浅谈虚拟现实技术的发展和专利布局

黄艺　邓南沙

摘要：本文对虚拟现实技术进行解读，通过全球专利申请数据，梳理了虚拟现实呈现技术的发展趋势、申请人的构成、研究领域的分布，并对目前主流企业重点专利进行分析。

关键词：虚拟现实;Virtual Reality;VR;专利

一、解读虚拟现实及发展

VR（Virtual Reality）是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，也叫做虚拟现实。VR技术能够将用户的感知带入由它创建的虚拟世界，并让用户以为眼前的一切都是真实的。我们借助了VR技术即使是在家里也可以身临其境的感受到云霄飞车的震撼和快感。

而VR眼镜则是虚拟现实头戴显示器设备。它是仿真技术、计算机图形学人机接口技术、多媒体技术、传感技术、网络技术等多种技术集合的产品。头戴显示器设备又可以区分为：搭配使用智慧型手机的头戴显示器设备以及内建3D显示系统的头戴显示器设备：

1. 搭配智能手机的代表是Gear VR与Google Cardboard。

谷歌Cardboard是VR产业最早的原型机，仅靠一块纸板以及一组透镜再搭配几个零件就能组装完成。通过插入手机来体验VR应用，体验效果相当有限。三星与Oculus合力打造的动端VR头显Gear VR相比Cardboard明显高了一个档次，其也成为了很多用户的首选VR体验产品。

2. 内建3D显示系统的设备代表是：Oculus Rift与PlayStation VR。

2012年成立的美国创业公司Oculus凭借此产品，在2014年7月被Facebook以20亿美元全资收购。帮住他们创造财富神话的是Oculus Rift这款产品，内设两块OLED显示屏，延迟显示防止抖动，可支持微软的XboxOne助其广泛推广，被誉为近年来最火热的VR设备。

索尼PlayStation VR能够依托于PS4运行在PSVR推出前，已经拥有了3600万PS4用户，为产品的成功奠定了的优势。同时PlayStation VR也与可支持微软xboxOne的Oculus Rift形成了竞争之势。

此外，除了上述两种分类产品，还出现了二者之间的独立头显设备：VR一体机（如微软的HolLens）。更有各种体感外设厂商如Leap Motion的体感控制器、Virtuix Omni的VR跑步机、Manus VR的数据手套也在不断优化各自的产品，VR体验正在一步一步变得更加多样和真实。

二、VR技术的专利布局

其实早在上世纪90年代，VR专利技术就已起步，在随后的几年里，发展较为缓慢，到2011年后专利申请数量开始激增，各大VR企业纷纷就该项技术申请专利并进行专利布局。2015年与VR技术相关的专利申请已达井喷，因而有人称2015年为VR元年。近年来VR的热度依然不减仿佛世界已经进入VR时代。针对VR技术专利保有量进行专利分析，近年来各国对VR技术研究的步伐明显加快。

从VR领域专利保有量排名前10的公司来看，VR技术主要集中在美国、韩国和日本专利权利人手中，如微软、三星、索尼、AT&T、IBM，很明显美日韩已主导虚拟现实技术的发展趋势与布局。

VR技术所属研究领域的分布主要集中于运算科技、视听科技、光学、控制、识别、游戏、3D等。目前VR的专利布局主要是以游戏娱乐装置为主、视听系统以显示系统为主、资料处理以控制系统为主，然而医疗科技、运输、机械、环境科技等特定领域，目前布局比重仍低，但未来发展的潜力也不容小觑。

三、VR专利哪家强

1.苹果

苹果搅局VR领域完全是意料之中的事，只是动作稍微慢了一点而已，一向不轻易投资的苹果公司近年来花了大价钱买下：为微软开发过Xbox Kinect的PrimeSense、为宜家和法拉利开发过AR APP的Metaio等。从苹果最新VR产品的专利US9429759B2来看，这似乎有点向新发布Gear VR的老对手三星宣战的意味，对于苹果未来VR的产品还是蛮期待的。

就拿苹果发布的iPhone Plus系列来说，其双摄像头功能采用双1200万像素主摄像头，分别为广角和长焦镜头，支持2倍光学变焦及10倍数码变焦，这也预示着苹果走向虚拟现实的重要信号。只要各方面成熟，苹果的双摄像头系统随时可以配合VR技术变成一台强大的虚拟现实设备，而这也只是时间问题。

2.三星Gear VR

三星Gear VR公告的US2016062454A1頭戴式显示装置，主要解决头戴式显示装置的显示器可以在与用户眼睛相对的位置处输出图像，并且位于用户和显示器之间的镜片可以纠正用户的视敏度;提供用于当调节镜片和显示器之间的距离时防止振动或倾斜的构造;以及防止当移动显示器时显示器的振动或倾斜，从而为用户提供舒适或稳定的图像。

3.Oculus Rift

Oculus公司著名的VR头显Oculus Rift，被引用次数最多的专利毫无疑问就是2015年公告的USD738374S1 Virtual reality headset，其主要解决的是时间使用以至于脑负荷过大、视觉延迟所产生的呕吐感。

Oculus估值最高的专利US9063330B2主要是用来解决对头戴显示器的预测跟踪的洞察力。主要是通过头戴显示器上的传感器来监测获得一个或者多个三维角速度，并根据角速度测量结果设定一个预测区间。而想要预测头戴显示器的三维方向则要利用这些计算出来的预测区间产生一个与之相对应的预测方向，并且产生一个和预测方向相对应的渲染图像，最后显示在头戴显示器上。

4.HTC Vive

HTC Vive 是由HTC与Valve联合开发的一款VR虚拟现实头盔产品，其控制器定位系统Lighthouse采用的是Valve的专利;另有消息称，HTC与一家名为Replay的以色列高科技初创公司达成了新的合作，而Replay 的“秘密武器”就是3D影像处理技术FreeD，上图是其主打产品的相关专利USD761258S1。

四、VR技术的难题

当然，VR技术还存在一些难题需要我们去攻克。在计算力上，VR要虚拟出欺骗大脑的影像，还要各种互动，其中计算力需要超出普通的PC和手机，如更快的芯片渲染速度来克服人眼的眩晕。在存储和传输上，还需要依靠数据传输线来实现，现在还没有无限传输协议能满足VR超高清和低延迟的要求。在知觉捕捉上，更真实的体感操作需要有空间定位、体感控制、手势识别、眼球追踪、语音操控、动作捕捉等才算是真正的VR。在实时三维建模上，目前的图像识别、精确定位技术不成熟，复杂图形、动态图像，识别的正确率和精确率均较低，实时三维建模还处在实验室阶段。在供应链上，VR的供应链包括了微处理芯片、加速度感应器、陀螺仪、激光雷达、光学摄像头、深度摄像头、惯性传感器等，各方面的技术革新和兼容仍需提高。

五、总结

虽说在现阶段，各VR企业尚处于研发、积累阶段，还没有形成大规模专利池，各企业间尚未展开该技术的专利大战。但是，可以预见，随着技术研发的深入以及成果转化的推进，未来VR技术可以给各研发企业带来丰厚的利润，因此，在不久的将来也将迎来VR技术发展的真正春天。（第二作者对本文贡献等同于第一作者）