淺談虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展和專利布局

黃藝　鄧南沙

摘要：本文對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行解讀，通過(guò)全球?qū)＠暾?qǐng)數(shù)據(jù)，梳理了虛擬現(xiàn)實(shí)呈現(xiàn)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)、申請(qǐng)人的構(gòu)成、研究領(lǐng)域的分布，并對(duì)目前主流企業(yè)重點(diǎn)專利進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí);Virtual Reality;VR;專利

一、解讀虛擬現(xiàn)實(shí)及發(fā)展

VR（Virtual Reality）是綜合利用計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)和各種現(xiàn)實(shí)及控制等接口設(shè)備，在計(jì)算機(jī)上生成的、可交互的三維環(huán)境中提供沉浸感覺(jué)的技術(shù)，也叫做虛擬現(xiàn)實(shí)。VR技術(shù)能夠?qū)⒂脩舻母兄獛胗伤鼊?chuàng)建的虛擬世界，并讓用戶以為眼前的一切都是真實(shí)的。我們借助了VR技術(shù)即使是在家里也可以身臨其境的感受到云霄飛車(chē)的震撼和快感。

而VR眼鏡則是虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴顯示器設(shè)備。它是仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)人機(jī)接口技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種技術(shù)集合的產(chǎn)品。頭戴顯示器設(shè)備又可以區(qū)分為：搭配使用智慧型手機(jī)的頭戴顯示器設(shè)備以及內(nèi)建3D顯示系統(tǒng)的頭戴顯示器設(shè)備：

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

谷歌Cardboard是VR產(chǎn)業(yè)最早的原型機(jī)，僅靠一塊紙板以及一組透鏡再搭配幾個(gè)零件就能組裝完成。通過(guò)插入手機(jī)來(lái)體驗(yàn)VR應(yīng)用，體驗(yàn)效果相當(dāng)有限。三星與Oculus合力打造的動(dòng)端VR頭顯Gear VR相比Cardboard明顯高了一個(gè)檔次，其也成為了很多用戶的首選VR體驗(yàn)產(chǎn)品。

2. 內(nèi)建3D顯示系統(tǒng)的設(shè)備代表是：Oculus Rift與PlayStation VR。

2012年成立的美國(guó)創(chuàng)業(yè)公司Oculus憑借此產(chǎn)品，在2014年7月被Facebook以20億美元全資收購(gòu)。幫住他們創(chuàng)造財(cái)富神話的是Oculus Rift這款產(chǎn)品，內(nèi)設(shè)兩塊OLED顯示屏，延遲顯示防止抖動(dòng)，可支持微軟的XboxOne助其廣泛推廣，被譽(yù)為近年來(lái)最火熱的VR設(shè)備。

索尼PlayStation VR能夠依托于PS4運(yùn)行在PSVR推出前，已經(jīng)擁有了3600萬(wàn)PS4用戶，為產(chǎn)品的成功奠定了的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)PlayStation VR也與可支持微軟xboxOne的Oculus Rift形成了競(jìng)爭(zhēng)之勢(shì)。

此外，除了上述兩種分類產(chǎn)品，還出現(xiàn)了二者之間的獨(dú)立頭顯設(shè)備：VR一體機(jī)（如微軟的HolLens）。更有各種體感外設(shè)廠商如Leap Motion的體感控制器、Virtuix Omni的VR跑步機(jī)、Manus VR的數(shù)據(jù)手套也在不斷優(yōu)化各自的產(chǎn)品，VR體驗(yàn)正在一步一步變得更加多樣和真實(shí)。

二、VR技術(shù)的專利布局

其實(shí)早在上世紀(jì)90年代，VR專利技術(shù)就已起步，在隨后的幾年里，發(fā)展較為緩慢，到2011年后專利申請(qǐng)數(shù)量開(kāi)始激增，各大VR企業(yè)紛紛就該項(xiàng)技術(shù)申請(qǐng)專利并進(jìn)行專利布局。2015年與VR技術(shù)相關(guān)的專利申請(qǐng)已達(dá)井噴，因而有人稱2015年為VR元年。近年來(lái)VR的熱度依然不減仿佛世界已經(jīng)進(jìn)入VR時(shí)代。針對(duì)VR技術(shù)專利保有量進(jìn)行專利分析，近年來(lái)各國(guó)對(duì)VR技術(shù)研究的步伐明顯加快。

從VR領(lǐng)域?qū)＠Ｓ辛颗琶?0的公司來(lái)看，VR技術(shù)主要集中在美國(guó)、韓國(guó)和日本專利權(quán)利人手中，如微軟、三星、索尼、AT&T、IBM，很明顯美日韓已主導(dǎo)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)與布局。

VR技術(shù)所屬研究領(lǐng)域的分布主要集中于運(yùn)算科技、視聽(tīng)科技、光學(xué)、控制、識(shí)別、游戲、3D等。目前VR的專利布局主要是以游戲娛樂(lè)裝置為主、視聽(tīng)系統(tǒng)以顯示系統(tǒng)為主、資料處理以控制系統(tǒng)為主，然而醫(yī)療科技、運(yùn)輸、機(jī)械、環(huán)境科技等特定領(lǐng)域，目前布局比重仍低，但未來(lái)發(fā)展的潛力也不容小覷。

三、VR專利哪家強(qiáng)

1.蘋(píng)果

蘋(píng)果攪局VR領(lǐng)域完全是意料之中的事，只是動(dòng)作稍微慢了一點(diǎn)而已，一向不輕易投資的蘋(píng)果公司近年來(lái)花了大價(jià)錢(qián)買(mǎi)下：為微軟開(kāi)發(fā)過(guò)Xbox Kinect的PrimeSense、為宜家和法拉利開(kāi)發(fā)過(guò)AR APP的Metaio等。從蘋(píng)果最新VR產(chǎn)品的專利US9429759B2來(lái)看，這似乎有點(diǎn)向新發(fā)布Gear VR的老對(duì)手三星宣戰(zhàn)的意味，對(duì)于蘋(píng)果未來(lái)VR的產(chǎn)品還是蠻期待的。

就拿蘋(píng)果發(fā)布的iPhone Plus系列來(lái)說(shuō)，其雙攝像頭功能采用雙1200萬(wàn)像素主攝像頭，分別為廣角和長(zhǎng)焦鏡頭，支持2倍光學(xué)變焦及10倍數(shù)碼變焦，這也預(yù)示著蘋(píng)果走向虛擬現(xiàn)實(shí)的重要信號(hào)。只要各方面成熟，蘋(píng)果的雙攝像頭系統(tǒng)隨時(shí)可以配合VR技術(shù)變成一臺(tái)強(qiáng)大的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，而這也只是時(shí)間問(wèn)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(duì)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(dāng)調(diào)節(jié)鏡片和顯示器之間的距離時(shí)防止振動(dòng)或傾斜的構(gòu)造;以及防止當(dāng)移動(dòng)顯示器時(shí)顯示器的振動(dòng)或傾斜，從而為用戶提供舒適或穩(wěn)定的圖像。

3.Oculus Rift

Oculus公司著名的VR頭顯Oculus Rift，被引用次數(shù)最多的專利毫無(wú)疑問(wèn)就是2015年公告的USD738374S1 Virtual reality headset，其主要解決的是時(shí)間使用以至于腦負(fù)荷過(guò)大、視覺(jué)延遲所產(chǎn)生的嘔吐感。

Oculus估值最高的專利US9063330B2主要是用來(lái)解決對(duì)頭戴顯示器的預(yù)測(cè)跟蹤的洞察力。主要是通過(guò)頭戴顯示器上的傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)獲得一個(gè)或者多個(gè)三維角速度，并根據(jù)角速度測(cè)量結(jié)果設(shè)定一個(gè)預(yù)測(cè)區(qū)間。而想要預(yù)測(cè)頭戴顯示器的三維方向則要利用這些計(jì)算出來(lái)的預(yù)測(cè)區(qū)間產(chǎn)生一個(gè)與之相對(duì)應(yīng)的預(yù)測(cè)方向，并且產(chǎn)生一個(gè)和預(yù)測(cè)方向相對(duì)應(yīng)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(lián)合開(kāi)發(fā)的一款VR虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔產(chǎn)品，其控制器定位系統(tǒng)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(chuàng)公司達(dá)成了新的合作，而Replay 的“秘密武器”就是3D影像處理技術(shù)FreeD，上圖是其主打產(chǎn)品的相關(guān)專利USD761258S1。

四、VR技術(shù)的難題

當(dāng)然，VR技術(shù)還存在一些難題需要我們?nèi)スタ?。在?jì)算力上，VR要虛擬出欺騙大腦的影像，還要各種互動(dòng)，其中計(jì)算力需要超出普通的PC和手機(jī)，如更快的芯片渲染速度來(lái)克服人眼的眩暈。在存儲(chǔ)和傳輸上，還需要依靠數(shù)據(jù)傳輸線來(lái)實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在還沒(méi)有無(wú)限傳輸協(xié)議能滿足VR超高清和低延遲的要求。在知覺(jué)捕捉上，更真實(shí)的體感操作需要有空間定位、體感控制、手勢(shì)識(shí)別、眼球追蹤、語(yǔ)音操控、動(dòng)作捕捉等才算是真正的VR。在實(shí)時(shí)三維建模上，目前的圖像識(shí)別、精確定位技術(shù)不成熟，復(fù)雜圖形、動(dòng)態(tài)圖像，識(shí)別的正確率和精確率均較低，實(shí)時(shí)三維建模還處在實(shí)驗(yàn)室階段。在供應(yīng)鏈上，VR的供應(yīng)鏈包括了微處理芯片、加速度感應(yīng)器、陀螺儀、激光雷達(dá)、光學(xué)攝像頭、深度攝像頭、慣性傳感器等，各方面的技術(shù)革新和兼容仍需提高。

五、總結(jié)

雖說(shuō)在現(xiàn)階段，各VR企業(yè)尚處于研發(fā)、積累階段，還沒(méi)有形成大規(guī)模專利池，各企業(yè)間尚未展開(kāi)該技術(shù)的專利大戰(zhàn)。但是，可以預(yù)見(jiàn)，隨著技術(shù)研發(fā)的深入以及成果轉(zhuǎn)化的推進(jìn)，未來(lái)VR技術(shù)可以給各研發(fā)企業(yè)帶來(lái)豐厚的利潤(rùn)，因此，在不久的將來(lái)也將迎來(lái)VR技術(shù)發(fā)展的真正春天。（第二作者對(duì)本文貢獻(xiàn)等同于第一作者）