vr虚拟现实是什么技术？

上海市多媒体行业协会：第一期 |【中国XR产业地图】2020产业演进情况及商业机会0 赞同 · 0 评论文章

第一部分：扩展现实产业概述

虚拟现实技术被认为是下一代通用技术平台和下一代互联网的入口，是引领全球新一轮产业变革的重要力量，是经济发展的新增长点，目前已经在工业、军事、医疗、航天、教育、娱乐等领域形成较为成熟的应用，将撬动上万亿元的新兴市场。

据工信部消息，2021年我国虚拟现实市场规模预计将达544.5亿元。

国内通称的虚拟现实产业包括了VR虚拟现实、AR增强现实、MR混合现实等技术及其产业应用，本文统称为扩展现实技术（ExtendedReality，XR）。

其中，虚拟现实（VirtualReality，VR）是利用VR设备模拟产生一个三维的虚拟空间，提供视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般。简而言之，就是“无中生有”。在VR中，用户只能体验到虚拟世界，无法看到真实环境。

增强现实（AugmentedReality，AR）是VR技术的延伸，能够把计算机生成的虚拟信息（物体、图片、视频、声音、系统提示信息等）叠加到真实场景中并与人实现互动。简而言之，就是“锦上添花”。在AR中，用户既能看到真实世界，又能看到虚拟事物。

混合现实（MixedReality，MR）是AR技术的升级，将虚拟世界和真实世界合成一个无缝衔接的虚实融合世界，其中的物理实体和数字对象满足真实的三维投影关系。简而言之，就是“实幻交织”。在MR中，用户难以分辨真实世界与虚拟世界的边界。

LinkE.A.发明了一种飞行模拟器，使乘坐者实现了对飞行的一种体验。

可以说这是人类模拟仿真物理现实的初次尝试。其后随着控制技术的不断发展，各种仿真模拟器陆续问世。

小说家StanlyG.Weinbaum的一本小说中第一次提到了以眼镜为交互载体，囊括视学、听觉、嗅觉、味觉等全方位沉浸式体验的虚拟现实概念，被公认为是虚拟现实概念的首次出现。

电影摄影师MortonHeilig发明了多通道仿真体验系统Sensorama的仿真模拟器，并在5年后申请了该技术的专利。

这款设备通过三面显示屏来实现空间感，从本质上来说Sensorama只是一款简单的3D显示工具，它不仅无比巨大，用户还需要坐在椅子上将头探进设备内部，才能体验到沉浸感。

计算机图形学之父、著名计算机科学家IvanSutherland设计了第一款头戴式显示设备Sutherland。

虽然是头戴式显示器，但由于当时硬件技术限制导致Sutherland相当沉重，根本无法独立穿戴，必须在天花板上搭建支撑杆，否则无法正常使用。这种独特造型与《汉书》中记载的孙敬头悬梁读书的姿势十分类似，被用户们戏称为悬在头上的“达摩克利斯之剑”。但Sutherland的诞生，标志着头戴式虚拟现实设备与头部位置追踪系统的诞生，为现今的虚拟技术奠定了坚实基础，IvanSutherland也因此被称为虚拟现实之父。

上个世纪70-80年代，是整个虚拟技术理论和概念形成的时期，组成虚拟头盔的各种组件在技术上已经十分成熟，都可以在市面上买到了。

当时的显卡已经能够实现每秒渲染上千个三角面，能够展示比较复杂的三维图像模型，索尼生产的便携式LCD显示器也能将画面完整的呈现出来。Polhemus公司开发出了6个自由度的头部追踪设备，比起Sutherland机械连杆，精准度已经大大提升，同时还省去了很多束缚。同时带有关节传感器的手套实现了体感操作，技术的成熟使得虚拟技术在航天、模拟飞行等领域得到了比较广泛的应用。虚拟现实概念也最终在80年代被正式提出。

一位著名计算机科学家JaronLanier，利用各种组建“拼凑”出第一款真正投放市场的VR商业产品，这款VR头盔看起来有点像Oculus，但10万美元的天价却阻碍了其普及之路。

90年代，虚拟技术的理论已经非常成熟，但对应的VR头盔依旧是概念性的产品。

1991年出现的一款名为“Virtuality1000CS”的VR头盔充分展现了VR产品的尴尬之处—外形笨重、功能单一、价格昂贵。但VR游戏的火种却也在这个时期被种下。

任天堂1995年推出的VirtualBoy主机被《时代周刊》评为“史上最差的50个发明”之一，仓促推出市场使得硬件由头戴式变成了三脚架支撑，加上画面显示的红色单一色彩，配属游戏作品纷纷跳票。“VirtualBoy"仅仅在市场上生存了六个月就销声匿迹，VR游戏的首次尝试也就随之烟消云散。

虚拟技术高峰的再次来临的时刻，始于2012年在众筹网站Kickstarter开启的、名为Oculus的VR设备的众筹计划。

这个计划的目标是给大众带来宽视角、低延迟且低成本的沉浸式虚拟体验设备，最终该计划筹集到了250万美元并获得了1600万的A轮融资，idsoftware的创始人之一、“FPS游戏之父”约翰卡马克大神于2013年加盟令Oculus名声大噪，到2014年，Oculus更是以20亿美元的价格被Facebook收购，更是彻底引爆了用户对虚拟现实的关注。

虽然VR技术再次引人关注是2012年的事情，但并不意味着在此之前技术就处于停滞状态，从2011年开始，索尼就发布了自己的头戴式显示器HMZ系列，从当年的HMZ-T1到现在的HMZ-T3W，直到被命名为PSVR的PS游戏主机专属虚拟头盔面世。

当VR技术的热情被引爆之后，除了索尼PSVR与Oculus之外，国内外的软硬件厂商纷纷布局VR领域，有以PSVR、HTCvive、九又为代表的一体机头盔、也出现了以三星GearVR、暴风墨镜、谷歌Cardboard为代表的支持手机直插的移动VR头盔。

VR设备飞速跃进的同时，虚拟技术本身也已经不再局限于VR，出现了前文提到的VR以外的AR、MR以及CR、SR等技术。

2014年4月，谷歌发布了一款具有“拓展现实”功能（AR）的谷歌眼镜，然而对于大多数用户来说，超过一万元人民币的价格完全没有性价比，所以在2015年1月19日，谷歌停止了谷歌眼镜的“探索者”项目。

在各路巨头纷纷布局虚拟技术之时，老牌厂商微软发布了Hololens头盔加入“虚拟”大战，虽然Hololens头盔具有与AR一样的真实和虚拟信息显示功能，但严格意义上来说，Hololens并不是一款AR设备，因为它不只是增强了现实，从微软发布的多个功能视频上来看，你可以戴着它进行摩托车设计，你戴着它在客厅玩游戏，客厅就是你游戏的地图，虚拟元素以全息3D的方式显示，这就是混合虚拟现实（MR，MixReality）的理念。

MR设备给你的是一个混沌的世界，它将物理世界实时并且彻底地Bite化，同时又包含了VR和AR设备的功能，从理论上来说，MR技术更有想象空间。

另有一种影像现实（CR，CinematicReality）理念也与VR和AR技术有着明显的区别。CR概念是Google投资的MagicLeap提出，亦被称为“视网膜投影”。其核心在于，通过光波传导棱镜设计，MagicLeap从多角度将画面直接投射于用户视网膜，从而达到“欺骗”大脑的目的。就是说，画面不是显示在屏幕上，而是直接与视网膜交互，这与MR技术有相似的理念，但同时也有助于解决Hololens头盔视野狭窄与眩晕的问题。可以说，CR是一种终极的虚拟技术，只是目前实现起来还需要一定时间。

还有一种SR( Substitutional Reality )替代实境技术。简单来说SR是一个把现实世界和虚拟世界融合在一起的系统。SR系统会自己建立起一个SR空间，再将SR空间融入本地虚拟世界，同时为本地虚拟世界和远端虚拟世界提供连接服务，存在于不同地理位置的SR空间可以通过SR系统相融合。类似哆啦A梦四次元口袋，将世界各地SR空间中的样本，调动并集合到同一个地方，实现远程投递。

从早期的打孔机,DOS界面到现在的触屏手机平板，每一次计算平台的跨越式发展都伴随着交互方式的革新。

移动互联网从2007年开始经历了井喷式发展，带动触摸屏成为人机交互的主要方式；AR/VR以视觉传感器为核心交互方式，符合消费者的自然行为，甚至会取代智能手机、PC，无缝地嵌入进我们日常生活中：例如沟通、工作、可视化、游戏、休闲娱乐等。传感器有望成为下一代大交互方式，并引领AR/VR成为继移动互联网之后的下一代计算平台。

经过几十年的沉淀和发展，扩展现实终端已经从单一向多元、由分立向融合方向演变。按终端形态划分，一体式、系留式（PC或主机）、手机式等，各种形态的终端平台会在很长一段时间内针对各自应用场景和目标用户群体有各自的重点发展方向，期间会有各种终端的形态会有不同程度的融合。一体式VR设备将会成为现阶段VR设备的主要形态（按出货量），手机式AR设备将公成为现阶段AR设备的主要形态。

随着谷歌（I/O大会）、Facebook（F8大会）、苹果（WWDC大会）等ICT巨头2018年全球开发者大会的召开，手机式AR渐成大众市场的主流，以MagicLeap与Hololens为代表的一体式和分体式AR主导行业应用市场。此外，在自动驾与车联网发展浪潮的影响下，基于抬头显示的车载式AR成为了新兴领域，类似普通眼镜的前瞻性产品形态代表了业界对AR设计的最终预期。

按终端功能划分，从广义看，主流的虚拟现实和增强现实技术都可以被划分为不同程度的混合现实技术。从狭义看，VR和AR彼此独立，现阶段在两者在关键部件、终端形态上有较大差异，在关键技术和应用领域上也有所差异。VR通过隔绝式的视觉、音频和交互内容带来沉浸感体验，对感知交互要求较高。此外，VR侧重于游戏、视频、直播、社交等大众市场，AR侧重于日常信息显示和工业、军事、公安等垂直应用。

随着技术与产业的不断发展，预计未来VR与AR终端将由分立走向融合，两者如同科学和艺术一般，“从山麓分手，又在山顶汇合”。

业界对扩展现实的界定逐渐由终端设备向沉浸体验演变，其定义不再拘泥于特定终端形态与实现方式，而是聚焦体验效果，强调关键技术产业生态与应用领域的融合创新。

扩展现实技术正处于发展周期的什么阶段呢？

让我们先来了解下Garter技术成熟度曲线。

技术成熟度曲线是对各种新技术或其他创新的常见发展模式的图形描述。Gartner每年都针对各种技术和应用、信息和IT服务和行业领域创建90多张技术成熟度曲线，用来帮助客户跟踪技术的成熟度和未来潜力。

Gartner根据分析预测来推论各种新科技的成熟演变速度及要达到成熟所需的时间，曲线分成5个阶段：

仅就XR技术而言，通过我们的观察，我们判断XR产业正处于技术成熟度曲线的第二代产品推出期。已经开始有XR服务面向商业用户提供，标质性事件是三大运营商已经不约而同推出了以视频及VR为主要推广目标的5G套餐。

另外，全球VR用户数量增长稳定，IDC的2018年VR用户调查显示，2018年，“高端”头盔的装机量同比增长了60%，达到390万台。而高盛的数据则显示，全球VR视频用户在2020年即将超过2500万人。VR基金投资者TipatatChennavasin预估106款VR游戏经过去年的高速增长后，在2020年实现总收入超100万美元。

基于steam、PlayStationNetwork、OculusPC和Oculus四家商店中VR类游戏数据的调查报告显示，排名前7的游戏收入已超过1000万美元。

另外，2019年8月新兴技术成熟度曲线显示，未来5至10年内对商业、社会和民生，产生重大影响的技术，主要呈现五种趋势：感知和移动性、人类增强、后经典计算与通信、数字生态系统、高级AI和分析。其中感知和移动性以及人类增强与XR技术强相关。

AR云作为感知和移动性的必要云端载体，为其他诸如3D传感相机、轻型货运无人机、自动驾驶飞行器和自主驾驶5级、4级提供了可能；沉浸式工作区则在人类增强领域为人类提供了凭肉身和传统设备无法逾越的物理鸿沟，为进一步扩大人类的活动范围和颠覆性创造提供了现实基础。

图中这些技术都有可能在未来5-10年让人类的生活改头换面。

当前，所有从业者正在求同存异，共同探索可以协同发展的实践方法和商业模式，寻找第三代成熟产品的形态和技术路径。最明显的例证是相关产业组织与龙头企业在XR标准的投入方面逐年加大。XR从业人员尤其是企业主需要沉淀和创新，打磨自身产品和技术，为XR大爆发做好准备。

以VR为代表的扩展现实技术已经为人类昭示了全新的未来，在各行各业的广泛前景势必会革命性改变人类的未来。终端设备的成本不断降低，虚拟游戏、远程专家、虚拟广告、虚拟展示、公共安全等应用日益成熟，虚拟社交、医疗、国防这些都将逐渐实现。

尽管还有各种问题，但我们始终相信，扩展现实世界的大门已经对人类开启，无论是谁都无法阻挡。

/更多精彩，敬请期待/

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| 参考资料：

华强电子网《虚拟之路：从VR到全息虚拟》

CINNO《虚拟/增强现实技术对新型显示产业创新发展的影响及路径研究》

孟海华《Gartner2019 新兴技术成熟度曲线揭示五大趋势》