元宇宙技术研究：VR/AR技术图谱

01、VR/AR技术概念

VR(虚拟现实)技术是以处理器、陀螺仪、显示媒介、传感控制等为主要硬件、以计算机图形图像为主要软件构建的综合性终端，VR技术在视觉、听觉方面生成高度拟真的数字化环境，允许用户通过VR设备与数字化环境互动，从感官上为用户带来“亲临数字世界”的沉浸式体验。AR(增强现实)与VR的不同之处在于，VR将用户的感官全然置于一种计算机生成的全数字化环境中，而AR并未完全屏蔽人对现实世界的感知，是在VR的基础上叠加环境感知、高精度定位、光学成像等技术构建的终端，实现虚拟信息与真实环境在同一时空画面下动态实时共存，为用户带来“身在现实又超越现实”的新体验。

当前，元宇宙概念持续发酵，大量科技企业、投资机构、智库机构等从多种视角对元宇宙展开远景畅想与研讨。虽然元宇宙的终极定义尚未定音，但从各方口中的“下一代互联网”、“Web3.0的重要演进”、“全真互联网”等看出，人们对元宇宙最迫切的期待便是对已发展十余年的移动互联网来一次“改头换面”式的升级。因此，将2D升级为3D、将虚拟融合进现实的VR/AR设备被人们寄予厚望，期待其能成为元宇宙最重要、最普及的终端，正如智能手机之于当今的移动互联网。

02、VR/AR技术图谱

(中关村产业研究院整理绘制)

VR/AR设备由显示、交互、图形3个主要技术构成，按技术重要性从高向低看，显示为核心技术影响最重要的视觉效果，因此其重要性最高，交互为关键技术影响用户操作逻辑，其重要性次之，图形为重要技术影响虚拟画面呈现，其重要性稍靠后。从元宇宙发展趋势来看，未来VR/AR技术将与高端芯片、人工智能、云计算、网络通信等技术融合，塑造性能更强、功能更丰富的VR/AR设备。

显示技术是VR/AR设备中显示图像画面的硬件，由于VR/AR设备存在近眼显示特性，因此对显示硬件的PPI(像素密度)、分辨率、刷新率、反应速度、体积等性能指标要求非常高。目前主流的VR/AR设备采用Fast-LCD屏幕，从显示性能看，该屏幕色域广、反应速度快，从生产角度看，该屏幕生产成本低，量产供应稳定，但仍然存在分辨率不足、体积较大、像素密度不足、功耗较高的缺点，难以满足超高的观感体验。未来来看，Micro-LED屏幕将会是VR/AR设备的最优选择，其优势在于超高的显示性能，尤其在PPI、分辨率、反应速度、体积、功耗等性能指标上实现跨越式优化，但目前Micro-LED还处于研发阶段，成本耗费高、生产工艺复杂，还需一定时间发展以实现量产。

由于AR是在现实画面的基础上叠加虚拟图像，所以AR除屏幕外还要额外配置成像元件，目前AR设备主流的成像元件采用棱镜式、自由曲面反射式和全面光栅衍射式3类，但都存在视场角与元件体积矛盾(获取大视场角同时元件体积、重量相应增大)的弊端，而光波导式在解决该问题上具有优势，可目前其设计门槛较高，难以商用，未来随着技术演进将会成为AR主流成像元件。

交互技术是VR/AR设备捕捉用户意图及行为、反馈拟真感官体验，以此进行人机交互的技术。能否降低交互手段的存在感、贴近人体自然感官体验是交互技术的重要衡量。目前来看，手势交互是VR/AR设备的主要交互手段，并且以控制器等外设感知手势为主，也有部分设备升级为计算机视觉识别手势，但识别效果欠佳;全视角的画面显示为VR/AR设备提供视觉反馈，也有部分设备补充了全真声场技术提供听觉反馈，但在嘈杂环境下效果欠佳。总体来看，交互技术的成熟度仍有不足，离自然、便捷、拟真交互体验的目标还有很长一段距离。未来需进一步升级、丰富交互技术，一是拓展更高级的用户意图及行为捕捉技术，如使用脑机接口来捕捉用户意识进行交互，二是拓展全方位的感官反馈，如触感反馈等。

图形技术是计算机中处理、构建、优化图形图像的技术，图形图像的精细度、拟真度、噪声干扰、时延等是评价该类技术优劣的关键指标。3D建模技术，用于构建出虚拟环境、虚拟建筑、虚拟人物等，目前主流的3D建模技术有unity、UNREAL(虚幻引擎)、Autodesk、Blender等，其中unity和UNREAL以高精细、高拟真占据主导地位。渲染技术，实现3D建模的空间、人物、建筑等向2D屏幕投射显示，目前VR/AR更多依赖传统游戏、电影制作使用的渲染技术，属于“静态渲染”，是在既定的环境和素材的基础上进行渲染，但元宇宙需求内容自由制作、全方位感知交互，而当前的渲染技术难以满足元宇宙对渲染速度、渲染时延的要求，未来渲染技术将与云计算、人工智能等技术结合，向“云渲染”、“注视点渲染”、“人工智能+渲染”方向发展。定位技术，用于获取真实物理空间位置点以及捕捉用户动作、姿态等定位信息，辅助形成虚拟环境、人物等图像，目前VR/AR有两种定位技术路线，一种是Outside-in(特点在于使用外部基站辅助进行空间定位，适用于室内场景)，另一种是Inside-out(特点是基于VR/AR自身摄像头与算法，实时计算空间位置，室内室外都适用)，从需求看，Inside-out技术路线更适用于元宇宙场景。

综合来看，VR/AR技术尚有较大的上升空间，整体技术成熟度还难以满足元宇宙的应用需求。预计当VR/AR核心的显示技术Micro-LED屏幕实现低成本可量产，中间的交互技术实现成熟的意识交互、触感反馈等全方位感知交互之时，VR/AR产品或将率先在互联网B端掀起终端设备变革之潮，并逐步在C端扩大普及率与使用强度。虽然距离实现这种设想可能仍有十数年之久，但建议资本界、企业界、产业界对VR/AR技术保有足够耐心，走长期主义路线，实现VR/AR产品在全球“抢跑”与“领跑”的目标，为抢占元宇宙高地打下稳固基础。