人机交互新模式，VR/AR/MR产业开始形成

郝英好

人机交互新模式，VR/AR/MR产业开始形成

郝英好

（中国电子科技集团公司电子科学研究院，北京 100041）

VR/AR/MR（虚拟现实、增强现实、混合现实）作为一种新型的感知技术，随着技术不断成熟，应用越来越广泛，已经开始形成产业化趋势。本文介绍了VR/AR/MR技术及其区别，并分析了这种技术的应用潜力，发展情况，相关公司与产品，产业规模，发展中存在的问题和对经济、社会的影响。

虚拟现实；增强现实；混合现实；沉浸感

0　引言

在IEEE（美国电气和电子工程师协会）发布的2016年九大技术趋势中，认为2016年将是虚拟现实与增强现实质变的临界点。2016年4月，淘宝宣布将在4个月后推出“败家Buy+”虚拟购物应用程序，借助VR/AR/MR技术，买家戴上虚拟现实眼镜就可以在家里体验商场购物的感觉。今年夏天，NASA（美国国家航空航天局）将举办一场名为《目的地：火星》的混合现实展览。在经过多年的技术储备和市场酝酿后，虚拟现实、增强现实与混合现实产业逐渐形成。

1　什么是虚拟现实、增强现实与混合现实技术？

虚拟现实（virtual Reality，简称VR）、增强现实（Augmented Reality，简称AR）与混合现实（Mixed Reality，简称MR）技术都属于数字感知技术，利用数字化手段捕获、再生或合成各种来自外部世界的感官输入，从而达到一种身临其境的沉浸感，英文简称VR/AR/MR。它们的不同在于：AR技术是采用计算机图像技术对物理世界的实体信息进行模拟、仿真，即把现实世界变成虚拟世界；VR技术则是借助计算机图形技术和可视化技术产生物理世界中不存在的虚拟对象，并将虚拟对象准确“放置”在物理世界中，即把虚拟世界变成现实世界的组成部分；而MR技术则是在虚拟世界与现实世界之间建立一种交互关系，即形成虚拟和现实互动的混合世界。

2　虚拟现实、增强现实、混合现实技术可以做些什么？

由于虚拟现实、增强现实和混合现实（以下简称VR/AR/MR）技术可以在虚拟世界和现实世界之间建立一种联系，形成一种新的人机交互模式，从而极大的扩展人类的感官体验，并重新认识这个世界。

2.1把世界看得更清晰、更透彻、更丰富

对于个人来说，对现实世界的认知其实是感官传递给大脑的电子信号，感知的增强可以扩大我们的认知世界。就像用望远镜可以看得更远，用显微镜可以看到微小生物一样，VR/AR/MR技术可以把我们原先无法感知的事物呈现出来，把听不到的声音模拟出来，把看不清的事物清晰化，创造出一个增强版的现实世界。从这个角度来说，VR/AR/MR技术通过对我们感知的增强，帮助我们把世界看得更清晰、更透彻、更丰富。

2.2把世界装进口袋里

VR/AR/MR技术可以将物理世界的物体特征进行信息重构，建立同现实世界一样真实的虚拟世界。如同电话可以将声波变成电信号，转换成声音，视频电话可以将声音、画面进行信息重构，而“真实的”虚拟世界则是对物体多维特征的信息重构，它涵盖视觉、听觉、嗅觉、触觉等多维度的感知，例如一朵郁金香，不但包括花的美丽外表，还包括花的香味，甚至包括风吹过花的声音，触摸花的触觉。如果我们把物理世界的所有信息重构，转化成虚拟空间，那么你的手机借助物联网技术，就可以装下整个世界，轻松的放进口袋里，足不出户，看遍世界。

2.3虚拟世界与现实世界融合形成混合世界

VR技术让现实世界可以转化成虚拟世界，AR技术让虚拟世界可以叠加到现实世界，MR技术又使虚拟世界和现实世界实现交互，两个世界出现一种融合趋势。未来，你可能分不清哪部分是虚拟的，哪部分是现实的，整个世界变成虚拟世界与现实世界的混合体。

3　产业发展现状

随着VR/AR/MR技术逐步成熟，某些应用得以实现，并有进一步形成产业的趋势。

3.1发展历程

虚拟现实的概念经历了从科幻到现实的转变。最早描写虚拟现实（VR）的是 1949 年美国科幻小说家斯坦利·温鲍姆（Stanley G. Weinbaum），他在《皮格马利翁的眼镜》（Pygmalion’s Spectacles）中首次提出了虚拟现实的概念，描述了一个基于头显的虚拟现实系统，并且融合了嗅觉和视觉的体验。最早的虚拟现实设备是计算机科学家伊凡·苏泽兰（Ivan Sutherland）在1968 年开发的虚拟现实头戴显示器设备：“达摩克利斯之剑”。而作为技术概念，虚拟现实是在20世纪80年代由美国VPL公司创建人Jaron Lanier提出的。他提出一种可以综合利用计算机图形系统和各种现实及控制等接口设备，在计算机上生成的、可交互的三维环境中提供沉浸感觉的技术，并将其命名为VR（Virtual Reality，即虚拟现实，简称VR）。

2012年8月，一款名为Oculus Rift的产品登陆Kickstarter进行众筹，首轮融资就达到了惊人的1600万元，一年后，Oculus Rift的首个开发者版本在其官网推出，2014年4月，Facebook花费约20亿美元收购Oculus的天价收购案，也成为了引爆虚拟现实的导火索。

3.2应用领域

根据高盛发布的VR报告，VR和AR不仅有潜力创造出新的市场，还将颠覆当前的一些市场。该技术可以应用到9大领域：视频游戏、事件直播、视频娱乐、医疗保健、房地产、零售、教育、工程和军事。目前VR/AR/MR技术主要应用在娱乐、培训与教育、医疗、导航、旅游、购物和大型复杂产品的研发中。例如，娱乐方面主要包括采用VR/AR技术的游戏、电影、演唱会等，用户戴上VR/AR/MR眼镜和耳机可以360度参与其中，如同目击者身临其境的现场感受。培训与教育方面主要包括采用VR/ AR/MR技术的教育体验课程和立体式教学课程，例如太空漫步、分子立体结构、人体解剖。医疗方面，医生可以借助VR/AR/MR技术让人体结构清晰全方位呈现，轻松完成高难度的手术。旅游、购物方面可以通过增强现实技术为用户提供更全面、周到的体验，例如，旅游者看到哪里，AR设备就会呈现出这里的历史、原貌等信息。在大型复杂产品的研发中，VR/AR/MR技术可以实现立体可视化生产，提高生产效率。

图1　VR发展历程Fig.1 VR History

图2　VR教学产品展示Fig.2 VR teaching product demonstration

3.3相关公司与产品

目前市面上能见到的VR产品主要分为三类，第一类是Google cardboard类型的设备，这类设备利用了VR成像技术的物理原理，以简单的物理手段实现VR模拟，特点就是不自带屏幕，需要插入手机等设备进行配合。代表产品是Google cardboard，复杂一些的则有暴风魔镜、三星GEAR VR等等。第二类在狭义上可以被叫做VR头盔，目前最受关注。这类设备的特点就是自带屏幕和一定的计算芯片，并且外设有较为丰富的感知系统和交互系统，更加适合沉浸式体验和游戏操作。但这类产品携带的芯片数量不多，性能不强，需要配合电脑主机等现有的处理平台才能完成视频的输出。Oculus Rift、HTC Vive、Sony PS VR等新闻上经常出现的热点VR产品都属于这一类。第三类则可以算作完整意义上的VR，即VR一体机，特点自然就是可以独立运算，不必借助外界平台。但由于技术条件限制，此类产品目前功能有限，市场占有率并不高，更多是概念产品。

参与VR/AR/MR产业的公司越来越多，包括谷歌、索尼、HTC、Facebook、微软、三星、3Glasses、百度、联想、暴风魔镜、睿悦科技、焰火工坊、乐相科技、Coolhear、亮风台、兰亭数字、乐活家庭、共进等公司。据估计，全球VR/AR领域的公司已经达到上千家。2014年4月，Facebook花费约20亿美元收购Oculus，想把虚拟现实技术应用到社交网络。2016年，三星和Facebook联合推出了一款全新的Gear VR虚拟现实头盔，用户通过Micro USB接口将智能手机连接到头盔上，观看视频时就可以实现穿越时空，身临其境。

2015年，获得谷歌注资5亿多美元的Magic Leap高调宣布正在研发增强现实的新技术；微软发布全息眼镜HoloLens。中国AR/VR/MR产业的声势也比较高涨。2015年11月，Coolhear和亮风台公司相继发布首款VR耳机和首款AR双目立体视觉眼镜。北京兰亭数字公司打造了中国首部VR电影。

3.4产业规模

根据Manatt Digital Media发布的2015年 AR/VR报告，到2020年全球AR/VR市值或达到1500亿美元，其中VR市值将达到1200亿美元，AR市值约300亿美元。根据iiMedia Research艾媒咨询公司发布的《2015年中国虚拟现实行业研究报告》，中国2015年虚拟现实行业的市场规模为15.4亿元，2016年预计为56.6亿元，2020年将达到550亿元。SuperData发布的报告显示，2016年全球VR游戏市场规模预计在51亿美元左右。而高盛的预测则更加乐观，根据其2016年发布的VR/AR报告，VR/ AR市场规模将在2025年达到1820亿美元，其中1100亿美元为硬件营收，720亿美元为软件营收。

3.5存在问题

目前，AR/VR/MR产业尚处于起步阶段，还存在应用不足，技术储备不足，数据库建设不足等方面的问题。例如，AR/VR/MR产品在使用便利性和应用普及程度上还存在问题，需要开发者在寻找技术与应用的结合点上下大力气。对于AR/VR/MR技术，普通用户期待的不是炫酷的技术体验，而是对于生活质量和学习水平实实在在的改善和提高。例如，戴上智能眼镜可以随时知道今天的天气情况、餐馆的用户评价、某个知识难点的立体讲解等。目前的增强现实技术尚处于发展阶段，我们还没有办法在生活中完全依赖增强现实的应用和设备。直到现在，除了视觉和听觉，虚拟现实技术仍然没有办法模拟其他三种感觉（嗅觉、触觉和味觉）。与百家争鸣的硬件市场不同，软件以及内容可谓是目前AR/VR/MR的短板。AR/VR/MR技术要想得到很好的应用，需要建设庞大的虚拟现实数据库和开发工具，这是单一企业力不能及的，需要国家给予一定的资金与政策支持，促进技术的发展和产业的培育。

VR/AR/MR真正能够进入消费、实用阶段，GPU 的性能是要有很大很强的计算能力的提升，才能满足我们用户的需要。同时我们也做了非常好的一些开发工具，这些开发工具当中包括了很多物理模拟的 SDK，其中有 PHYSX，拆分成小颗粒做很多分子运动的模拟，也可以做很多流体的模拟，可以做很多细搭的建筑物，精细到每个细小的小块，让它产生实际的效果。可以看到很多战争的场面，破碎的物体。

VR领域的专家，曾参与同美军合作的头戴显示器研发项目史蒂夫·巴克（Steve Baker）认为现有的VR设备都远未成熟。在他看来，因为一些无法突破的技术限制，也许VR永远都不会成功。例如，VR设备容易导致眩晕的问题。美军使用的造价8万美元的VR头盔比任何市售的VR产品都要强，具有更小的延迟，更高的解析度，和更准确的头部追踪，但仍然无法解决VR设备让人头晕的问题。更糟的是，有可靠的研究证实，VR设备造成的眩晕感可能在你停止使用设备8小时后依然存在。导致眩晕的原因可能与用户所感知的行动和实际所见产生的错位有关，更深层次的原因是视觉神经和前庭刺激（vestibular stimuli）之间无法达成一致。如何解决这种人脑深度知觉的问题是未来VR发展的关键。

4　对经济和社会的影响

若AR/VR/MR产业发展壮大，将对经济和社会生活产生深远影响。

4.1可视化生产，加快产品研发进度

大型产品、复杂系统的研制往往涉及成千上万的系统或者零部件，他们之间的关系单凭想象无法梳理清楚，而借助AR/VR/MR技术可以真实地呈现某个设计环节，而不用完成整个设计后才发现问题，从而导致巨大的时间成本和生产成本。同时，AR/VR/MR技术可以使培训简单化，例如戴上VR眼镜，可以显示操作指令与说明图片，让员工即使无法记住所有流程也能执行操作，还可以避免误操作。该技术可以广泛应用于航空、航天、造船等重工业领域，加快研发进度，提高生产效率。

4.2多维学习，突飞猛进，改变人类学习的极限

建立多维的记忆，多维的思考，结合人工智能和物联网的辅助，很可能引发人类学习的革命，突破人类大脑的生理极限。从口口相传到文字记录到音频影像，每次的媒介提升带来的都是人类文明的跨越式发展，VR/AR/MR技术产生的立体式、交互式学习方式也将促使人类文明的进步。VR在教学领域远不止“生动”“活泼”，它的意义在医学上更加深远。例如，屏幕中投射出正在搏动的心脏，操控者可以随时观察每个部位，并且拆分他们。这样的教学不仅节约了实验的生物成本，学生操作的精准度和理解力也会大大提升。

4.3引发娱乐产业的革命

VR/AR/MR技术将使娱乐产业发生巨大变化。娱乐本身是一种体验活动，这正是VR/AR/MR技术的特点。未来的电影是互动的电影，观众360度体验，环绕式沉浸其中，成为电影的现场目击者，甚至参与者。你能感受到拳头打过来时的风，你能闻到主人公吃的鸡翅的香味，你能感觉到汽车呼啸而过的震动。加入VR/AR/MR技术的电影比3D电影要提高几倍的感官体验。游戏也不只是电脑与手机上的游戏，还可以是在现实世界与虚拟角色互动的游戏，天空中猛然降下一个怪兽，你还可以与它对打，这种感觉绝对够爽，当然只有戴上VR/AR/MR产品的人才能感受的到。

4.4营销手段的改变，刺激需求

VR/AR/MR技术可以将原本普通的营销方案转化为全方位的视觉、听觉互动体验，并对用户提出的方案进行实时、真实地展现，让用户更好的了解自己的需求，减少交互成本，挖掘潜在需求，刺激消费增长。

4.5促进信息产业的升级

目前，互联网、手机、照相机、电视、游戏机等电子产品面临市场饱和，需要寻找新的增长点。AR/VR/MR改变下一代人机交互模式，从硬件、软件、内容到平台等全产业链对信息产业更新换代，形成新的庞大市场空间。

5　结论

AR/VR/MR技术是一种改变下一代人机交互模式的新技术，能够促进产品研发，提高学习效果，引发娱乐产业革命，改变营销手段，刺激市场需求，促进信息产业升级。中国政府应当适当出台一定的优惠政策，促进该产业的发展。

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With New Human-Machine Interaction Mode， VR/AR/MR Industry Occurs

HAO Ying-hao

（China Academy of Electronics and Information，Beijing 100041， China）

This paper discusses VR/AR/MR which is a new sensing technology. With the technology matures， its applications become more and more， and the VR/AR/MR industry has been developed. The author introduced VR/AR/MR and their differences， current situation， relatively companies， products， market scale， problems and analyzed its potential applications，economic and social influences in the future.

virtual Reality； Augmented Reality； Mixed Reality； Illusion of immersion

10.19335/j.cnki.2095-6649.2016.08.009

HAO Ying-hao. With New Human-Machine Interaction Mode， VR/AR/MR Industry Occurs［J］. The Journal of New Industrialization，2016，6（8）: 65-70.

郝英好（1982-），男，管理学硕士，工程师，主要从事科技发展与战略研究

本文引用格式：郝英好.人机交互新模式，VR/AR/MR产业开始形成［J］. 新型工业化，2016，6（8）：65-70.