第一部分：擴展現實產業概述

擴展現實技術概念

虛擬現實技術被認為是下一代通用技術平臺和下一代互聯網的入口，是引領全球新一輪產業變革的重要力量，是經濟發展的新增長點，目前已經在工業、軍事、醫療、航天、教育、娛樂等領域形成較為成熟的應用，將撬動上萬億元的新興市場。

據工信部消息，2021年我國虛擬現實市場規模預計將達544.5億元。

國內通稱的虛擬現實產業包括了VR虛擬現實、AR增強現實、MR混合現實等技術及其產業應用，本文統稱為擴展現實技術（ExtendedReality，XR）。

其中，虛擬現實（VirtualReality，VR）是利用VR設備模擬產生一個三維的虛擬空間，提供視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般。簡而言之，就是“無中生有”。在VR中，用戶只能體驗到虛擬世界，無法看到真實環境。

增強現實（AugmentedReality，AR）是VR技術的延伸，能夠把計算機生成的虛擬信息（物體、圖片、視頻、聲音、系統提示信息等）疊加到真實場景中并與人實現互動。簡而言之，就是“錦上添花”。在AR中，用戶既能看到真實世界，又能看到虛擬事物。

混合現實（MixedReality，MR）是AR技術的升級，將虛擬世界和真實世界合成一個無縫銜接的虛實融合世界，其中的物理實體和數字對象滿足真實的三維投影關系。簡而言之，就是“實幻交織”。在MR中，用戶難以分辨真實世界與虛擬世界的邊界。

擴展現實技術演進

1929年：

LinkE.A.發明了一種飛行模擬器，使乘坐者實現了對飛行的一種體驗。

可以說這是人類模擬仿真物理現實的初次嘗試。其后隨著控制技術的不斷發展，各種仿真模擬器陸續問世。

1935年：

小說家StanlyG.Weinbaum的一本小說中第一次提到了以眼鏡為交互載體，囊括視學、聽覺、嗅覺、味覺等全方位沉浸式體驗的虛擬現實概念，被公認為是虛擬現實概念的首次出現。

1956年：

電影攝影師MortonHeilig發明了多通道仿真體驗系統Sensorama的仿真模擬器，并在5年后申請了該技術的專利。

這款設備通過三面顯示屏來實現空間感，從本質上來說Sensorama只是一款簡單的3D顯示工具，它不僅無比巨大，用戶還需要坐在椅子上將頭探進設備內部，才能體驗到沉浸感。

（圖：Sensorama仿真模擬器）

1968年：

計算機圖形學之父、著名計算機科學家IvanSutherland設計了第一款頭戴式顯示設備Sutherland。

雖然是頭戴式顯示器，但由于當時硬件技術限制導致Sutherland相當沉重，根本無法獨立穿戴，必須在天花板上搭建支撐桿，否則無法正常使用。這種獨特造型與《漢書》中記載的孫敬頭懸梁讀書的姿勢十分類似，被用戶們戲稱為懸在頭上的“達摩克利斯之劍”。但Sutherland的誕生，標志著頭戴式虛擬現實設備與頭部位置追蹤系統的誕生，為現今的虛擬技術奠定了堅實基礎，IvanSutherland也因此被稱為虛擬現實之父。

（圖：頭戴式顯示設備Sutherland）

上個世紀70-80年代，是整個虛擬技術理論和概念形成的時期，組成虛擬頭盔的各種組件在技術上已經十分成熟，都可以在市面上買到了。

當時的顯卡已經能夠實現每秒渲染上千個三角面，能夠展示比較復雜的三維圖像模型，索尼生產的便攜式LCD顯示器也能將畫面完整的呈現出來。Polhemus公司開發出了6個自由度的頭部追蹤設備，比起Sutherland機械連桿，精準度已經大大提升，同時還省去了很多束縛。同時帶有關節傳感器的手套實現了體感操作，技術的成熟使得虛擬技術在航天、模擬飛行等領域得到了比較廣泛的應用。虛擬現實概念也最終在80年代被正式提出。

1987年：

一位著名計算機科學家JaronLanier，利用各種組建“拼湊”出第一款真正投放市場的VR商業產品，這款VR頭盔看起來有點像Oculus，但10萬美元的天價卻阻礙了其普及之路。

（圖：第一款真正投放市場的VR商業產品）

90年代，虛擬技術的理論已經非常成熟，但對應的VR頭盔依舊是概念性的產品。

1991年出現的一款名為“Virtuality1000CS”的VR頭盔充分展現了VR產品的尷尬之處—外形笨重、功能單一、價格昂貴。但VR游戲的火種卻也在這個時期被種下。

任天堂1995年推出的VirtualBoy主機被《時代周刊》評為“史上最差的50個發明”之一，倉促推出市場使得硬件由頭戴式變成了三腳架支撐，加上畫面顯示的紅色單一色彩，配屬游戲作品紛紛跳票。“VirtualBoy"僅僅在市場上生存了六個月就銷聲匿跡，VR游戲的首次嘗試也就隨之煙消云散。

虛擬技術高峰的再次來臨的時刻，始于2012年在眾籌網站Kickstarter開啟的、名為Oculus的VR設備的眾籌計劃。

這個計劃的目標是給大眾帶來寬視角、低延遲且低成本的沉浸式虛擬體驗設備，最終該計劃籌集到了250萬美元并獲得了1600萬的A輪融資，idsoftware的創始人之一、“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20億美元的價格被Facebook收購，更是徹底引爆了用戶對虛擬現實的關注。

（圖：名聲大噪的Oculus）

雖然VR技術再次引人關注是2012年的事情，但并不意味著在此之前技術就處于停滯狀態，從2011年開始，索尼就發布了自己的頭戴式顯示器HMZ系列，從當年的HMZ-T1到現在的HMZ-T3W，直到被命名為PSVR的PS游戲主機專屬虛擬頭盔面世。

當VR技術的熱情被引爆之后，除了索尼PSVR與Oculus之外，國內外的軟硬件廠商紛紛布局VR領域，有以PSVR、HTCvive、九又為代表的一體機頭盔、也出現了以三星GearVR、暴風墨鏡、谷歌Cardboard為代表的支持手機直插的移動VR頭盔。

VR設備飛速躍進的同時，虛擬技術本身也已經不再局限于VR，出現了前文提到的VR以外的AR、MR以及CR、SR等技術。

2014年4月，谷歌發布了一款具有“拓展現實”功能（AR）的谷歌眼鏡，然而對于大多數用戶來說，超過一萬元人民幣的價格完全沒有性價比，所以在2015年1月19日，谷歌停止了谷歌眼鏡的“探索者”項目。

在各路巨頭紛紛布局虛擬技術之時，老牌廠商微軟發布了Hololens頭盔加入“虛擬”大戰，雖然Hololens頭盔具有與AR一樣的真實和虛擬信息顯示功能，但嚴格意義上來說，Hololens并不是一款AR設備，因為它不只是增強了現實，從微軟發布的多個功能視頻上來看，你可以戴著它進行摩托車設計，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，這就是混合虛擬現實（MR，MixReality）的理念。

（圖：微軟Hololens）

MR設備給你的是一個混沌的世界，它將物理世界實時并且徹底地Bite化，同時又包含了VR和AR設備的功能，從理論上來說，MR技術更有想象空間。

另有一種影像現實（CR，CinematicReality）理念也與VR和AR技術有著明顯的區別。CR概念是Google投資的MagicLeap提出，亦被稱為“視網膜投影”。其核心在于，通過光波傳導棱鏡設計，MagicLeap從多角度將畫面直接投射于用戶視網膜，從而達到“欺騙”大腦的目的。就是說，畫面不是顯示在屏幕上，而是直接與視網膜交互，這與MR技術有相似的理念，但同時也有助于解決Hololens頭盔視野狹窄與眩暈的問題。可以說，CR是一種終極的虛擬技術，只是目前實現起來還需要一定時間。

還有一種SR( Substitutional Reality )替代實境技術。簡單來說SR是一個把現實世界和虛擬世界融合在一起的系統。SR系統會自己建立起一個SR空間，再將SR空間融入本地虛擬世界，同時為本地虛擬世界和遠端虛擬世界提供連接服務，存在于不同地理位置的SR空間可以通過SR系統相融合。類似哆啦A夢四次元口袋，將世界各地SR空間中的樣本，調動并集合到同一個地方，實現遠程投遞。

擴展現實技術現狀和趨勢

從早期的打孔機,DOS界面到現在的觸屏手機平板，每一次計算平臺的跨越式發展都伴隨著交互方式的革新。

移動互聯網從2007年開始經歷了井噴式發展，帶動觸摸屏成為人機交互的主要方式；AR/VR以視覺傳感器為核心交互方式，符合消費者的自然行為，甚至會取代智能手機、PC，無縫地嵌入進我們日常生活中：例如溝通、工作、可視化、游戲、休閑娛樂等。傳感器有望成為下一代大交互方式，并引領AR/VR成為繼移動互聯網之后的下一代計算平臺。

經過幾十年的沉淀和發展，擴展現實終端已經從單一向多元、由分立向融合方向演變。按終端形態劃分，一體式、系留式（PC或主機）、手機式等，各種形態的終端平臺會在很長一段時間內針對各自應用場景和目標用戶群體有各自的重點發展方向，期間會有各種終端的形態會有不同程度的融合。一體式VR設備將會成為現階段VR設備的主要形態（按出貨量），手機式AR設備將公成為現階段AR設備的主要形態。

（圖：擴展現實定義的發展及形態的演進（來源：CINNO））

隨著谷歌（I/O大會）、Facebook（F8大會）、蘋果（WWDC大會）等ICT巨頭2018年全球開發者大會的召開，手機式AR漸成大眾市場的主流，以MagicLeap與Hololens為代表的一體式和分體式AR主導行業應用市場。此外，在自動駕與車聯網發展浪潮的影響下，基于抬頭顯示的車載式AR成為了新興領域，類似普通眼鏡的前瞻性產品形態代表了業界對AR設計的最終預期。

按終端功能劃分，從廣義看，主流的虛擬現實和增強現實技術都可以被劃分為不同程度的混合現實技術。從狹義看，VR和AR彼此獨立，現階段在兩者在關鍵部件、終端形態上有較大差異，在關鍵技術和應用領域上也有所差異。VR通過隔絕式的視覺、音頻和交互內容帶來沉浸感體驗，對感知交互要求較高。此外，VR側重于游戲、視頻、直播、社交等大眾市場，AR側重于日常信息顯示和工業、軍事、公安等垂直應用。

隨著技術與產業的不斷發展，預計未來VR與AR終端將由分立走向融合，兩者如同科學和藝術一般，“從山麓分手，又在山頂匯合”。

（圖：虛擬現實沉浸感分極體驗（來源：中國信通院））

業界對擴展現實的界定逐漸由終端設備向沉浸體驗演變，其定義不再拘泥于特定終端形態與實現方式，而是聚焦體驗效果，強調關鍵技術產業生態與應用領域的融合創新。

擴展現實技術正處于發展周期的什么階段呢？

讓我們先來了解下Garter技術成熟度曲線。

（圖：通用技術成熟度曲線（來源：Gartner））

技術成熟度曲線是對各種新技術或其他創新的常見發展模式的圖形描述。Gartner每年都針對各種技術和應用、信息和IT服務和行業領域創建90多張技術成熟度曲線，用來幫助客戶跟蹤技術的成熟度和未來潛力。

Gartner根據分析預測來推論各種新科技的成熟演變速度及要達到成熟所需的時間，曲線分成5個階段：

• 技術誕生的觸發期（TechnologyTrigger）：媒體的過度曝光等因素導致技術在沒有成熟前就被大肆渲染；

  
  

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

• 泡沫破裂的幻滅期（Troughof Disillusionment）：由于技術發展等方面首先導致產品無法迅速普及，受關注程度下降；

  
  

• 穩步爬升的復蘇期（Slopeof Enlightenment）：隨著技術方面的提升和應用場景的成熟，再次引起公眾的興趣，并且開始真正走向普及；

  
  

• 實質生產的成熟期（Plateauof Productivity）：新科技產生的利益與潛力被市場實際接受，進入商業化的成熟階段。

僅就XR技術而言，通過我們的觀察，我們判斷XR產業正處于技術成熟度曲線的第二代產品推出期。已經開始有XR服務面向商業用戶提供，標質性事件是三大運營商已經不約而同推出了以視頻及VR為主要推廣目標的5G套餐。

另外，全球VR用戶數量增長穩定，IDC的2018年VR用戶調查顯示，2018年，“高端”頭盔的裝機量同比增長了60%，達到390萬臺。而高盛的數據則顯示，全球VR視頻用戶在2020年即將超過2500萬人。VR基金投資者TipatatChennavasin預估106款VR游戲經過去年的高速增長后，在2020年實現總收入超100萬美元。

基于steam、PlayStationNetwork、OculusPC和Oculus四家商店中VR類游戲數據的調查報告顯示，排名前7的游戲收入已超過1000萬美元。

（圖：全球VR用戶預估數（萬人）（高盛，安信證券研究中心））

另外，2019年8月新興技術成熟度曲線顯示，未來5至10年內對商業、社會和民生，產生重大影響的技術，主要呈現五種趨勢：感知和移動性、人類增強、后經典計算與通信、數字生態系統、高級AI和分析。其中感知和移動性以及人類增強與XR技術強相關。

AR云作為感知和移動性的必要云端載體，為其他諸如3D傳感相機、輕型貨運無人機、自動駕駛飛行器和自主駕駛5級、4級提供了可能；沉浸式工作區則在人類增強領域為人類提供了憑肉身和傳統設備無法逾越的物理鴻溝，為進一步擴大人類的活動范圍和顛覆性創造提供了現實基礎。

圖中這些技術都有可能在未來5-10年讓人類的生活改頭換面。

（圖：2019年8月新興技術成熟度曲線（來源：Gartner））

當前，所有從業者正在求同存異，共同探索可以協同發展的實踐方法和商業模式，尋找第三代成熟產品的形態和技術路徑。最明顯的例證是相關產業組織與龍頭企業在XR標準的投入方面逐年加大。XR從業人員尤其是企業主需要沉淀和創新，打磨自身產品和技術，為XR大爆發做好準備。

以VR為代表的擴展現實技術已經為人類昭示了全新的未來，在各行各業的廣泛前景勢必會革命性改變人類的未來。終端設備的成本不斷降低，虛擬游戲、遠程專家、虛擬廣告、虛擬展示、公共安全等應用日益成熟，虛擬社交、醫療、國防這些都將逐漸實現。

盡管還有各種問題，但我們始終相信，擴展現實世界的大門已經對人類開啟，無論是誰都無法阻擋。