虛擬現實六大關鍵技術趨勢

繼2016年產業元年與2019年5G云VR元年過后，虛擬現實產業開始進入起飛階段。虛擬現實用戶體驗對融合創新的需求迅速提升，技術體系初步成型。

在全球經濟形勢復雜多變和新冠疫情的影響下，人類社會生活和生產方式面臨新的挑戰，作為新一代信息技術融合創新的典型領域，虛擬現實迎來新機遇。繼2016年產業元年與2019年5G云VR元年過后，虛擬現實產業開始進入起飛階段。虛擬現實用戶體驗對融合創新的需求迅速提升，技術體系初步成型;Micro—LED與衍射光波導成為近眼顯示領域探索熱點;云渲染、人工智能與注視點技術引領VR渲染2.0;強弱交互內容多元融合，內容制作支撐技術持續完善;自然化、情景化與智能化成為感知交互發展方向;5G與F5G雙千兆網絡構筑虛擬現實應用基礎支撐。此外，以應用服務、終端器件、網絡平臺和內容生產為重點領域的產業生態粗具規模，云化虛擬現實觸發產業鏈條融合創新，對傳統業務流程的解構重組催生視頻內容上云、圖形渲染上云與空間計算上云新業態，“虛擬現實+”創新應用向生產生活領城加速滲透，云AR數字孿生描繪人機交互深度進化未來藍圖。

融合創新驅動虛擬現實用戶體驗持續進階

虛擬現實存在單機智能與網聯云控兩條技術路徑。當前，多數企業基于單體智能的發展軌道，聚焦近眼顯示、感知交互、渲染計算與內容制作領域的研發創新、技術產業化及成本控制等相關工作，網聯元素主要體現在內容上云后的流媒體服務。未來，虛擬現實發展的演進形態不是兩者簡單疊加，而是有機融合;在云、網、邊、端、用、人等融為一體的創新體系下重構現有系統架構，觸發產業躍遷，進而在這一深度融合創新的框架下，重新界定并迭代優化一批新技術、新產品、新標準、新市場與新業態。

現階段虛擬現實技術演進軌道尚未定型，技術供需面臨多重挑戰，存在超長的產業鏈條致使創新投入力不從心，現實效果與用戶預期存在落差等問題。虛擬現實技術創新的難點與焦點在于需求指標間的權衡優化。對于諸多階梯化、多層次與分場景的細分需求，往往出現“按下葫蘆浮起瓢”的研發窘境。如何求解用戶需求這一多目標函數，即不以犧牲或最低限度犧牲某方面需求來滿足其他，成為業界技術創新過程中所面臨的共性挑戰。在這一背景下，融合創新與以人為中心成為解決上述難題的參考原則。相比單機版的發展路徑，基于云、網、邊、端、用等多領域間的技術組合進一步釋放了融合創新的潛在空間。此外，相比傳統的智能終端與移動互聯網業務，虛擬現實作為下一代人機交互平臺，日漸強調以人的生理及心理特質為技術創新的出發點。

近眼顯示：Micro—LED與衍射光波導成為當前探索熱點

近眼顯示受限于核心光學器件與新型顯示的發展，整體發展相對遲緩。2020年隨著市場需求日漸清晰，業界對近眼顯示領域表現出更高的期待。

在顯示領域，快速響應液晶與硅基OLED（OLEDoS）作為主流的顯示技術，處于實質規模量產階段，微型發光二極管（Micro—LED）有望迅速發展。當前快速響應液晶屏成為多數VR終端的常用選擇，主要表現為以超高清、輕薄、成本為設計導向的三類技術規格。

在光學領域，作為下一代人機交互平臺，虛擬現實呼喚以人為中心的光學架構，視覺質量、眼動框范圍、體積重量、視角場、光學效率與量產成本間的權衡取舍、優化組合成為驅動技術創新的主要動因。

渲染計算：云渲染、人工智能與注視點技術引領VR渲染2.0

不同于影視工業中離線渲染技術對視覺保真度的極致追求，實時渲染主要用于無預定腳本的游戲等強交互應用，為保證渲染速度而在一定程度上對渲染畫質做出權衡妥協。虛擬現實渲染領域的主要技術挑戰在于面向傳統游戲的上述權衡范式難以直接套用于虛擬現實應用，表現為相比游戲畫面的主流渲染要求（如FHD分辨率所須每秒渲染六千萬像素且不高于150毫秒的用戶交互時延），虛擬現實渲染負載與MTP時延須提升十倍量級才可達到初級沉浸的入門體驗。

此外，手機式/一體式VR與AR移動平臺的渲染功耗預算尤為有限。當前，針對虛擬現實渲染所面臨的“小馬拉大車，既要馬兒吃得少，又要跑得快”的技術挑戰，業界先后發展出異步時間扭曲（ATW）、異步空間扭曲（ASW）、多視圖渲染（MultiView）、多分辨率渲染、畸變補償渲染等一系列優化算法，旨在彌合傳統游戲與虛擬現實渲染間的技術斷點。此外，在跨越了沉浸體驗的初始門檻后，渲染質量與效率間的平衡優化成為時下驅動虛擬現實渲染技術新一輪發展的核心動因，即用戶需求的持續進階放大了渲染畫質、速度、成本、帶寬等多目標規劃的求解難度。在智能云控與以人為本的創新架構下，云渲染、人工智能與注視點技術觸發虛擬現實渲染計算2.0開啟。

內容制作：交互性體驗和支撐工具快速發展

從用戶與內容應用間的交互程度看，虛擬現實業務可分為弱交互與強交互兩類。前者通常以被動觀看的全景視頻點播、直播為主，后者常見于游戲、互動教育等形式，內容須根據用戶輸入的交互信息進行實時渲染，自由度、實時性與交互感更強。

在弱交互領域，虛擬現實視頻的社交性、沉浸感與個性化特質日益凸顯，強弱交互內容界線趨于模糊。由于體育賽事、綜藝節目、新聞報道與教育培訓等直播事件受眾群體明確，商業落地相對成熟，VR直播成為豐富虛擬現實內容的利器，可較大程度上緩解目前高品質VR內容匱乏、“有車沒油”的問題。

在強交互領域，VR社交成為游戲以外的略高地，虛擬化身正在拉開虛擬現實社交大幕。相比2D視頻、狹窄視野及有限追蹤感知能力，VR用戶對虛擬化身的感知與控制構成了不再脫鉤的交互閉環，即追蹤采集的用戶數據被實時投射于虛擬化身外觀及行為表現。

在內容相關的其他支撐性技術上，WebER、OS、OpenER等重點領域穩健發展。作為電腦、手機、平板等智能終端用戶交互窗口的延續，據統計，約有2/3虛擬現實頭顯用戶使用瀏覽器。WebXR推動了虛擬現實內容與各類終端平臺、操作系統間的解耦，提供了更加便捷的網頁VR/AR應用開發環境，將成為下一代Web沉浸體驗的基石。

感知交互：自然化、情景化與智能化為前行之路點亮燈塔

感知交互強調與近眼顯示、渲染計算、內容制作、網絡傳輸等關鍵領域間的技術協同，各大ICT巨頭與虛擬現實科技型初創公司對此深度布局，積極投入。當前，追蹤定位、沉浸聲場、手勢追蹤、眼球追蹤、三維重建、機器視覺、肌電傳感、語音識別、氣味模擬、虛擬移動、觸覺反饋、腦機接口等諸多感知交互技術百花齊放，共存互補，并在各細分場景下呈現相應的比較優勢。未來，理想的人機交互可讓虛擬現實用戶聚焦交互活動本身，而忘記交互界面（手段）的存在，界面越發“透明”，自然化、情景化與智能化成為感知交互技術發展的主航道。

沉浸聲場體驗“富礦”尚待挖潛，聽音辨位、空間混響、通感移覺等成為發展重點。Inside—out技術全面成熟，追蹤定位將呈現集視覺相機、IMU慣性器件、深度相機、事件相機等多傳感融合的發展趨勢。手勢追蹤初步成熟，“手勢追蹤+”將成為虛擬現實輸入交互新模式。眼動迫蹤成為虛擬現實終端的新標配。環境理解與3D重建將成為虛擬現實感知交互領域技術內核之一。

網絡傳輸：5G+F5G構筑虛擬現實雙千兆網絡基礎設施支撐

2019年5月，工信部、國資委共同印發專項行動，確定開展“雙G雙提”、推動固定寬帶和移動寬帶雙邁入千兆（G比特）時代，明確提出2019年我國千兆寬帶發展的目標;2020年9月，國務院常務會議確定加快新型消費基礎設施建設，第五代固定網絡（F5G）千兆寬帶與5G網絡共同構成雙千兆接入網絡連接，助力千兆城市建設。當前，作為影響虛擬現實業務體驗的關鍵因素，傳輸網絡不斷地探索傳輸推流、編解碼、最低時延路徑、高帶寬低時延、虛擬現實業務AI識別等新的技術路徑，旨在實現無卡頓、無花屏、黑邊面積小、高低清畫質切換無感知等用戶體驗，讓產業有評估業務質量的技術和方法，加速虛擬現實的規模化發展。

邊緣計算賦能雙G云化虛擬現實提檔升級。千兆光網+云VR將成為F5G時代的典型特征與重點應用的結合。IP架構簡化、全光網絡、端網協同等成為虛擬現實承載網絡技術的發展趨勢。精細化運維技術成為云化虛擬現實業務質量的重要保障。

當前，我國VR/AR產業發展取得了積極成果，但也存在一些問題與挑戰。我國應緊抓5G與人工智能機遇期，突破業界慣有展廳級、孤島式、小眾性、雷同化的發展瓶頸，聚力融合創新與規模應用，實現產業級、網聯式、規模性、差異化的虛擬現實普及之路。

（來源：中國信息通信研究院、華為技術有限公司和京東方科技集團股份有限公司）