2018年虚拟（增强）现实白皮书.pdf

虚拟（增强）现实白皮书 （ 2018 年） 中国信息通信研究院 华为技术有限公司 京东方科技集团股份有限公司 2019年 1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、京东方科技集团股份有限公司联合撰写，在编写过程中的有关内容得到了中国移动通信有限公司研究院、中国移动通信集团福建有限公司 、 中国联通网络技术研究院、亮风台、兰亭数字、视博云科技、 睿悦信息 Nibiru、大朋 VR、映维网、 7663VR内容平台、 子元科技、优望科技、东艺数科、虚拟现实产业推进会 （ VRPC）等广大伙伴的专业支持。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。 白皮书 编写小组： 许志远、陈曦、宫政、包孝东、 张梦晗、赖晓、 何志群、 邵刚、张翔 、 原烽、骆欢、邹斌、邹伟超、李可、 郑庆国、 章金水、陈银铃、吴篁、张沛、林鹏、廖春元、 凌海滨 、 洪雁菲、孙文博、武振华、牛长峰、曹峻玮、章立、刘卫华、 陈修超、陈文聪、 刘在野 、胡兴中、 裘咏晶、 经春秋、 王梓懿、李木、郭英男 前 言 虚拟现实是新一代的信息通信技术的关键领域，具有产业潜力大、技术跨度大、应用空间广 的特点。目前，虚拟现实处于发展初期的部分沉浸体验阶段。预计未来五年， 变焦显示与光波导成为热点，显示计算化初见端倪 ； 注视点渲染、混合云渲染快速升温，端云协同、软硬耦合的精细化渲染成为趋势 ； 网联式云化虚拟现实加速发展， 5G 赋能云 VR； 眼球追踪成为焦点，多感官交互技术路径多元化 ； 内容交互性不断提高，助推媒体采编播创新 。 此外，以 内容应用、终端器件、网络平台和内容生产 为重点领域的 产业 生态 初具规模 ， 内容与特定平台解耦加速生态成形 ， 人工智能对虚拟现实的影响轨迹逐渐明晰 ， 知识产权竞争态势趋于激烈 ，规模化应用试点开始落地。当前，我国各地积极出台虚拟现实专项政策，产业发展取得了较大成果，但也存在一些问题与挑战。 技术研发缺乏针对性与原创性，对关键技术产业化进程敏感性不强 ； 缺少富于产业影响力的优质内容平台，产业融合创新程度不足 ； 应用推广以展厅观摩式为主，示范辐射能力不高 。针 对这一现状，我国应 紧抓 5G 与人工智能 机遇期，突破业界惯有展厅级、孤岛式、小众性、雷同化的 虚拟现实 发展瓶颈，坚持走群众路线 ， 强化技术预研与趋势预判，提高创新资源利用效率 ， 开展规模化应用试点，探索具备落地潜力的解决方案 ， 推动产业集聚融合，优化扶持政策 ，深化 发展支撑环境 ， 实现产业级、网联式、规模性、差异化的 虚拟现实 普及之路。 目 录 一、发展背景 . 1 二、关键技术趋势 . 6 （一）现阶段技术发展进程处于部分沉浸期 . 6 （二）近眼显示：变焦显示与光波导成为热点，显示计算化初见端倪 8 （三）渲染处理：注视点渲染与混合渲染快速升温，端云协同、软硬耦合的精细化渲染成为趋势 . 12 （四）网络传输：网联式云化虚拟现实加速发展， 5G 赋能云 VR . 19 （五）感知交互：眼球追踪成为焦点，多感官交互技术路径多元化 . 28 （六）内容制作：内容交互性不断提高，助推媒体采编播创新 . 33 三、产业发展趋势 . 38 （一）虚拟现实产业初具规模 . 38 （二）投资趋缓表明虚拟现实进入理性发展阶段 . 41 （三）内容与特定平台解耦加速生态成形 . 45 （四）人工智能对虚拟现实的影响轨迹逐渐明晰 . 47 （五）知识产权竞争态势趋于激烈 . 49 （六） 5G 助推虚拟现实业 务繁荣 . 53 四、典型应用案例分析 . 54 （一）云化虚拟现实催化应用落地普及 . 54 （二）云 VR 平台试商用案例 . 56 五、我国发展虚拟（增强）现实 产业面临的问题及建议 . 61 （一）我国面临的问题 . 61 （二）发展建议 . 68 图表索引 图 1 VR 与 AR 功能场景示意图 . 2 图 2 虚拟现实终端出货量份额 . 3 图 3 虚拟现实技术架构 . 4 图 4 虚拟现实技术要求比照示意 . 4 图 5 虚拟现实技术树 . 5 图 6 我国各地市虚拟现实产业政策情况 . 6 图 7 虚拟现实沉浸 体验 阶梯 . 7 图 8 虚拟现实沉浸体验分级 . 7 图 9 虚拟现实近眼显示技术产业化进程 . 8 图 10 虚拟现实近 眼显示技术路标 . 11 图 11 虚拟现实与传统内容的渲染负载对比参考 . 14 图 12 虚拟现实渲染处理技术产业化进程 . 14 图 13 虚拟现 实渲染处理技术路标 . 18 图 14 虚拟现实精细化渲染技术趋势示意 . 19 图 15 虚拟现实网络传输技术产业化进程 . 20 图 16 虚拟现 实网络传输技术路标 . 26 图 17 基于 MEC 平台实现 VR 直播 . 28 图 18 虚拟现实感知交互技术产业化进程 . 29 图 19 虚拟移动领域各类细分技术路线 . 32 图 20 虚拟现实感知交互技术路标 . 33 图 21 虚拟现实内容制作技术产业化进程 . 35 图 22 虚拟现实内容制作技术路标 . 37 图 23 中国虚拟（增强）现实产业地图 . 39 图 24 虚拟现实产业结构 . 40 图 25 全球虚拟现实市场规模（按终端形态划分） . 40 图 26 全球虚拟现实市场规模（按产业结构划分） . 41 图 27 全球虚拟现实风险投资市场情况 . 42 图 28 全球虚拟现实风险投资情况（按 VR/AR 终端业务形态划分） . 43 图 29 全球虚拟现实风险投资情况（按投资领域划分） . 44 图 30 全球虚拟现实风险投资情况（按地域划分） . 45 图 31 跨多品牌终端平台 OPENXR . 47 图 32 WebXR 与 OpenXR 关联 . 47 图 33 虚拟现实各国专利申请量情况 . 50 图 34 全球虚拟现 实知识产权热点领域 . 51 图 35 专利申请人类型对比图 . 51 图 36 福建移动全球首个运营商云 VR 业务试商用发布会 . 57 图 37 福建移动云 VR 平台架构 . 58 图 38 福建移动云 VR 栏目内容设计布局 . 58 图 39 福建移动云 VR 家庭网络 DAA 方案 . 59 图 40 福 建移动云 VR 福州地区 “头号玩家 ”招募 H5 页面 . 61 图 41 近眼显示国内外 发展梯队 视图 . 64 图 42 渲染处理国内外 发展梯队 视图 . 65 图 43 网络传输国 内外 发展梯队 视图 . 66 图 44 感知交互国内外 发展梯队 视图 . 67 图 45 内容制作国内外 发展梯队 视图 . 68 中国信息通信研究院 虚拟（增强）现实白皮书（ 2018 年） 1 一、发展 背景 作为新一代人机交互平台，虚拟现实聚焦身临其境的沉浸体验，强调用户连接交互深度而非连接广度（数量）。 虚拟现实由来已久，钱学森院士称其为 “灵境技术 ”，指采用以计算机技术为核心的现代信息技术生成逼真的视、听、触觉一体化的一定范围的虚拟环境，用户可以借助必要的装备以自然的方式与虚拟环境中的物体进行交互作用、相互影响，从而获得身临其境的感受和体验。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，而是强调关键技术、产业生态与应用落地 的融合创新。本白皮书对虚拟（增强 ）现实（ Virtual Reality，VR/Augmented Reality， AR）内涵界定是：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，构建身临其境与虚实融合沉浸体验所涉及的产品和服务。 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。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。 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，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。 从广义来看，虚拟现实包含增强现实 ， 狭义虚拟（增强）现实白皮书（ 2018 年） 中国信息通信研究院 2 而言彼此独立，如后文无特别区分说明，本白皮书采用广义界定。 图 1 VR 与 AR 功能场景示意图 虚拟现实终端 出货量持续提升， AR 与一体式增长显著 。 2018年全球虚拟现实终端出货量 约为 900 万台，其中 VR、 AR 终端出货量 占比分别 92%、 8%， 预计 2022 年终端出货量接近 6600 万台 ，其中 VR、 AR 终端出货量 占比分别 60%、 40%， 2018-2022 五年期间虚拟现实出货量增速约为 65%，其中 VR、 AR 终端增速分别为 48%、140%。此外，随着 Facebook的 Oculus Go、 Quest、联想的 Mirage Solo、Pico、大朋等一体机的发展，一体式有望成为虚拟现实主要终端形态，出货量份额将从 2018 年 17%快速发展至 2022 年 53%的水平。 中国信息通信研究院 虚拟（增强）现实白皮书（ 2018 年） 3 来源： IDC 图 2 虚拟现实终端出货量份额 虚拟现实涉及多类技术领域，可划分为五横两纵的技术架构。由于虚拟现实所固有的多领域交叉复合的发展特性，多种技术交织混杂，产品定义处于发展初期，技术轨道尚未完全定型。本白皮书参考国家部委有关虚拟现实发展指导意见，结合 2018 年虚拟现实技术动态，对虚拟（增强）现实白皮书（ 2017 年）中提出的五横两纵技术架构进一步更新完善。 “ 五横 ” 是指近眼显示、感知交互、网络传输、渲染处理与内容制作， “ 两纵 ” 是指 VR 与 AR，两者技术体系趋同，且技术实现难度均高于手机等传统智能终端，如手机等设备在芯片、屏幕等核心领域的性能过剩成为虚拟现实的性能门槛。总体上看， VR 通过对现有手机技术 体系的 “ 微创新 ” 实现产业化，AR 更多需要从无到有的技术储备与重大突破，其技术实现难度高于VR，这一差异主要反映在近眼显示与感知交互领域。对 VR 而言，近眼显示聚焦高画质的视觉沉浸体验。感知交互侧重于多通道交互。由于虚拟信息覆盖与外界隔绝的整个用户视野，重点在于交互信息的虚拟化。对 AR 而言，由于用户大部分视野呈现真实场景，如何