虚拟现实终端检测白皮书（2019年）

2016年以来，虚拟现实技术正与制造、教育、文化、军事、医疗等多行业进行着深度技术融合，不断改造着行业应用模式。随着虚拟现实产品全景感知和沉浸体验的不断完善，虚拟现实各行业用户对虚拟现实产品的指标要求也不断提高，因此需加快虚拟现实相关设备的检测工作，发挥其在衡量和引导产业高质量发展方面的标尺和标杆作用，使其担当起促进虚拟现实产业高质量发展的重任。

虚拟现实终端检测产业发展现状

虚拟现实终端检测的内涵

1.基本概念。虚拟现实是融合三维显示技术、计算机图形学、三维建模技术、传感测量技术和人机交互技术等多种前沿技术的综合技术。虚拟现实以临境、交互性、想象为特征，创造了一个虚拟的三维交互场景，用户借助特殊的输入输出设备，可以体验虚拟世界并与虚拟世界进行自然的交互。广义的虚拟现实技术包括虚拟现实技术（VR）、增强现实技术（AR）、混合现实（MR）技术。其中，增强现实技术是以虚实结合、实时交互、三维注册为特征，将计算机生成的虚拟物体或其它信息叠加到真实世界中，从而实现对现实的“增强”。混合现实技术是指将虚拟世界和真实世界合成创造一个新的三维世界，物理实体和数字对象并存实时相互作用的技术。本白皮书中在不刻意区分的情况下，用“虚拟现实”指代包含VR、AR、MR在内的全部内容。随着技术和产业生态的持续发展，虚拟现实的概念不断演进。业界对虚拟现实的研讨不再拘泥于特定终端形态，而是强调关键技术、产业生态与应用落地的融合创新。

虚拟现实终端检测是应虚拟现实技术而产生的。广义上的虚拟现实终端检测是指对虚拟现实相关的设备、技术及数字内容等方面进行检测和评估，检测方式可包含硬件测试、软件测评、调查评估等多种方式。狭义上的虚拟现实终端检测是指对 VR/AR 显示设备和 VR/AR 交互设备（跟踪定位设备，姿态捕捉设备，力触觉交互设备，嗅觉、运动觉与人人交互装置等）两大类产品的关键指标参数的检测，其中以VR/AR 显示设备的检测最为常见。

2.虚拟现实检测的意义。虚拟现实检测技术对于虚拟现实产业的整体发展具有至关重要的作用。随着虚拟现实行业的快速发展，急需一套标准化的技术规范与测量手段来对这些大量的产品进行描述与约束。首先，精确、快速的检测技术是确保虚拟环境真实性和强烈沉浸感的基石。其次，虚拟现实检测技术的发展有利于不同企业虚拟现实设备规范化，促进形成虚拟现实行业规范。最后，虚拟现实检测技术可以引领技术创新，促进虚拟现实行业的进一步发展。

国内发展状况

我国虚拟现实产业正处于初级发展阶段，专业的虚拟现实检测机构较少。现阶段，以高校实验室（如北航、北京理工、北京大学、北京师范大学等）和企业（如歌尔、小鸟看看、 HTC 等）内部检测为主。下面，简要介绍国内的重点虚拟现实检测机构和检测企业。

1.（南昌）北京理工大学虚拟现实标准检测与评测中心。2016 年 10 月北京理工大学作为国家重要的虚拟现实研究机构，与南昌市政府通力合作成立（南昌）北京理工大学虚拟现实标准检测与评测中心，该中心隶属于北京理工大学北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心，对虚拟现实行业的基础研究工作与产业发展工作进行探索与支持。

作为南昌虚拟现实产业基地重要支撑，同时也是基地内唯一的虚拟现实行业标准规范机构，中心代表南昌虚拟现实产业基地参与《信息技术：虚拟现实头戴式显示设备通用规范》等首批虚拟现实国家标准的制定工作，自主研发一系列虚拟现实检测设备。

2.南昌虚拟现实检测技术有限公司。南昌虚拟现实检测技术有限公司以南昌市红谷滩新区管理委员会与北京理工大学于共同签订虚拟现实产学研平台合作共建协议为契机，于2017年1月成立，服务于虚拟现实产学研平台建设，即中国南昌虚拟现实产业基地标准平台。

经过江西省市场监督管理局专家评审组的现场评审，南昌虚拟现实检测技术有限公司于2019 年6 月25 日获得CMA检验检测机构资质认定证书，成为全国首个获得虚拟现实行业资质认定证书的检测机构。CMA认定标志着公司可正式开展业务，拥有向社会出具具有证明作用的第三方公正数据和结果的资质，具备了虚拟现实产品、技术等行业的检验檢测资质，拥有虚拟现实领域检测能力，为虚拟现实行业及技术发展奠定了重要基础。

国外发展状况

目前，国外专门针对虚拟现实产品进行检验检测、提供认证的公司或机构尚未见公开报导。通常情况下，国外虚拟现实设备检测采用美国联邦通信委员会（FCC）认证;此外，也有部分虚拟现实技术企业研发了相应的检测仪器。

1.FCC检测认证。FCC通过控制无线电广播、电视、电信、卫星和电缆来协调国内和国际的通信，确保与生命财产有关的无线电和电线通信产品的安全性，同时负责无线电应用产品、通信产品和数字产品等设备认可方面的事务。采用无线频谱资源进行通信的虚拟现实产品在美国的发行与流通必须经过 FCC 认证，通过产品传导、辐射等性能的测试。

2.芬兰 OptoFidelity（欧拓飞） 公司。2017年2月，美国美国保险商实验室（UL）集团麾下的工业标准基准测试软件开发商Futuremark（评测先锋）与全球认可的机器人辅助测试和质量控制先驱欧拓飞公司共同发布了其协作开发的综合性 VR 延迟测试平台。该平台包含VRMark 和欧拓飞的 VR“万用表” 头戴显示设备解决方案， 可以测试出关键的 VR 性能参数，比如运动延迟、 像素留存和掉帧等。该平台最核心的测试方案，便是可以在 3D 渲染的环境中测量运动延迟，对每一帧进行分析以发现导致延迟的原因，展示3D引擎、VR应用程序接口和图形处理器（GPU）所消耗的时间。此外，该解决方案还提供了两种硬件设计，一种是完整头戴式显示器（HMD） 测试，另一种是移动设备 VR 测试。通过添加模组，该平台也可以测试增强现实方案。该平台硬件功能包括高精度构架，可以实现精确动作控制和高度的测试可重复性，并可以通过测试序列进行完全自动化的整合测试。

同时，欧拓飞还研发了 OptoFidelity HMD IQ 测试系统。该系统适用于基于菲涅尔透镜、光波导及曲面反射镜的近眼显示器（NED）。其中，HMD IQ 的关键部分为HMD Eye的成像装置， HMD Eye 由校准相机和专用镜头组合。通过HMD IQ 测试系统，可检测近眼显示器的眼動范围、瞳孔间距、视场角（FOV，高达120度）、几何失真、色差、调制传递函数（MTF）、 棋盘格对比度、色度差异和相对亮度等重要虚拟现实设备参数指标。

3.日本 Konica Minolta（柯尼卡美能达）公司。2018年2月，柯尼卡美能达旗下的照明和显示设备视觉测试与检测系统的领先提供商Radiant Vision Systems宣布发布一款ProMetric 成像亮度计和色度计使用的全新 AR/VR 镜头。该 AR/VR 镜头采用紧凑的硬件和模拟人眼大小及其在头戴式设备内位置的光圈设计，并配备宽视场光学元件，使所连接的成像系统能够采集显示器多达120度的水平视场，涵盖人类目视觉的平均范围以及大多数AR/虚拟现实设备的视场。配合ProMetric成像亮度计和色度计，可用于测量虚拟现实、混合现实和增强现实头戴式设备内NED的视觉质量。此测量方案是一款紧凑的相机/镜头总承包解决方案，最大限度地减少了设置和集成时间、设备和专业知识方面的需求。

虚拟现实终端检测的关键指标

虚拟现实设备清晰度性能关键指标

1.虚拟现实头戴式显示设备的有效像素比（Effective pixelratio）是指能够被人眼看到的像素数量与显示元件整体像素数量的比值。

在整体像素数量（即显示分辨率）固定的情况下， 有效像素比决定了人眼实际看到的像素数量，直接影响设备清晰度。一般要求设备有效像素比大于 65%。

2.显示分辨率（Display resolution）是指虚拟现实头戴式显示设备单个显示元件输出图像的分辨率。

显示分辨率是虚拟现实设备显示屏的关键性能指标，直接影响虚拟现实设备显示颗粒感强弱，是决定设备清晰度的重要因素之一。一般，显示分辨率应大于 1200 像素×1080 像素。目前市场上，爱奇艺VR iQIYI-A2 和Pico G2 4K均采用3840像素×2160像素的4K超高清显示屏。

3.角分辨率（Pixels per degree）是指在用户视野中，沿某一方向，每个单位角度内能够看到的显示设备所输出像素的数量。

PPD 直接影响用户在使用虚拟现实设备时所感受到的清晰度。人眼正常视力下的分辨能力是 60PPD，即头戴式显示设备产品的角分辨率越接近 60PPD，产品的成像清晰度就越接近人眼的分辨极限，人眼看图像就觉得越清晰。

虚拟现实设备沉浸感性能

关键指标

1.视场角（Field of view）是指虚拟现实头戴式显示设备所形成的图像中，人眼可观察到图像的边缘与观察点（人眼瞳孔中心）连线的夹角。

视场角决定了人眼能观看的场景范围。目前，市场上HTC Vive Pro、 华为 VR2、爱奇艺 VR、 PICO、小米 VR、 大朋 P1 PRO 等虚拟现实设备视场角在 100°—120°。通常，视场角越大，体验越好。一般视场角需要达到110°，能达到较好的体验效果。但是，实际设计应用需要折中考虑设备视场角大小与设备体积、视觉畸变程度以及设备成本等实际因素。

2.屏幕刷新率（Screen refresh rate）是指屏幕上每秒内图像更新的次数。这一指标与 VR 延迟有直接的关系，即直接影响用户体验。 VR 延迟是指从人的头部移动开始一直到头戴式显示设备的光学信号映射到人眼上面全部的等待时间。当延迟较大，会引起设备用户晕眩等不适。

刷新率的高低对保护眼睛很重要，当刷新率低于60Hz的时候，屏幕显示会有明显的抖动，一般要到 72Hz 以上才能较好的保护眼睛。目前，HTC Vive Pro、三星炫龙头戴式显示设备均采用 90Hz 的刷新率。

3.跟踪模式（Tracking mode）是指虚拟现实头戴式显示设备能够被跟踪的自由度多少，可以分为无跟踪、三自由度（3DoF） 跟踪、六自由度（6DoF）跟踪三种模式。 自由度是设备在自由空间移动的不同基本方式。

虚拟现实设备自由度越高，用户的沉浸式体验效果越好。3DoF VR产品，只能感知到头部的转动，而对用户在空间中的位移无能为力，进而导致无法用自然的身体动作来变换视角或进行交互; 而对于6DoF的虚拟现实设备， 用户可以在虚拟现实世界内不受拘束地自由移动，从站起、蹲下、前后移动任意角度观察物体，甚至在 VR 空间内行走。 对于支持跟踪的头戴式显示设备，至少支持3DoF，推荐支持6DoF。目前，市场大朋 P1 PRO等大部分 VR 一体机设备支持 3DoF;Pico Neo VR 一体机内建高精度头部 6DoF 空间定位功能，商用版Pico Neo还支持6DoF手柄双手位置追踪， Oculus Quest支持 6DoF 的头部和手部跟踪。

4.动显延迟（Motion-to-photo latency）是指从用户运动开始，一直到对应的图像变化并通过头戴式显示设备映射到人眼上面全部的时间。

一般要求动显时延低于20ms。 降低动显时延， 一方面需要提高显示器的屏幕刷新率至 75Hz 以上，另一方面需要升GPU的渲染性能。目前， 为降低 GPU 负载，瑞典Tobii 公司是与美国英伟达合作开发用于VR头戴式显示设备的 Tobii眼动追踪硬件可实现 VR 图形渲染降低 57%的 GPU 负载;美国 Oculus公司开发减少 VR 头戴式显示设备动显延迟的专用组件， 取代部分 GPU 功能，实现改良头戴式显示设备用户体验。

5.传输速度（Transmission speed）是指为满足虚拟现实画质及画面流畅度等观看要求的虚拟现实数据网络传输速率性能。

虚拟现实传输速度是影响虚拟现实高清晰度视频播放流畅程度的重要因素，与视频卡顿、延迟等有密切关系。通常，虚拟现实应用的内容包含海量信息的立体虚拟环境，同时需要满足用户间、用户与虚拟环境中空间数据的实时、交互传输。当下， 5G 高速无线通信技术的快速发展为打造高速、低时延的虚拟现实实际应用提供了技术支撑。为了提高用户观看体验（按照 8K 全景视频），通常要求 100—300Mbps 的传输速度。

虚拟现实设备功耗与续航时间指标

1.功耗（Power Consumption）是指虚拟现实设备在单位时间中所消耗的能源数量，常用瓦特表示，可分为工作功耗与待机功耗。

目前，市场虚拟现实头戴现实设备多采用可充电锂电池供电， 虚拟现实手柄一般采用 5 号或者 7 号电池。随着虚拟现实技术和设备的不断升级进步，为轻量化设计、提高用户使用舒适度，低功耗虚拟现实产品的需求也越来越迫切。功耗应由产品说明书规定，与产品说明书标明值误差不超过15%。

2.虚拟现实设备的续航时间（Life time） 是指不充电的情况下最大观影、游戏等应用体验时间。

电影模式下续航时间应大于120min，游戏模式下续航时间应大于60min。目前，市场产品提高续航时间的方法主要有：提高GPU性能，降低设备功耗或者设计专业组件代替高功耗的GPU;增大电池容量或者设备支持边用边充电模式。

虚拟现实设备其他性能参数指标

1.光学/显示/成像指标。

（1）虚拟现实头戴式显示设备的瞳距范围（Inter-pupillarydistance range） 是指两个光学系统（分别给双目使用）的光轴之间距离的可调节范围。虚拟现实头戴式显示设备设备光学系统的双目入射光瞳中心距离 PD 是可调节的，其最大及最小可调节距离即为瞳距范围。如果设备瞳距可调，最大瞳距应不超过 75mm，并且最小瞳距大于等于 50mm;如果设备瞳距不可调，瞳距值应在 50mm—75mm之间。

（2）出瞳距离（Exit pupil distance）为出瞳平面与光轴交点到虚拟现实头戴式显示设备的光学目镜镜片外表面（靠近人眼一侧）的距离。通常情况下，虚拟现实设备的出瞳距离应不小于10mm。

（3）出瞳直径（Exit pupil diameter）为出瞳平面内能够看全整个图像的人眼可移动范围的内切直径。 若产品说明书没有标示出瞳距离，在出瞳距离为 10mm 的位置上出瞳直径应不小于 4mm;如果标示出瞳距离，在标示出瞳距离的位置上出瞳直径应不小于 4mm。

（4）畸变（Image distortion）是指成像过程中所产生的图像像元的几何位置相对于参照系统发生的挤压、伸展、偏移和扭曲等，使图像的几何位置、尺寸、形状、方位等发生的改变。通过软件算法对视频图像校正畸变之后，在0.3倍全视场角下，畸变应不大于5%。

（5）色散（Chromatic aberration）是指通过虚拟现实头戴式显示设备光学系统观察图像像元产生的图像时，产生的不同颜色分离及色彩失真的程度。在0.3倍全视场角下，色散应不大于3%。

（6）视度（Diopter）是指虚像位置与出瞳平面之间距离的倒数。虚拟现实设备视度的调整方式为双目同时调节或双目分别调节，可调范围大于等于6视度。

（7）亮度对比度（Luminance contrast）是指虚拟现实头戴式显示设备显示元件中心位置在纯白图像和纯黑图像下的亮度的比值。当前虚拟现实设备采用液晶显示屏（LCD）或者有机发光二极管（OLED）显示屏，采用 LCD 的设备亮度对比度应大于等于 300：1， 采用 OLED 的设备亮度对比度应大于等于 1000∶1。

（8）虚像距离（Virtual image distance）是指虚拟现实头戴式显示设备所成虚像平面到出瞳（人眼瞳孔）的距离。一般虚像距离大于等于0.3m。

2.定位追踪指标。

（1）移动跟踪范围（Tracking area）是指虚拟现实头戴式显示设备在移动位置时，能够跟踪的区域，通常以跟踪区域面积来描述。一般，虚拟现实设备跟踪范围小于3m×3m为桌面尺度跟踪，大于等于3m×3m跟踪范围的为房间尺度跟踪。具体设备要求因产品而异。

（2）角度漂移（Drift）是指虚拟现实头戴式显示设备经过随机旋转回到原位后，跟踪系统所测得的姿态与初始姿态之间的差值。 通常要求角度漂移量不超过18°。

（3）角度采样频率（Angular sampling frequency）是指角度传感设备的采样频率。通常要求角度传感设备的角度采样频率大于等于60Hz。

（4）位置采样频率（Position sampling frequency）指位置跟踪系统的采样频率。通常要求位置跟踪系统的角度采样频率大于等于60Hz。

（5）转动跟踪误差（Rotation tracking error）是指虚拟现实头戴式显示设备在发生旋转时，跟踪系统所测得的姿态与实际姿态的平均偏差。通常，虚拟现实头戴式显示设备角度跟踪误差应保证每转动 10°，误差不超过2°。

（6）移动跟踪误差（Translation tracking error）是指虚拟现实头戴式显示设备发生位移时，跟踪系统所测得的位移与实际位移的平均偏差。一般虚拟现实头戴式显示设备移动跟踪误差每移动100mm 误差应不超过5mm。

虚拟现实终端检测未来展望

（一）虚拟现实检测行业市场需求潜力巨大。国内外虚拟现实产业市场具有良好前景。国外多家大型市场研究机构预计，2020 年全球虚拟现实产业规模将达到150亿元到300 亿美元之间。相比较之下，国内外虚拟现实检测行业正处在发展之初的萌芽阶段，多以高校实验研究或者企业内部测试为主。当前， 虚拟现实终端检测相关测试指标单一化，不具有体系性，这一现象造成使用过程中出现测试术语交流困难、测试数据难以溯源等问题。随着虚拟现实产业的发展，未来虚拟现实检测行业市场需要潜力巨大。

（二）虚拟现实检测设备与测试指标逐渐标准化。未来的虚拟现实检测需以虚拟现实技术为研究载体，研究各种虚拟现实呈现硬件、软件内容评测的物理参量、测试规范、流程及方法，确定与观察者视觉感知和视觉健康相关的核心物理參数指标体系，探索观看环境的光谱、亮度、照度、光分布、色度以及软件刷新速率、延时、内容暴力程度对于用户的影响，建立虚拟现实标准制定过程中需要具备的检测项目和检测能力，指导形成测试规范和建立仿真人眼的测量方法及研制仪器设备。

（三）虚拟现实检测产业逐渐向检测内容和方法体系发展。目前，虚拟现实检测主要集中于虚拟现实显示和虚拟现实交互设备的终端硬件的关键性能参数指标检测。未来，随着终端设备和技术的日益成熟完善，虚拟现实检测产业逐渐朝着从视觉、生理、心理健康出发，形成虚拟现实检测内容和方法体系。通过建立、健全完整的标准体系向虚拟现实消费者传播虚拟现实产品概念，促进信息产品消费，并排除市场上概念混淆和低质量的产品，保证行业的健康发展。