第一部分：擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)概述

擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)概念

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)被認(rèn)為是下一代通用技術(shù)平臺(tái)和下一代互聯(lián)網(wǎng)的入口，是引領(lǐng)全球新一輪產(chǎn)業(yè)變革的重要力量，是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新增長(zhǎng)點(diǎn)，目前已經(jīng)在工業(yè)、軍事、醫(yī)療、航天、教育、娛樂(lè)等領(lǐng)域形成較為成熟的應(yīng)用，將撬動(dòng)上萬(wàn)億元的新興市場(chǎng)。

據(jù)工信部消息，2021年我國(guó)虛擬現(xiàn)實(shí)市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)544.5億元。

國(guó)內(nèi)通稱的虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)包括了VR虛擬現(xiàn)實(shí)、AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、MR混合現(xiàn)實(shí)等技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，本文統(tǒng)稱為擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)（ExtendedReality，XR）。

其中，虛擬現(xiàn)實(shí)（VirtualReality，VR）是利用VR設(shè)備模擬產(chǎn)生一個(gè)三維的虛擬空間，提供視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般。簡(jiǎn)而言之，就是“無(wú)中生有”。在VR中，用戶只能體驗(yàn)到虛擬世界，無(wú)法看到真實(shí)環(huán)境。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AugmentedReality，AR）是VR技術(shù)的延伸，能夠把計(jì)算機(jī)生成的虛擬信息（物體、圖片、視頻、聲音、系統(tǒng)提示信息等）疊加到真實(shí)場(chǎng)景中并與人實(shí)現(xiàn)互動(dòng)。簡(jiǎn)而言之，就是“錦上添花”。在AR中，用戶既能看到真實(shí)世界，又能看到虛擬事物。

混合現(xiàn)實(shí)（MixedReality，MR）是AR技術(shù)的升級(jí)，將虛擬世界和真實(shí)世界合成一個(gè)無(wú)縫銜接的虛實(shí)融合世界，其中的物理實(shí)體和數(shù)字對(duì)象滿足真實(shí)的三維投影關(guān)系。簡(jiǎn)而言之，就是“實(shí)幻交織”。在MR中，用戶難以分辨真實(shí)世界與虛擬世界的邊界。

擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)演進(jìn)

1929年：

LinkE.A.發(fā)明了一種飛行模擬器，使乘坐者實(shí)現(xiàn)了對(duì)飛行的一種體驗(yàn)。

可以說(shuō)這是人類(lèi)模擬仿真物理現(xiàn)實(shí)的初次嘗試。其后隨著控制技術(shù)的不斷發(fā)展，各種仿真模擬器陸續(xù)問(wèn)世。

1935年：

小說(shuō)家StanlyG.Weinbaum的一本小說(shuō)中第一次提到了以眼鏡為交互載體，囊括視學(xué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)等全方位沉浸式體驗(yàn)的虛擬現(xiàn)實(shí)概念，被公認(rèn)為是虛擬現(xiàn)實(shí)概念的首次出現(xiàn)。

1956年：

電影攝影師MortonHeilig發(fā)明了多通道仿真體驗(yàn)系統(tǒng)Sensorama的仿真模擬器，并在5年后申請(qǐng)了該技術(shù)的專(zhuān)利。

這款設(shè)備通過(guò)三面顯示屏來(lái)實(shí)現(xiàn)空間感，從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)Sensorama只是一款簡(jiǎn)單的3D顯示工具，它不僅無(wú)比巨大，用戶還需要坐在椅子上將頭探進(jìn)設(shè)備內(nèi)部，才能體驗(yàn)到沉浸感。

（圖：Sensorama仿真模擬器）

1968年：

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)之父、著名計(jì)算機(jī)科學(xué)家IvanSutherland設(shè)計(jì)了第一款頭戴式顯示設(shè)備Sutherland。

雖然是頭戴式顯示器，但由于當(dāng)時(shí)硬件技術(shù)限制導(dǎo)致Sutherland相當(dāng)沉重，根本無(wú)法獨(dú)立穿戴，必須在天花板上搭建支撐桿，否則無(wú)法正常使用。這種獨(dú)特造型與《漢書(shū)》中記載的孫敬頭懸梁讀書(shū)的姿勢(shì)十分類(lèi)似，被用戶們戲稱為懸在頭上的“達(dá)摩克利斯之劍”。但Sutherland的誕生，標(biāo)志著頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備與頭部位置追蹤系統(tǒng)的誕生，為現(xiàn)今的虛擬技術(shù)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，IvanSutherland也因此被稱為虛擬現(xiàn)實(shí)之父。

（圖：頭戴式顯示設(shè)備Sutherland）

上個(gè)世紀(jì)70-80年代，是整個(gè)虛擬技術(shù)理論和概念形成的時(shí)期，組成虛擬頭盔的各種組件在技術(shù)上已經(jīng)十分成熟，都可以在市面上買(mǎi)到了。

當(dāng)時(shí)的顯卡已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)每秒渲染上千個(gè)三角面，能夠展示比較復(fù)雜的三維圖像模型，索尼生產(chǎn)的便攜式LCD顯示器也能將畫(huà)面完整的呈現(xiàn)出來(lái)。Polhemus公司開(kāi)發(fā)出了6個(gè)自由度的頭部追蹤設(shè)備，比起Sutherland機(jī)械連桿，精準(zhǔn)度已經(jīng)大大提升，同時(shí)還省去了很多束縛。同時(shí)帶有關(guān)節(jié)傳感器的手套實(shí)現(xiàn)了體感操作，技術(shù)的成熟使得虛擬技術(shù)在航天、模擬飛行等領(lǐng)域得到了比較廣泛的應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實(shí)概念也最終在80年代被正式提出。

1987年：

一位著名計(jì)算機(jī)科學(xué)家JaronLanier，利用各種組建“拼湊”出第一款真正投放市場(chǎng)的VR商業(yè)產(chǎn)品，這款VR頭盔看起來(lái)有點(diǎn)像Oculus，但10萬(wàn)美元的天價(jià)卻阻礙了其普及之路。

（圖：第一款真正投放市場(chǎng)的VR商業(yè)產(chǎn)品）

90年代，虛擬技術(shù)的理論已經(jīng)非常成熟，但對(duì)應(yīng)的VR頭盔依舊是概念性的產(chǎn)品。

1991年出現(xiàn)的一款名為“Virtuality1000CS”的VR頭盔充分展現(xiàn)了VR產(chǎn)品的尷尬之處—外形笨重、功能單一、價(jià)格昂貴。但VR游戲的火種卻也在這個(gè)時(shí)期被種下。

任天堂1995年推出的VirtualBoy主機(jī)被《時(shí)代周刊》評(píng)為“史上最差的50個(gè)發(fā)明”之一，倉(cāng)促推出市場(chǎng)使得硬件由頭戴式變成了三腳架支撐，加上畫(huà)面顯示的紅色單一色彩，配屬游戲作品紛紛跳票?！癡irtualBoy"僅僅在市場(chǎng)上生存了六個(gè)月就銷(xiāo)聲匿跡，VR游戲的首次嘗試也就隨之煙消云散。

虛擬技術(shù)高峰的再次來(lái)臨的時(shí)刻，始于2012年在眾籌網(wǎng)站Kickstarter開(kāi)啟的、名為Oculus的VR設(shè)備的眾籌計(jì)劃。

這個(gè)計(jì)劃的目標(biāo)是給大眾帶來(lái)寬視角、低延遲且低成本的沉浸式虛擬體驗(yàn)設(shè)備，最終該計(jì)劃籌集到了250萬(wàn)美元并獲得了1600萬(wàn)的A輪融資，idsoftware的創(chuàng)始人之一、“FPS游戲之父”約翰卡馬克大神于2013年加盟令Oculus名聲大噪，到2014年，Oculus更是以20億美元的價(jià)格被Facebook收購(gòu)，更是徹底引爆了用戶對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)的關(guān)注。

（圖：名聲大噪的Oculus）

雖然VR技術(shù)再次引人關(guān)注是2012年的事情，但并不意味著在此之前技術(shù)就處于停滯狀態(tài)，從2011年開(kāi)始，索尼就發(fā)布了自己的頭戴式顯示器HMZ系列，從當(dāng)年的HMZ-T1到現(xiàn)在的HMZ-T3W，直到被命名為PSVR的PS游戲主機(jī)專(zhuān)屬虛擬頭盔面世。

當(dāng)VR技術(shù)的熱情被引爆之后，除了索尼PSVR與Oculus之外，國(guó)內(nèi)外的軟硬件廠商紛紛布局VR領(lǐng)域，有以PSVR、HTCvive、九又為代表的一體機(jī)頭盔、也出現(xiàn)了以三星GearVR、暴風(fēng)墨鏡、谷歌Cardboard為代表的支持手機(jī)直插的移動(dòng)VR頭盔。

VR設(shè)備飛速躍進(jìn)的同時(shí)，虛擬技術(shù)本身也已經(jīng)不再局限于VR，出現(xiàn)了前文提到的VR以外的AR、MR以及CR、SR等技術(shù)。

2014年4月，谷歌發(fā)布了一款具有“拓展現(xiàn)實(shí)”功能（AR）的谷歌眼鏡，然而對(duì)于大多數(shù)用戶來(lái)說(shuō)，超過(guò)一萬(wàn)元人民幣的價(jià)格完全沒(méi)有性價(jià)比，所以在2015年1月19日，谷歌停止了谷歌眼鏡的“探索者”項(xiàng)目。

在各路巨頭紛紛布局虛擬技術(shù)之時(shí)，老牌廠商微軟發(fā)布了Hololens頭盔加入“虛擬”大戰(zhàn)，雖然Hololens頭盔具有與AR一樣的真實(shí)和虛擬信息顯示功能，但嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō)，Hololens并不是一款A(yù)R設(shè)備，因?yàn)樗恢皇窃鰪?qiáng)了現(xiàn)實(shí)，從微軟發(fā)布的多個(gè)功能視頻上來(lái)看，你可以戴著它進(jìn)行摩托車(chē)設(shè)計(jì)，你戴著它在客廳玩游戲，客廳就是你游戲的地圖，虛擬元素以全息3D的方式顯示，這就是混合虛擬現(xiàn)實(shí)（MR，MixReality）的理念。

（圖：微軟Hololens）

MR設(shè)備給你的是一個(gè)混沌的世界，它將物理世界實(shí)時(shí)并且徹底地Bite化，同時(shí)又包含了VR和AR設(shè)備的功能，從理論上來(lái)說(shuō)，MR技術(shù)更有想象空間。

另有一種影像現(xiàn)實(shí)（CR，CinematicReality）理念也與VR和AR技術(shù)有著明顯的區(qū)別。CR概念是Google投資的MagicLeap提出，亦被稱為“視網(wǎng)膜投影”。其核心在于，通過(guò)光波傳導(dǎo)棱鏡設(shè)計(jì)，MagicLeap從多角度將畫(huà)面直接投射于用戶視網(wǎng)膜，從而達(dá)到“欺騙”大腦的目的。就是說(shuō)，畫(huà)面不是顯示在屏幕上，而是直接與視網(wǎng)膜交互，這與MR技術(shù)有相似的理念，但同時(shí)也有助于解決Hololens頭盔視野狹窄與眩暈的問(wèn)題?？梢哉f(shuō)，CR是一種終極的虛擬技術(shù)，只是目前實(shí)現(xiàn)起來(lái)還需要一定時(shí)間。

還有一種SR( Substitutional Reality )替代實(shí)境技術(shù)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)SR是一個(gè)把現(xiàn)實(shí)世界和虛擬世界融合在一起的系統(tǒng)。SR系統(tǒng)會(huì)自己建立起一個(gè)SR空間，再將SR空間融入本地虛擬世界，同時(shí)為本地虛擬世界和遠(yuǎn)端虛擬世界提供連接服務(wù)，存在于不同地理位置的SR空間可以通過(guò)SR系統(tǒng)相融合。類(lèi)似哆啦A夢(mèng)四次元口袋，將世界各地SR空間中的樣本，調(diào)動(dòng)并集合到同一個(gè)地方，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程投遞。

擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)現(xiàn)狀和趨勢(shì)

從早期的打孔機(jī),DOS界面到現(xiàn)在的觸屏手機(jī)平板，每一次計(jì)算平臺(tái)的跨越式發(fā)展都伴隨著交互方式的革新。

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)從2007年開(kāi)始經(jīng)歷了井噴式發(fā)展，帶動(dòng)觸摸屏成為人機(jī)交互的主要方式；AR/VR以視覺(jué)傳感器為核心交互方式，符合消費(fèi)者的自然行為，甚至?xí)〈悄苁謾C(jī)、PC，無(wú)縫地嵌入進(jìn)我們?nèi)粘Ｉ钪校豪鐪贤ā⒐ぷ?、可視化、游戲、休閑娛樂(lè)等。傳感器有望成為下一代大交互方式，并引領(lǐng)AR/VR成為繼移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)之后的下一代計(jì)算平臺(tái)。

經(jīng)過(guò)幾十年的沉淀和發(fā)展，擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)終端已經(jīng)從單一向多元、由分立向融合方向演變。按終端形態(tài)劃分，一體式、系留式（PC或主機(jī)）、手機(jī)式等，各種形態(tài)的終端平臺(tái)會(huì)在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)針對(duì)各自應(yīng)用場(chǎng)景和目標(biāo)用戶群體有各自的重點(diǎn)發(fā)展方向，期間會(huì)有各種終端的形態(tài)會(huì)有不同程度的融合。一體式VR設(shè)備將會(huì)成為現(xiàn)階段VR設(shè)備的主要形態(tài)（按出貨量），手機(jī)式AR設(shè)備將公成為現(xiàn)階段AR設(shè)備的主要形態(tài)。

（圖：擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)定義的發(fā)展及形態(tài)的演進(jìn)（來(lái)源：CINNO））

隨著谷歌（I/O大會(huì)）、Facebook（F8大會(huì)）、蘋(píng)果（WWDC大會(huì)）等ICT巨頭2018年全球開(kāi)發(fā)者大會(huì)的召開(kāi)，手機(jī)式AR漸成大眾市場(chǎng)的主流，以MagicLeap與Hololens為代表的一體式和分體式AR主導(dǎo)行業(yè)應(yīng)用市場(chǎng)。此外，在自動(dòng)駕與車(chē)聯(lián)網(wǎng)發(fā)展浪潮的影響下，基于抬頭顯示的車(chē)載式AR成為了新興領(lǐng)域，類(lèi)似普通眼鏡的前瞻性產(chǎn)品形態(tài)代表了業(yè)界對(duì)AR設(shè)計(jì)的最終預(yù)期。

按終端功能劃分，從廣義看，主流的虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)都可以被劃分為不同程度的混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)。從狹義看，VR和AR彼此獨(dú)立，現(xiàn)階段在兩者在關(guān)鍵部件、終端形態(tài)上有較大差異，在關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域上也有所差異。VR通過(guò)隔絕式的視覺(jué)、音頻和交互內(nèi)容帶來(lái)沉浸感體驗(yàn)，對(duì)感知交互要求較高。此外，VR側(cè)重于游戲、視頻、直播、社交等大眾市場(chǎng)，AR側(cè)重于日常信息顯示和工業(yè)、軍事、公安等垂直應(yīng)用。

隨著技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，預(yù)計(jì)未來(lái)VR與AR終端將由分立走向融合，兩者如同科學(xué)和藝術(shù)一般，“從山麓分手，又在山頂匯合”。

（圖：虛擬現(xiàn)實(shí)沉浸感分極體驗(yàn)（來(lái)源：中國(guó)信通院））

業(yè)界對(duì)擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)的界定逐漸由終端設(shè)備向沉浸體驗(yàn)演變，其定義不再拘泥于特定終端形態(tài)與實(shí)現(xiàn)方式，而是聚焦體驗(yàn)效果，強(qiáng)調(diào)關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)業(yè)生態(tài)與應(yīng)用領(lǐng)域的融合創(chuàng)新。

擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)正處于發(fā)展周期的什么階段呢？

讓我們先來(lái)了解下Garter技術(shù)成熟度曲線。

（圖：通用技術(shù)成熟度曲線（來(lái)源：Gartner））

技術(shù)成熟度曲線是對(duì)各種新技術(shù)或其他創(chuàng)新的常見(jiàn)發(fā)展模式的圖形描述。Gartner每年都針對(duì)各種技術(shù)和應(yīng)用、信息和IT服務(wù)和行業(yè)領(lǐng)域創(chuàng)建90多張技術(shù)成熟度曲線，用來(lái)幫助客戶跟蹤技術(shù)的成熟度和未來(lái)潛力。

Gartner根據(jù)分析預(yù)測(cè)來(lái)推論各種新科技的成熟演變速度及要達(dá)到成熟所需的時(shí)間，曲線分成5個(gè)階段：

• 技術(shù)誕生的觸發(fā)期（TechnologyTrigger）：媒體的過(guò)度曝光等因素導(dǎo)致技術(shù)在沒(méi)有成熟前就被大肆渲染；

  
  

• 期望膨脹的峰值期（Peakof Inflated Expectations）：受到高度關(guān)注的技術(shù)被推到了發(fā)展的頂峰期，大量的投資在這一階段進(jìn)入；

• 泡沫破裂的幻滅期（Troughof Disillusionment）：由于技術(shù)發(fā)展等方面首先導(dǎo)致產(chǎn)品無(wú)法迅速普及，受關(guān)注程度下降；

  
  

• 穩(wěn)步爬升的復(fù)蘇期（Slopeof Enlightenment）：隨著技術(shù)方面的提升和應(yīng)用場(chǎng)景的成熟，再次引起公眾的興趣，并且開(kāi)始真正走向普及；

  
  

• 實(shí)質(zhì)生產(chǎn)的成熟期（Plateauof Productivity）：新科技產(chǎn)生的利益與潛力被市場(chǎng)實(shí)際接受，進(jìn)入商業(yè)化的成熟階段。

僅就XR技術(shù)而言，通過(guò)我們的觀察，我們判斷XR產(chǎn)業(yè)正處于技術(shù)成熟度曲線的第二代產(chǎn)品推出期。已經(jīng)開(kāi)始有XR服務(wù)面向商業(yè)用戶提供，標(biāo)質(zhì)性事件是三大運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)不約而同推出了以視頻及VR為主要推廣目標(biāo)的5G套餐。

另外，全球VR用戶數(shù)量增長(zhǎng)穩(wěn)定，IDC的2018年VR用戶調(diào)查顯示，2018年，“高端”頭盔的裝機(jī)量同比增長(zhǎng)了60%，達(dá)到390萬(wàn)臺(tái)。而高盛的數(shù)據(jù)則顯示，全球VR視頻用戶在2020年即將超過(guò)2500萬(wàn)人。VR基金投資者TipatatChennavasin預(yù)估106款VR游戲經(jīng)過(guò)去年的高速增長(zhǎng)后，在2020年實(shí)現(xiàn)總收入超100萬(wàn)美元。

基于steam、PlayStationNetwork、OculusPC和Oculus四家商店中VR類(lèi)游戲數(shù)據(jù)的調(diào)查報(bào)告顯示，排名前7的游戲收入已超過(guò)1000萬(wàn)美元。

（圖：全球VR用戶預(yù)估數(shù)（萬(wàn)人）（高盛，安信證券研究中心））

另外，2019年8月新興技術(shù)成熟度曲線顯示，未來(lái)5至10年內(nèi)對(duì)商業(yè)、社會(huì)和民生，產(chǎn)生重大影響的技術(shù)，主要呈現(xiàn)五種趨勢(shì)：感知和移動(dòng)性、人類(lèi)增強(qiáng)、后經(jīng)典計(jì)算與通信、數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)、高級(jí)AI和分析。其中感知和移動(dòng)性以及人類(lèi)增強(qiáng)與XR技術(shù)強(qiáng)相關(guān)。

AR云作為感知和移動(dòng)性的必要云端載體，為其他諸如3D傳感相機(jī)、輕型貨運(yùn)無(wú)人機(jī)、自動(dòng)駕駛飛行器和自主駕駛5級(jí)、4級(jí)提供了可能；沉浸式工作區(qū)則在人類(lèi)增強(qiáng)領(lǐng)域?yàn)槿祟?lèi)提供了憑肉身和傳統(tǒng)設(shè)備無(wú)法逾越的物理鴻溝，為進(jìn)一步擴(kuò)大人類(lèi)的活動(dòng)范圍和顛覆性創(chuàng)造提供了現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)。

圖中這些技術(shù)都有可能在未來(lái)5-10年讓人類(lèi)的生活改頭換面。

（圖：2019年8月新興技術(shù)成熟度曲線（來(lái)源：Gartner））

當(dāng)前，所有從業(yè)者正在求同存異，共同探索可以協(xié)同發(fā)展的實(shí)踐方法和商業(yè)模式，尋找第三代成熟產(chǎn)品的形態(tài)和技術(shù)路徑。最明顯的例證是相關(guān)產(chǎn)業(yè)組織與龍頭企業(yè)在XR標(biāo)準(zhǔn)的投入方面逐年加大。XR從業(yè)人員尤其是企業(yè)主需要沉淀和創(chuàng)新，打磨自身產(chǎn)品和技術(shù)，為XR大爆發(fā)做好準(zhǔn)備。

以VR為代表的擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)為人類(lèi)昭示了全新的未來(lái)，在各行各業(yè)的廣泛前景勢(shì)必會(huì)革命性改變?nèi)祟?lèi)的未來(lái)。終端設(shè)備的成本不斷降低，虛擬游戲、遠(yuǎn)程專(zhuān)家、虛擬廣告、虛擬展示、公共安全等應(yīng)用日益成熟，虛擬社交、醫(yī)療、國(guó)防這些都將逐漸實(shí)現(xiàn)。

盡管還有各種問(wèn)題，但我們始終相信，擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)世界的大門(mén)已經(jīng)對(duì)人類(lèi)開(kāi)啟，無(wú)論是誰(shuí)都無(wú)法阻擋。