虚拟现实概念、产业链及关键技术有哪些？

虚拟现实技术作为引领全球新一轮产业变革的重要力量，正在不断催生新场景和新业态。

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。 本书对虚拟（增强）现实（Virtual Reality，VR/Augmented Reality，AR）内涵界定是：借助智能显示、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。

扩展现实（Extended Reality，XR）技术，是指通过计算机技术和可穿戴设备产生的一个真实与虚拟组合、可人机交互的环境，是AR、VR、MR 等多种形式的统称。三者交互融合，实现虚拟世界与现实世界之间无缝转换的“沉浸感”体验。 目前，我国虚拟现实关键技术进一步成熟，在画面质量、图像处理、动作捕捉、3D 声场、人体工程等领域有了重大突破，产品供给日益丰富，应用创新生态持续壮大，已形成基本完整的虚拟现实产业链和产业生态，虚拟现实产业市场规模不断扩大，取得了阶段性成果。

虚拟现实产业链条很长，主要分为硬件终端、软件系统、场景应用和内容生产。

硬件终端方面，主要分为终端外设及关键器件，其中终端外设包括以 PC 式、一体式、手机伴侣与云化虚拟现实终端，以及手柄、全向跑步机等感知交互外设。关键器件主要包括芯片、屏幕、传感器、光学镜片等。 软件系统方面，主要涉及面向虚拟现实的操作系统、开发引擎、SDK、API 等开发环境/工具，以及全景相机、3D扫描仪、光场采集设备等音视频采集系统。

场景应用方面，聚焦文化娱乐、教育培训、工业生产、医疗健康、商贸创意等领域，呈现出“虚拟现实+”大众与行业应用融合创新的特点。文化娱乐以游戏、视频等强弱交互业务为主，在数量规模上占据主导，商贸创意可有效提升客流量与成交率，主要包括地产、电商、时尚等细分场景，工业生产与医疗健康应用早期局限于培训指导，目前开始逐渐向产品设计、生产制作或临床诊疗等更为核心的业务领域拓展。 内容渠道方面，除互联网厂商主导的内容聚合与分发平台外，包含电信运营商发力的电信级云控网联平台，以及自助VR终端机、线下体验店与主题乐园等线下渠道。

结合虚拟现实跨界复合的技术特性，可划分为“五横一纵”的技术架构。其中，“五横”是指智能显示、感知交互、网络传输、渲染计算与内容制作，“一纵”是指 XR（VR/AR/MR）。

智能显示：Micro LED 是VR/AR 的终极显示方案在近眼显示方面，从当前的技术发展上来看，VR/AR显示技术包括 OLED（有机发光二极管）/LCoS（硅基液晶）/DLP（数字光处理）/LBS（激光束扫描仪）等，但这些技术均无法兼顾成熟性、性能、成本等指标。Micro LED 是业内公认的最佳解决方案，相较其它技术，Micro LED 在亮度、对比度、工作温度范围、刷新率、分辨率、色域、功耗、延时、体积、寿命等多方面具备优势。在屏幕轻薄度方面，Micro LED 和硅基OLED一样都是自发光的方案，同样不需要偏振器，不过由于 Micro LED 顶部只有玻璃基板，并且 LED 芯片尺寸非常小，因此在轻薄度方面更胜一筹。在光效方面，Micro LED 相较于传统LCD 或OLED显示器，能够产生更多的“每瓦亮度”。测试数据显示，Micro LED只需要消耗一半的电能，就能够达到硅基 OLED 的亮度。因此，Micro LED可以让 AR/VR 设备的续航更长久。

在显示性能方面，Micro LED 的分辨率理论上能够达到硅基OLED 的数倍，可以轻松实现 8K 显示；Micro LED的对象切换时间为纳秒级，比微秒级的硅基 OLED 更加出色，完全没有了拖影的问题；Micro LED 能够实现更高的对比度和屏幕亮度，增强了阳光下的可读性；此外，Micro LED 的寿命更长，远远超过了硅基OLED。当然，还有一点必须要提到的是，Micro LED具有目前已知屏幕方案中最好的透明性，这对于 AR 设备而言非常重要。目前，市面上已发布的 Micro LED 智能眼镜产品较少，此类产品大多处于初期开发阶段，Micro LED 在良率、量产性、全彩化等方面还有待进一步的发展。 此外，虚拟现实对于大场景应用更早落地，其中以利亚德为代表，在大尺寸 Micro LED 显示端已实现小范围应用。

感知交互：自然化、情景化、智能化当前，手势追踪、眼动追踪、表情追踪、全身动捕、沉浸声场、高精度环境理解、三维重建、肌电传感、气味模拟、虚拟移动、触觉反馈等诸多感知交互技术百花齐放，共存互补，并在各细分场景下呈现相应的比较优势。 未来，理想的人机交互可让虚拟现实用户聚焦交互活动本身，而忘记交互界面（手段）的存在，界面愈发“透明”，自然化、情景化与智能化成为感知交互技术发展的主航道。虚拟现实沉浸体验的进阶提升有赖于对视觉、听觉等多感官通道一致性与关联性的强化。而利亚德在全身动作捕捉（面部、手指等）、沉浸声场（声场预测系统、可变声学环境系统、全景多声道系统）等领域技术积累深厚，产业链完整，正积极推动虚拟现实技术商业应用。

渲染计算：软硬耦合、质量效率兼顾不同于影视工业中离线渲染技术对视觉保真度的极致追求，实时渲染主要用于无预定脚本的游戏等强交互应用，为保证渲染速度而在一定程度上对渲染画质做出权衡妥协。虚拟现实渲染领域的主要技术挑战在于面向传统游戏的上述权衡范式难以直接套用于虚拟现实应用，表现为相比游戏画面的主流渲染要求（如 FHD 分辨率所须每秒渲染六千万像素并且不高于150毫秒的用户交互时延），虚拟现实渲染负载与MTP 时延须提升十倍量级才可达到初级沉浸的入门体验。 此外，在跨越了沉浸体验的初始门槛后，渲染质量与效率间的平衡优化成为时下驱动虚拟现实渲染技术新一轮发展的核心动因，即用户需求的持续进阶放大了渲染画质、速度、成本、带宽等多目标规划的求解难度。在智能云控与以人为本的创新架构下，云渲染、人工智能与注视点技术触发虚拟现实渲染计算2.0 开启。特别是随着人工智能技术的演进，其正成为虚拟现实渲染质量与效能的倍增器与调和剂。

网络传输：5G+千兆网络支撑虚拟现实全场景应用2019 年 5 月工信部、国资委共同印发专项行动，确定开展“双G 双提”，推动固定宽带和移动宽带双双迈入千兆（G比特）时代，明确提出 2019 年我国千兆宽带发展的目标，2020 年9 月，国务院常务会议确定加快新型消费基础设施建设，第五代固定网络（F5G）千兆宽带与 5G 网络共同构成双千兆接入网络联接，助力千兆城市建设。 当前，作为影响虚拟现实体验的关键因素，5G传输网络正不断地探索传输推流、编解码、最低时延路径、高带宽低时延、虚拟现实业务 AI 识别等新的技术路径，旨在实现无卡顿、无花屏、黑边面积小、高清画质切换无感知等用户体验，加速虚拟现实的规模化发展。