虚拟现实六大关键技术趋势

继2016年产业元年与2019年5G云VR元年过后，虚拟现实产业开始进入起飞阶段。虚拟现实用户体验对融合创新的需求迅速提升，技术体系初步成型。

在全球经济形势复杂多变和新冠疫情的影响下，人类社会生活和生产方式面临新的挑战，作为新一代信息技术融合创新的典型领域，虚拟现实迎来新机遇。继2016年产业元年与2019年5G云VR元年过后，虚拟现实产业开始进入起飞阶段。虚拟现实用户体验对融合创新的需求迅速提升，技术体系初步成型;Micro—LED与衍射光波导成为近眼显示领域探索热点;云渲染、人工智能与注视点技术引领VR渲染2.0;强弱交互内容多元融合，内容制作支撑技术持续完善;自然化、情景化与智能化成为感知交互发展方向;5G与F5G双千兆网络构筑虛拟现实应用基础支撑。此外，以应用服务、终端器件、网络平台和内容生产为重点领域的产业生态粗具规模，云化虚拟现实触发产业链条融合创新，对传统业务流程的解构重组催生视频内容上云、图形渲染上云与空间计算上云新业态，“虚拟现实+”创新应用向生产生活领城加速渗透，云AR数字孪生描绘人机交互深度进化未来蓝图。

融合创新驱动虚拟现实用户体验持续进阶

虚拟现实存在单机智能与网联云控两条技术路径。当前，多数企业基于单体智能的发展轨道，聚焦近眼显示、感知交互、渲染计算与内容制作领域的研发创新、技术产业化及成本控制等相关工作，网联元素主要体现在内容上云后的流媒体服务。未来，虚拟现实发展的演进形态不是两者简单叠加，而是有机融合;在云、网、边、端、用、人等融为一体的创新体系下重构现有系统架构，触发产业跃迁，进而在这一深度融合创新的框架下，重新界定并迭代优化一批新技术、新产品、新标准、新市场与新业态。

现阶段虚拟现实技术演进轨道尚未定型，技术供需面临多重挑战，存在超长的产业链条致使创新投入力不从心，现实效果与用户预期存在落差等问题。虚拟现实技术创新的难点与焦点在于需求指标间的权衡优化。对于诸多阶梯化、多层次与分场景的细分需求，往往出现“按下葫芦浮起瓢”的研发窘境。如何求解用户需求这一多目标函数，即不以牺牲或最低限度牺牲某方面需求来满足其他，成为业界技术创新过程中所面临的共性挑战。在这一背景下，融合创新与以人为中心成为解决上述难题的参考原则。相比单机版的发展路径，基于云、网、边、端、用等多领域间的技术组合进一步释放了融合创新的潜在空间。此外，相比传统的智能终端与移动互联网业务，虚拟现实作为下一代人机交互平台，日渐强调以人的生理及心理特质为技术创新的出发点。

近眼显示：Micro—LED与衍射光波导成为当前探索热点

近眼显示受限于核心光学器件与新型显示的发展，整体发展相对迟缓。2020年随着市场需求日渐清晰，业界对近眼显示领域表现出更高的期待。

在显示领域，快速响应液晶与硅基OLED（OLEDoS）作为主流的显示技术，处于实质规模量产阶段，微型發光二极管（Micro—LED）有望迅速发展。当前快速响应液晶屏成为多数VR终端的常用选择，主要表现为以超高清、轻薄、成本为设计导向的三类技术规格。

在光学领域，作为下一代人机交互平台，虚拟现实呼唤以人为中心的光学架构，视觉质量、眼动框范围、体积重量、视角场、光学效率与量产成本间的权衡取舍、优化组合成为驱动技术创新的主要动因。

渲染计算：云渲染、人工智能与注视点技术引领VR渲染2.0

不同于影视工业中离线渲染技术对视觉保真度的极致追求，实时渲染主要用于无预定脚本的游戏等强交互应用，为保证渲染速度而在一定程度上对渲染画质做出权衡妥协。虚拟现实渲染领域的主要技术挑战在于面向传统游戏的上述权衡范式难以直接套用于虚拟现实应用，表现为相比游戏画面的主流渲染要求（如FHD分辨率所须每秒渲染六千万像素且不高于150毫秒的用户交互时延），虚拟现实渲染负载与MTP时延须提升十倍量级才可达到初级沉浸的入门体验。

此外，手机式/一体式VR与AR移动平台的渲染功耗预算尤为有限。当前，针对虚拟现实渲染所面临的“小马拉大车，既要马儿吃得少，又要跑得快”的技术挑战，业界先后发展出异步时间扭曲（ATW）、异步空间扭曲（ASW）、多视图渲染（MultiView）、多分辨率渲染、畸变补偿渲染等一系列优化算法，旨在弥合传统游戏与虚拟现实渲染间的技术断点。此外，在跨越了沉浸体验的初始门槛后，渲染质量与效率间的平衡优化成为时下驱动虚拟现实渲染技术新一轮发展的核心动因，即用户需求的持续进阶放大了渲染画质、速度、成本、带宽等多目标规划的求解难度。在智能云控与以人为本的创新架构下，云渲染、人工智能与注视点技术触发虚拟现实渲染计算2.0开启。

内容制作：交互性体验和支撑工具快速发展

从用户与内容应用间的交互程度看，虚拟现实业务可分为弱交互与强交互两类。前者通常以被动观看的全景视频点播、直播为主，后者常见于游戏、互动教育等形式，内容须根据用户输入的交互信息进行实时渲染，自由度、实时性与交互感更强。

在弱交互领域，虚拟现实视频的社交性、沉浸感与个性化特质日益凸显，强弱交互内容界线趋于模糊。由于体育赛事、综艺节目、新闻报道与教育培训等直播事件受众群体明确，商业落地相对成熟，VR直播成为丰富虚拟现实内容的利器，可较大程度上缓解目前高品质VR内容匮乏、“有车没油”的问题。

在强交互领域，VR社交成为游戏以外的略高地，虚拟化身正在拉开虚拟现实社交大幕。相比2D视频、狭窄视野及有限追踪感知能力，VR用户对虚拟化身的感知与控制构成了不再脱钩的交互闭环，即追踪采集的用户数据被实时投射于虚拟化身外观及行为表现。

在内容相关的其他支撑性技术上，WebER、OS、OpenER等重点领域稳健发展。作为电脑、手机、平板等智能终端用户交互窗口的延续，据统计，约有2/3虚拟现实头显用户使用浏览器。WebXR推动了虚拟现实内容与各类终端平台、操作系统间的解耦，提供了更加便捷的网页VR/AR应用开发环境，将成为下一代Web沉浸体验的基石。

感知交互：自然化、情景化与智能化为前行之路点亮灯塔

感知交互强调与近眼显示、渲染计算、内容制作、网络传输等关键领域间的技术协同，各大ICT巨头与虚拟现实科技型初创公司对此深度布局，积极投入。当前，追踪定位、沉浸声场、手势追踪、眼球追踪、三维重建、机器视覺、肌电传感、语音识别、气味模拟、虚拟移动、触觉反馈、脑机接口等诸多感知交互技术百花齐放，共存互补，并在各细分场景下呈现相应的比较优势。未来，理想的人机交互可让虚拟现实用户聚焦交互活动本身，而忘记交互界面（手段）的存在，界面越发“透明”，自然化、情景化与智能化成为感知交互技术发展的主航道。

沉浸声场体验“富矿”尚待挖潜，听音辨位、空间混响、通感移觉等成为发展重点。Inside—out技术全面成熟，追踪定位将呈现集视觉相机、IMU惯性器件、深度相机、事件相机等多传感融合的发展趋势。手势追踪初步成熟，“手势追踪+”将成为虚拟现实输入交互新模式。眼动迫踪成为虚拟现实终端的新标配。环境理解与3D重建将成为虚拟现实感知交互领域技术内核之一。

网络传输：5G+F5G构筑虚拟现实双千兆网络基础设施支撑

2019年5月，工信部、国资委共同印发专项行动，确定开展“双G双提”、推动固定宽带和移动宽带双迈入千兆（G比特）时代，明确提出2019年我国千兆宽带发展的目标;2020年9月，国务院常务会议确定加快新型消费基础设施建设，第五代固定网络（F5G）千兆宽带与5G网络共同构成双千兆接入网络连接，助力千兆城市建设。当前，作为影响虚拟现实业务体验的关键因素，传输网络不断地探索传输推流、编解码、最低时延路径、高带宽低时延、虚拟现实业务AI识别等新的技术路径，旨在实现无卡顿、无花屏、黑边面积小、高低清画质切换无感知等用户体验，让产业有评估业务质量的技术和方法，加速虚拟现实的规模化发展。

边缘计算赋能双G云化虚拟现实提档升级。千兆光网+云VR将成为F5G时代的典型特征与重点应用的结合。IP架构简化、全光网络、端网协同等成为虚拟现实承载网络技术的发展趋势。精细化运维技术成为云化虚拟现实业务质量的重要保障。

当前，我国VR/AR产业发展取得了积极成果，但也存在一些问题与挑战。我国应紧抓5G与人工智能机遇期，突破业界惯有展厅级、孤岛式、小众性、雷同化的发展瓶颈，聚力融合创新与规模应用，实现产业级、网联式、规模性、差异化的虚拟现实普及之路。

（来源：中国信息通信研究院、华为技术有限公司和京东方科技集团股份有限公司）