淺談虛擬現實技術的發展和專利布局

黃藝　鄧南沙

摘要：本文對虛擬現實技術進行解讀，通過全球專利申請數據，梳理了虛擬現實呈現技術的發展趨勢、申請人的構成、研究領域的分布，并對目前主流企業重點專利進行分析。

關鍵詞：虛擬現實;Virtual Reality;VR;專利

一、解讀虛擬現實及發展

VR（Virtual Reality）是綜合利用計算機圖形系統和各種現實及控制等接口設備，在計算機上生成的、可交互的三維環境中提供沉浸感覺的技術，也叫做虛擬現實。VR技術能夠將用戶的感知帶入由它創建的虛擬世界，并讓用戶以為眼前的一切都是真實的。我們借助了VR技術即使是在家里也可以身臨其境的感受到云霄飛車的震撼和快感。

而VR眼鏡則是虛擬現實頭戴顯示器設備。它是仿真技術、計算機圖形學人機接口技術、多媒體技術、傳感技術、網絡技術等多種技術集合的產品。頭戴顯示器設備又可以區分為：搭配使用智慧型手機的頭戴顯示器設備以及內建3D顯示系統的頭戴顯示器設備：

1. 搭配智能手機的代表是Gear VR與Google Cardboard。

谷歌Cardboard是VR產業最早的原型機，僅靠一塊紙板以及一組透鏡再搭配幾個零件就能組裝完成。通過插入手機來體驗VR應用，體驗效果相當有限。三星與Oculus合力打造的動端VR頭顯Gear VR相比Cardboard明顯高了一個檔次，其也成為了很多用戶的首選VR體驗產品。

2. 內建3D顯示系統的設備代表是：Oculus Rift與PlayStation VR。

2012年成立的美國創業公司Oculus憑借此產品，在2014年7月被Facebook以20億美元全資收購。幫住他們創造財富神話的是Oculus Rift這款產品，內設兩塊OLED顯示屏，延遲顯示防止抖動，可支持微軟的XboxOne助其廣泛推廣，被譽為近年來最火熱的VR設備。

索尼PlayStation VR能夠依托于PS4運行在PSVR推出前，已經擁有了3600萬PS4用戶，為產品的成功奠定了的優勢。同時PlayStation VR也與可支持微軟xboxOne的Oculus Rift形成了競爭之勢。

此外，除了上述兩種分類產品，還出現了二者之間的獨立頭顯設備：VR一體機（如微軟的HolLens）。更有各種體感外設廠商如Leap Motion的體感控制器、Virtuix Omni的VR跑步機、Manus VR的數據手套也在不斷優化各自的產品，VR體驗正在一步一步變得更加多樣和真實。

二、VR技術的專利布局

其實早在上世紀90年代，VR專利技術就已起步，在隨后的幾年里，發展較為緩慢，到2011年后專利申請數量開始激增，各大VR企業紛紛就該項技術申請專利并進行專利布局。2015年與VR技術相關的專利申請已達井噴，因而有人稱2015年為VR元年。近年來VR的熱度依然不減仿佛世界已經進入VR時代。針對VR技術專利保有量進行專利分析，近年來各國對VR技術研究的步伐明顯加快。

從VR領域專利保有量排名前10的公司來看，VR技術主要集中在美國、韓國和日本專利權利人手中，如微軟、三星、索尼、AT&T、IBM，很明顯美日韓已主導虛擬現實技術的發展趨勢與布局。

VR技術所屬研究領域的分布主要集中于運算科技、視聽科技、光學、控制、識別、游戲、3D等。目前VR的專利布局主要是以游戲娛樂裝置為主、視聽系統以顯示系統為主、資料處理以控制系統為主，然而醫療科技、運輸、機械、環境科技等特定領域，目前布局比重仍低，但未來發展的潛力也不容小覷。

三、VR專利哪家強

1.蘋果

蘋果攪局VR領域完全是意料之中的事，只是動作稍微慢了一點而已，一向不輕易投資的蘋果公司近年來花了大價錢買下：為微軟開發過Xbox Kinect的PrimeSense、為宜家和法拉利開發過AR APP的Metaio等。從蘋果最新VR產品的專利US9429759B2來看，這似乎有點向新發布Gear VR的老對手三星宣戰的意味，對于蘋果未來VR的產品還是蠻期待的。

就拿蘋果發布的iPhone Plus系列來說，其雙攝像頭功能采用雙1200萬像素主攝像頭，分別為廣角和長焦鏡頭，支持2倍光學變焦及10倍數碼變焦，這也預示著蘋果走向虛擬現實的重要信號。只要各方面成熟，蘋果的雙攝像頭系統隨時可以配合VR技術變成一臺強大的虛擬現實設備，而這也只是時間問題。

2.三星Gear VR

三星Gear VR公告的US2016062454A1頭戴式顯示裝置，主要解決頭戴式顯示裝置的顯示器可以在與用戶眼睛相對的位置處輸出圖像，并且位于用戶和顯示器之間的鏡片可以糾正用戶的視敏度;提供用于當調節鏡片和顯示器之間的距離時防止振動或傾斜的構造;以及防止當移動顯示器時顯示器的振動或傾斜，從而為用戶提供舒適或穩定的圖像。

3.Oculus Rift

Oculus公司著名的VR頭顯Oculus Rift，被引用次數最多的專利毫無疑問就是2015年公告的USD738374S1 Virtual reality headset，其主要解決的是時間使用以至于腦負荷過大、視覺延遲所產生的嘔吐感。

Oculus估值最高的專利US9063330B2主要是用來解決對頭戴顯示器的預測跟蹤的洞察力。主要是通過頭戴顯示器上的傳感器來監測獲得一個或者多個三維角速度，并根據角速度測量結果設定一個預測區間。而想要預測頭戴顯示器的三維方向則要利用這些計算出來的預測區間產生一個與之相對應的預測方向，并且產生一個和預測方向相對應的渲染圖像，最后顯示在頭戴顯示器上。

4.HTC Vive

HTC Vive 是由HTC與Valve聯合開發的一款VR虛擬現實頭盔產品，其控制器定位系統Lighthouse采用的是Valve的專利;另有消息稱，HTC與一家名為Replay的以色列高科技初創公司達成了新的合作，而Replay 的“秘密武器”就是3D影像處理技術FreeD，上圖是其主打產品的相關專利USD761258S1。

四、VR技術的難題

當然，VR技術還存在一些難題需要我們去攻克。在計算力上，VR要虛擬出欺騙大腦的影像，還要各種互動，其中計算力需要超出普通的PC和手機，如更快的芯片渲染速度來克服人眼的眩暈。在存儲和傳輸上，還需要依靠數據傳輸線來實現，現在還沒有無限傳輸協議能滿足VR超高清和低延遲的要求。在知覺捕捉上，更真實的體感操作需要有空間定位、體感控制、手勢識別、眼球追蹤、語音操控、動作捕捉等才算是真正的VR。在實時三維建模上，目前的圖像識別、精確定位技術不成熟，復雜圖形、動態圖像，識別的正確率和精確率均較低，實時三維建模還處在實驗室階段。在供應鏈上，VR的供應鏈包括了微處理芯片、加速度感應器、陀螺儀、激光雷達、光學攝像頭、深度攝像頭、慣性傳感器等，各方面的技術革新和兼容仍需提高。

五、總結

雖說在現階段，各VR企業尚處于研發、積累階段，還沒有形成大規模專利池，各企業間尚未展開該技術的專利大戰。但是，可以預見，隨著技術研發的深入以及成果轉化的推進，未來VR技術可以給各研發企業帶來豐厚的利潤，因此，在不久的將來也將迎來VR技術發展的真正春天。（第二作者對本文貢獻等同于第一作者）