虚拟(增强)现实白皮书2018.pdf
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1、 虚拟(增强)现实白皮书虚拟(增强)现实白皮书 (2012018 8 年)年) 中国信息通信研究院中国信息通信研究院 华为技术有限公司华为技术有限公司 京东方科技集团股份有限公司京东方科技集团股份有限公司 2012019 9年年1 1月月 版权声明版权声明 本白皮书本白皮书版权属于版权属于中国信息通信研究院中国信息通信研究院,并受法律保护,并受法律保护。转载、摘编或利用其它方式使用转载、摘编或利用其它方式使用本白皮书文字或者观点的,本白皮书文字或者观点的,应应注明注明“来源:来源:中国信息通信研究院”中国信息通信研究院” 。违反上述声明者,本。违反上述声明者,本院院将追究其相关法律责任。将追究
2、其相关法律责任。 致致 谢谢 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
3、、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、孙红亮、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 前前 言言 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
4、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
5、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。 目目 录录 一、发展背景一、发展背景 . 1 1 二、关键技术趋势二、关键技术趋势 . 6 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 7 (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,5
6、G 赋能云 VR . 18 (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 . 27 (六)内容制作:内容交互性不断提高,助推媒体采编播创新 . 32 三、产业发展趋势三、产业发展趋势 . 3737 (一)虚拟现实产业初具规模 . 37 (二)投资趋缓表明虚拟现实进入理性发展阶段 . 40 (三)内容与特定平台解耦加速生态成形 . 44 (四)人工智能对虚拟现实的影响轨迹逐渐明晰 . 46 (五)知识产权竞争态势趋于激烈 . 48 (六)5G 助推虚拟现实业务繁荣 . 52 四、典型应用案例分析四、典型应用案例分析 . 5353 (一)云化虚拟现实催化应用落地普及 . 53 (二)
7、云 VR 平台试商用案例 . 55 五、我国发展虚拟(增强)现实五、我国发展虚拟(增强)现实产业面临的问题及建议产业面临的问题及建议 . 6060 (一)我国面临的问题 . 60 (二)发展建议 . 67 图表索引图表索引 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
8、 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 . 13 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 . 17 图 14 虚拟现实精细化渲染技术趋势示意 . 18 图 15 虚拟现实网络传输技术产业化进程 . 19 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 . 27 图 18 虚拟现实感知交互技术产业化进程 . 28 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 . 32 图 21 虚拟现实内容制作技术产业化进程 . 34
9、图 22 虚拟现实内容制作技术路标 . 36 图 23 中国虚拟(增强)现实产业地图 . 38 图 24 虚拟现实产业结构 . 39 图 25 全球虚拟现实市场规模(按终端形态划分) . 39 图 26 全球虚拟现实市场规模(按产业结构划分) . 40 图 27 全球虚拟现实风险投资市场情况 . 41 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) . 42 图 29 全球虚拟现实风险投资情况(按投资领域划分) . 43 图 30 全球虚拟现实风险投资情况(按地域划分) . 44 图 31 跨多品牌终端平台OPENXR . 46 图 32 WebXR 与 OpenXR
10、关联 . 46 图 33 虚拟现实各国专利申请量情况 . 49 图 34 全球虚拟现实知识产权热点领域 . 50 图 35 专利申请人类型对比图 . 50 图 36 福建移动全球首个运营商云 VR 业务试商用发布会 . 56 图 37 福建移动云 VR 平台架构 . 57 图 38 福建移动云 VR 栏目内容设计布局 . 57 图 39 福建移动云 VR 家庭网络 DAA 方案 . 58 图 40 福建移动云 VR 福州地区“头号玩家”招募 H5 页面 . 60 图 41 近眼显示国内外发展梯队视图 . 63 图 42 渲染处理国内外发展梯队视图 . 64 图 43 网络传输国内外发展梯队视图
11、 . 65 图 44 感知交互国内外发展梯队视图 . 66 图 45 内容制作国内外发展梯队视图 . 67 中国信息通信研究院 虚拟(增强)现实白皮书(2018 年) 1 一、一、发展背景发展背景 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
12、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
13、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,狭义而言彼此独立,如后文无特别区分虚拟(增强)现实白皮书(2018 年) 中国信息通信研究院 2 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,
14、 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
15、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
16、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, 如何识别和理解现实场景和物体,虚拟(增强)现实白皮书(2018 年) 中国信息通信研究院 4 并将虚拟物体更为真实可信的叠加到现实场景中成为 AR 感知交互的首要任务。此外,由于现有技术方案在分辨率(清晰程度) 、视场角(视野范围) 、 重量体积 (美观舒适) 等方面的潜在冲突, 除保证视觉体验外,如何满足类似眼镜全天佩戴便捷成为 AR
17、近眼显示领域的重大技术挑战。 图 3 虚拟现实技术架构 图 4 虚拟现实技术要求比照示意 中国信息通信研究院 虚拟(增强)现实白皮书(2018 年) 5 来源:根据中国信通院虚拟(增强)现实白皮书(2017 年) 修订 图 5 虚拟现实技术树 我国积极推动虚拟现实发展。虚拟现实已被列入“十三五”信息化规划、 互联网+等多项国家重大文件中, 工信部、 发改委、 科技部、文化部、商务部出台相关政策。此外,各省市地方政府从政策方面积极推进产业布局, 已有十余地市相继发布针对虚拟现实领域的专项政策。 北京市发布 关于促进中关村虚拟现实产业创新发展的若干措施 ,提出以中关村石景山园区为中心,推动技术研发
18、、成果转化,产业促进服务平台等措施;青岛市发布崂山区促进虚拟现实产业发展实施细则 ,加大引入科研机构和重点企业,鼓励人才的引进和培养,并以贷款贴息扶持、政府购买服务方式支持产业发展;成都市发布成都市虚拟现实产业发展推进工作方案 , 提出打造内容制作运营高地、虚拟(增强)现实白皮书(2018 年) 中国信息通信研究院 6 软件创新研发高地和硬件研发制造核心的“两高地、一核心”产业布局,并发布相关行业标准;南昌市出台关于加快 VR/AR 产业发展的若干政策(修订版) ,以红谷滩新区 VR 产业园及新建区 AR 硬件产业园为载体,通过奖励、补贴、基金等多种资金扶持方式带动技术研发、企业招引、创新创业
19、、应用示范、市场推广、人才引进等全面发展;福州市发布关于促进 VR 产业加快发展的十条措施 ,依托长乐产业园,从配套设施、创新创业、专项申报等方面推动产业发展。 图 6 我国各地市虚拟现实产业政策情况 二、关键技术趋势二、关键技术趋势 (一)现阶段技术发展进程处于部分沉浸期(一)现阶段技术发展进程处于部分沉浸期 业界对虚拟现实的界定认知由特定终端设备向联通端管云产业链条的沉浸体验演变。 参考国际上自动驾驶汽车智能化程度分级以及对虚拟(增强)现实白皮书(2017 年) 中分级标准修订增补,将虚拟现实技术发展划分为如下五个阶段, 不同发展阶段对应相应体验层次,目前处于部分沉浸期,主要表现为 1.5
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