进阶层次、技术架构、细分体系及技术发展路标，并将我国典型本土虚拟现实企业按照产业链重点环节归纳总结，形成了我国虚拟现实产业细分地图，据此提出相关发展建议。目录一、发展背景.........................................................1（一）虚拟现实概念内涵与形态划分不断演进.............................1（二）虚拟现实兴起源自门槛降低、资本聚焦与政策支持...................4（三）虚拟现实成为移动互联网向人工智能时代演进的发展重点.............7二、关键技术趋势.....................................................8（一）虚拟现实“五横两纵”的技术架构初步形成.........................8（二）近眼显示技术以沉浸感提升与眩晕控制为主要发展趋势..............11（三）感知交互技术聚焦追踪定位、环境理解与多通道交互等热点领域......15（四）网络传输技术呈现大带宽、低时延、高容量、多业务隔离的发展趋势..20（五）渲染处理技术遵循渲染优化算法与渲染能力提升双轨并行的发展路径..30三、产业生态趋势....................................................34（一）虚拟现实产业生态以器件设备、工具平台与内容应用为主............34（二）感知交互与内容制作成为虚拟现实下一阶段的发展重点..............36（三）知识产权竞争态势展现产业发展趋势..............................38（四）现阶段我国与国际一流水平在不同领域产业差距各异................41（五）“虚拟现实+”时代业已开启.....................................45四、措施及建议......................................................50（一）强化跨领域技术储备，聚焦融合创新..............................50（二）深化开发工具/平台发展，推广应用服务...........................51（三）构建公共服务平台，提升产业服务能力............................51重要图表索引图1虚拟现实沉浸感分级体验..................................1图2虚拟现实沉浸体验-网络需求视图...........................2图3全球VR主要终端形态渗透率..............................3图4虚拟现实终端品类划分...................................3图7虚拟现实技术“五横两纵”技术架构.......................9图8虚拟现实“五横”技术体系...............................9图9全球虚拟现实知识产权热点领域..........................11图10虚拟现实近眼显示关键技术路标..........................15图12虚拟现实感知交互关键技术路标..........................20图18虚拟现实网络传输关键技术路标..........................30图19虚拟现实渲染处理关键技术路标..........................34图20我国虚拟现实产业视图..................................35图29国内外虚拟现实近眼显示产业梯队........................43图30国内外虚拟现实网络传输产业梯队........................44图31国内外虚拟现实渲染处理产业梯队........................44图32国内外虚拟现实感知交互产业梯队........................45图33虚拟现实典型应用领域..................................46中国信息通信研究院虚拟（增强）现实白皮书（2017年）1一、发展背景（一）虚拟现实概念内涵与形态划分不断演进业界对虚拟现实的界定认知由终端设备向沉浸体验演变。随着技术和产业生态的持续发展，虚拟现实的概念不断演进。业界对虚拟现实的研讨不再拘泥于特定终端形态与实现方式，而是聚焦体验效果，强调关键技术、产业生态与应用领域的融合创新。本白皮书对虚拟（增强）现实（VirtualReality,VR/AugmentedReality,AR）目标的理解是：借助近眼显示、感知交互、渲染处理、网络传输和内容制作等新一代信息通信技术，构建跨越端管云的新业态，满足用户在身临其境等方面的体验需求，进而促进信息消费扩大升级与传统行业的融合创新。沉浸体验的提升有赖于相关技术的突破和进步，是分阶段演进的过程，将VR业务的发展划分为如下阶段，不同发展阶段对应不同体验需求。来源：中国信通院图1虚拟现实沉浸感分级体验虚拟（增强）现实白皮书（2017年）中国信息通信研究院2来源：华为iLab创新实验室图2虚拟现实沉浸体验-网络需求视图虚拟现实终端由单一向多元、由分立向融合方向演变。按终端形态划分，手机式成为现阶段主要终端平台。2016年全球手机式VR占比接近90%，预计2020年主机式与一体式VR渗透率升至50%左右（图1）。随着谷歌（I/O）、Facebook（F8）、苹果（WWDC）等ICT巨头2017年全球开发者大会的召开，手机式AR渐成大众市场的主流，以Meta2与Hololens为代表的主机式、一体式AR主导行业应用市场。此外，在自动驾驶与车联网发展浪潮的影响下，基于抬头显示的车载式AR成为了新兴领域，隐形眼镜这一前瞻性产品形态代表了业界对AR设计的最终预期。按终端功能划分，从广义来看，虚拟现实包含增强现实，早期学界通常在VR研讨框架内下设AR主题，随着产业界在AR领域的持续发力，部分业者将AR从VR的概念框架中抽离出来。狭义来看，VR与AR彼此独立，两者在关键器件、终端形态上相似性较大，而在关键技术和应用领域上有所差异（若不加额外说明，本文采用广义界定）。VR通过隔绝式的音视频内容带来沉浸感体验，对显示画质要求较高，AR强调虚拟信息与现实环境的“无缝”融合，中国信息通信研究院虚拟（增强）现实白皮书（2017年）3对感知交互要求较高。此外，VR侧重于游戏、视频、直播与社交等大众市场，AR侧重于工业、军事等垂直应用。随着技术与产业的不断发展，预计未来VR与AR终端将由分立走向融合，两者“在山脚分手，在山顶汇合”。来源：IHS图3全球VR主要终端形态渗透率来源：中国信通院图4虚拟现实终端品类划分虚拟（增强）现实白皮书（2017年）中国信息通信研究院4（二）虚拟现实兴起源自门槛降低、资本聚焦与政策支持硬件门槛显著降低。自1962年VR设备出现至今，随着智能手机的普及，硬件成本大幅降低，VR设备售价从之前的数万降至数百美元，这一成本变化主要体现在光电子与微电子方面。光电子方面，虚拟现实显示器件经历了从CRT到TFT-LCD/AMOLED的产业变革，屏幕体积重量不断缩小，分辨率升至FHD+水平，响应时间达到微秒级。微电子方面，低成本的SOC芯片与VPU（视觉处理器）的普及成为虚拟现实在集成电路领域发展热点。资本投向日趋聚焦。经过谷歌眼镜的预热，2014年Facebook以20亿美元收购Oculus，释放重大产业信号，此后全球资本密集投向虚拟现实这一领域，各大ICT巨头积极提出有关发展战略，众多科技初创公司纷纷涌现。据Digi-Capital统计表明，2016年全球投资虚拟现实初创公司的金额达到23亿美元（不含并购），同比增长200%以上。在地域分布上，中美成为虚拟现实产业的发展重点地区，总部设在中美两地的虚拟现实初创企业约获得全球投资总额的20%、60%。在投资领域上，据IHS统计，开发工具与游戏、视频类虚拟现实内容应用分别以18%、16%、11%的份额，位列全球虚拟现实投资领域TOP3，这一数据反映出阻碍虚拟现实普及因素的变化，即在初步降低虚拟现实硬件门槛后，业界对以游戏及视频为代表的各类内容应用以及专属开发工具日益重视。中国信息通信研究院虚拟（增强）现实白皮书（2017年）5来源：IHS图52014年前后全球虚拟现实投资情况各国政府将虚拟现实产业发展上升到国家高度。美国政府早在上世纪90年代即将虚拟现实作为《国家信息基础设施（NII）计划》的重点支持领域之一。美国国防部非常重视虚拟现实的研发与应用，在武器系统性能评价、装备操纵训练及大规模军演指挥方面，将之作为重点支持方向。2000年美国能源部制定了《长期核技术研发规划》，其中明确提出应重点开发、应用和验证虚拟现实技术。2017年多位美国国会议员宣布联合组建虚拟现实指导小组，旨在确保从国会层面对虚拟现实产业发展的支持与鼓励。此外，美国设立了有关虚拟现实的研究项目，如卫生与福利部、教育部分别开展了虚拟现实在心理疾病、中小学教育的试点示范。欧盟早在上世纪80年代开始对虚拟现实提供资助，在2014年公布的《地平线2020》计划中，涉及虚拟现实的资助金额达到数千万欧元。日本政府在2007年、2014年先后发布了到2025年技术发展规划的《创新25战略》，以及旨在将日本打造为全球创新中心的《科学技术创新综合战略2014—为了创造未来的创新之桥》，上述政策文件均将虚拟现实视为技术创新重点方向。虚拟（增强）现实白皮书（2017年）中国信息通信研究院6韩国政府于2016年设立了约2亿4000万人民币的专项基金，将虚拟现实作为自动驾驶、人工智能等本国未来九大新兴科技重点发展领域之一。此外，韩国未来创造科学部计划在2016-2020年期间通过投资约24亿人民币，培育本国虚拟现实产业，重点在于确保原创技术研发和产业生态完善方面，力争使韩国与美国在虚拟现实方面的差距从目前的两年降至半年。总体而言，美国虚拟现实发展以企业为主体、政府搭平台