虚拟现实人机交互技术专利分析

随着计算机技术、传感与测量技术、图像处理技术以及互联网科技的迅速发展，虚拟现实技术已经从科研阶段逐步商业化进入人们的生活。为了给用户带来良好的虚拟现实体验，基于虚拟现实的人机交互也成为了一个热门的研究领域。自然和谐并且逼真的人机交互自然成为虚拟现实领域中的关注焦点。

虚拟现实技术是一种集成计算机技术、传感与测量技术、仿真技术、微电子技术于一体可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统。HCI人机交互是研究人与计算机之间通过输入输出信号相互理解的交流与通信，在最大程度上为人们完成信息管理、服务和处理等功能。作为计算机科学中的一个重要研究领域，人机交互从计算机诞生至今已发展经历了四个主要阶段：机器语言阶段，字符界面阶段，图形用户界面阶段和自然人机交互阶段。虚拟现实技术应用到人机界面中主要有以下几个方面优點：更加逼真的视觉感受、更加自然和谐的操作方式、更加安全、可靠、高效的人机交互方式和便于实现远程人机交互。

本文在中国专利文摘数据库（CNABS）和德温特世界专利索引数据库（DWPI）中，通过检索、筛选、统计和分析国内外有关虚拟现实的专利申请，梳理了虚拟现实人机交互技术专利发展，并对该领域重点申请人的专利申请以及布局进行详细阐述。

一、申请趋势分析

图1为1998-2019年全球虚拟现实专利申请随年代变化的情况。随着计算机

技术的飞速发展以及图像处理技术的不断创新，从图2可以看出，从2007年开始，全球关于虚拟现实人机交互的专利申请开始出现稳步增长的趋势，直到2010年进入快速增长期。国内专利库中关于虚拟现实人机交互的申请出现较晚，直到2008-2009年才有少量申请，从2010年就进入快速增长期。随着全球各大公司在2014-2015发布了虚拟现实产品这一高潮期之后，显示设备和三维测试能力有待提升，这是导致2018-2019年期间专利数量下滑的原因之一。

二、技术原创国分析

图3显示了虚拟现实人机交互技术原创过分布情况，从各国的专利申请量来看，美国独占鳌头，中国、日本和韩国紧随其后。目前，在国内的虚拟现实交互

领域中，国内企业、各大院校研究所的申请占了一定优势，但是相对于其他信息技术领域，还需进一步发展。

三、全球重要申请人分析

如图4所示，虚拟现实人机交互排名前列的申请人，主要集中在美国、日本以及韩国，可见虚拟现实人机交互这一新兴行业是各大企业争相占领的技术热点

领域。美国微软公司的申请量高居榜首，其近年一直大力发展虚拟现实技术，索尼公司居于亚军，谷歌公司、三星以及LG紧随其后。虚拟现实领域的后起之秀，亚马逊、Magic Leap以及Immersion也榜上有名。微软提出的基于深度相机的Kinect动作采集装置，通过机器视觉的方式获得手部运动状态信息。由光学传感器通过光线反射时间计算被检测物体的参数，使得用户不需要佩戴额外的穿戴设备，可以在三维空间中自由活动，并且提供了非接触的交互体验。谷歌眼镜同样以相机采集的图像作为用户输入的主要手段。亚马逊提出的VR购物给用户购物带来了全新的体验。2014 年Magic Leap 曾经展示过自己所研发的同名增强现实技术，体验者会看到细节丰富、大小合适的3D 怪兽和机器人出现在周围的真实世界当中。索尼公司以娱乐业务为其发展的重要支线，在2014年GDC游戏者开发大会上发布了PlayStation的VR游戏设备;通过图像采集结合手柄的输入方式获得用户操作。三星公司的Gear VR利用惯性传感器和手柄采集用户交互动作，其配合虚拟现实显示技术能让使用者在虚拟世界中进行游戏，体验身临其境地钓鱼或者射击。

四、技术发展演进路线

自从20世纪80年代初Jaron Lanier提出了虚拟现实的概念到2000年之间，虚拟现实技术处于探索和理论阶段，其主要活跃在高等院校和企业科研的试验中。在这期间，已经逐渐有部分公司开始申请专利，但在全球范围内，每年的申请量也不足50件，依然处于起步期间，主要出现了依托数据手套以及惯性测量单元获取用户肢体动作，将用户肢体信息传递给处理单元，从而实现人机交互。2001-2010这十年间，虚拟现实技术逐步发展，随着计算机设备计算能力的提高，涌现出了更多的基于虚拟现实技术的应用以及逐步出现了新的人机交互方式。例如，微软公司提出了利用深度相机采集图片，获取用户肢体动作信息，使得用户彻底摆脱了手持设备的束缚可以在三维空间自由活动。2011-至今，虚拟现实技术快速发展并且处于市场启动期，各大公司逐渐发布虚拟现实产品，开拓消费市场，以Kinect、Leap Motion、HTC VIVE等产品为代表。预计在接下来十年，虚拟现实产品集成度越来越高、产品便捷性、公众接受度越来越高，具有成熟的技术支撑以及盈利模式，行业竞争加剧。

本文结合国内外专利申请的状况对基于虚拟现实的人机交互的发展历程进行了回顾，可以看出人机交互手段从依托繁重的数据采集设备到无需可穿戴设备进行了质的飞跃。到2010年，基于虚拟现实的人机交互进入了快速发展阶段，更多企业加入到了该领域的竞争中，国内的相关技术也开始追赶世界水平，但是由于我国的虚拟现实起步较晚，还具有更大的发展空间。

作者简介：

王婧（1988-），女，籍贯：四川内江，职称和学历：研究实习员，硕士研究生，研究方向或专业：人机交互系统专利审查。