中国AR/VR行业发展：5G在行业的新生态及交互技术支持与应用场景分析[图]

    经历前期资本热潮，行业逐步进入技术驱动的理性发展阶段。5G的到来将真正赋能VR/AR技术落地，结合边缘计算推动行业进入无绳化、轻量化的云VR/AR时代。未来，VR/AR将加速向多领域渗透。

    虚拟现实技术（VirtualReality，即VR）指借助近眼显示、感知交互渲染处理、网络传输和内容制作等新一代信息通技术，构建逼真的人工虚拟环节，从而使用户感受身临其境与虚实融合沉浸体验所涉及的产品和服务。简而言之，虚拟现实技术就是通过计算机创造仿真的虚拟场景，实现更深层次的人机交互。其三个基本特性为沉浸性(Immersion)、交互性（Interactivity）和想象力（Imagination），简称“3I”。

    增强现实技术（AugmentedReality,简称AR）是VR技术的重要分支，通过将虚拟画面、信息叠加到真实场景来实现“增强”现实。其特点在于虚实结合、实时交互、三维注册，要求合成到真实场景中的虚拟信息具有真实的存在感和位置感。

    两者的区别主要在于用户进行交互的对象。VR技术使用户与虚拟场景进行交互，因此技术发展主要围绕虚拟场景。而AR技术结合了现实场景与虚拟场景，使用户结合虚拟画面在现实场景中进行展示和互动，因此技术强调自动识别与分析功能。两者的区别决定了AR技术拥有更加广阔的市场潜力，但VR领域目前有更加成熟的技术支撑。

    近年来虚拟现实技术在全世界掀起了一股狂热浪潮，而实际上VR技术已有半个多世纪的历史。从概念提出、技术探索与积累到产品更新和实现产业化，VR技术大致上经历了萌芽探索、初步应用、快速发展以及行业洗牌四个阶段，逐渐从军用市场拓展到消费级市场，向更多行业领域渗透。而AR技术作为其重要分支，相比于VR技术要滞后约5~10年，目前仍处于发展初期。

    根据调查数据预测，全球虚拟现实市场规模2018年超过700亿元人民币，同比增长126%，在未来四年将持续保持高速增长态势，且有望在2022年突破4700亿人民币。其中VR占据主导地位，AR增速显著。从产业结构看，终端设备领域市场份额占据首位，内容应用市场快速增长。终端设备领域占全球虚拟现实市场比重接近50%。同时，内容价值不断凸显，是VR产业价值实现的核心环节，将驱动VR/AR行业被用户接受并进入落地阶段。

    当前行业内容生产出现了跨平台合作趋势，能有效解决开发者就相同内容进行重复开发、耗费时间的问题，从而助推VR/AR产业生态加速成形。

2018-2022年全球虚拟现实市场规模及预测（亿元）

数据来源：公开资料整理

2016-2020年全球虚拟现实市场规模及预测（亿元）

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2016-2020年年中国VR市场规模（亿元）及增速预测（%）

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2018年中国VR市场规模结构分布

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    发展进入理性调整阶段。全球VR/AR投融资总额保持在30亿美元以上，全球虚拟现实风险资本市场针对产业链展开展审慎投资。据VR陀螺统计，2016年、2017年与2018年全球VR/AR行业投融资额分别为23亿美元、31.8亿美元和32亿美元，呈上升趋势，但同时融资笔数从2016年的250笔大幅减少至2018年的151笔。结合VRVCA机构发布的报告，2016年与2017年规模排名前三融资均接近总投资额的40%，我们预测未来资金将继续向行业头部聚集。

全球AR/VR行业投融资规模（亿美元）及增速

数据来源：公开资料整理

    2018年调查数据显示，2016~2018年，硬件终端在整体风险投资规模中占比均在60%左右，位居首位，频次约占比20%至30%位居第二；行业应用在整体规模中占比10%至25%，位居第二，频次占比40%左右，位居第一。近期投资向硬件终端与行业应用领域的流动，表明VR产业仍处于初级发展阶段，其原因在于，大众消费市场规模有限，而变现能力强的硬件终端和行业应用公司更容易获得资本青睐。

    从全球投融资目标地域分布看，中美聚集资金规模引人注目，头部企业为国内资本的主要投资标的。从2017年至2018年，中国获风险投资公司数量从77家减少至44家，融资规模从18亿人民币增长到30余亿人民币，获融资企业平均融资额从两千万增至近七千万，其中十余家公司融资规模破亿。

2018年全球VR行业投融资规模

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    从需求端角度看，VR/AR技术强调视觉、触觉、听觉等多感官交互方式，符合消费者自然行为的需求发展趋势，有望成为继移动互联网之后的下一代计算平台。其技术本身对人类需求的满足决定了该行业方兴未艾的发展潜力。从供给端角度看，第一，行业热潮退去、进入冷静发展阶段，使得产业链各环节企业优胜劣汰，优质企业增强布局力度，加大技术投入，产品质量提升；第二，5G技术作为众多尖端技术应用的基础技术支撑，其到来将解决VR/AR行业诸多痛点，优化产品体验，为VR/AR行业带来新机遇；第三，随着行业的不断成熟，VR/AR产品逐渐被市场接受，价格的下降和内容的丰富将引起用户群体的再次关注，同时，技术在游戏、影视等商业领域的应用拓展使行业进入落地阶段。

    在VR硬件设备中，最核心的部分是头戴式显示设备，简称VR头显，是一种将人对外界的视觉、听觉封闭，引导用户产生一种身在虚拟环境沉浸感受的设备。其显示原理是使人左右眼分别接收左右屏幕的有差异的图像信息从而在脑海中产生立体感。一般来说，VR头显分为主机式头显（PC端VR）、手机式头显(手机盒子)和一体式头显（一体机）三大类，其中一体机结合了PC端VR与手机盒子的优点，实现了便携、运算能力和沉浸感强等优点，被预测为VR头显产品的发展方向。

    目前市面上主流VR头显最佳指标参数为：六自由度、4K分辨率、120°以上视场角、120Hz以上刷新率、低于20ms延迟时间。其中六自由度又称6DoF，是相对于3DoF（三自由度）而言的空间移动属性。前者意味着使用者可以在虚拟现实

    世界内不受拘束地自由移动并被设备所追踪识别，而后者意味着设备只能感知使用者头部转动，而不能识别用户在空间中的位移。分辨率决定了屏幕图像的清晰度，分辨率越高，图像更清晰，目前主流VR头显设备均将实现4K分辨率作为一项重要技术衡量指标。视场角越大，用户能体会约强的沉浸感。刷新率与延迟时间影响的则是用户佩戴VR设备时产生的眩晕感，达到120Hz以上刷新率、低于20ms延迟时间的参数能大大提高使用的舒适度。目前国内外VR/AR企业与产品整体情况仍存在较大差异，如下表所示，国VR/AR产业发展仍处于起步阶段。

目前VR头显最佳参数指标

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    除HTC外，市面上主机式头显主要由国外Oculus、SONY等龙头企业生产；现有产品多以手机式头显为主，可适配大部分主流智能手机，分辨率、流畅度等性能主要由适配手机决定，对适配硬件要求低，技术含量较低，售价较低且差距大；国内小米、爱奇艺等大型企业积极布局一体机生产，且产品质量不断向行业标杆靠近，相比于Oculus等品牌性价比更高。

    手机式头显（也称“手机盒子”）技术门槛和制造成本均较低，且在VR彻底被大众市场接受之前，真正追求极致产品体验的消费者只占少数，对于只追求“尝鲜”的普通用户来说，Oculus、HTC、SONY等品牌所生产的主机式头显的昂贵价格让人望而却步，而价格在几十至几百范围内的手机盒子正好能满足这样的尝鲜需求，市场反而广阔，因此大量小型生产商缺乏更新技术的动力。但随着VR技术逐渐面向大众，市场不断成熟，VR设备生产端必将优胜劣汰，由掌握核心技术的龙头企业主导整个市场。

    VR产业链

    产业链的上游包括为内容制作生产硬件、提供解决方案以及为设备整合提供硬件生产与软件开发的厂商。1）在设备生产上，硬件生产主要包括以及以头显为主的输出设备、负责动作识别与捕捉的输入设备以及传感器、芯片、显示屏等零部件；软件生产主要是指操作系统与采集系统的开发，操作系统包括操作引擎、SDK等，采集系统包括360度全景视频、光场、3D重建等技术。2）在内容制作上，硬件主要针对内容拍摄等需求。目前国内的VR产业发展主要集中在硬件生产领域，在软件开发领域中国仍处于追赶期，国外厂商先发优势明显。

    产业链的中游主要包括VR整机设备商以及整合式内容制作商。同时，在该环节还有还有适配设备生产商、开发者服务商以及系统、云服务、内容运营等平台分别为两大类厂商提供服务。其中提供开发者服务的主要企业有京东智能、淘宝众筹等。

    产业链的下游则通过渠道向用户输送产品与服务。分发平台聚集了用户与内容资源，用户可通过应用商店这样的分发平台获得所需的内容资源。目前全球知名的VR内容分发平台有Steam、Viveport、WeArVR。同时，用户可通过线上线下的销售渠道体验、购买VR设备。

    5G搭载云计算实现云VR/AR，可以有效解决渲染不足、计算超载等问题，降低对GPU等的硬件要求，从而能够实现设备“轻量化”。此外，边缘计算则助力VR/AR实现超低延时与实时交互。用户要达到沉浸式的完美体验，高带宽（单用户VR带宽需要达到Gbps级别）、低时延（MTP<20ms）、高移动性（无绳化）等网络传输能力缺一不可。现有的4G网络传输难以实现，过低的带宽和时延将严重影响用户体验，会给用户造成难以忍受的眩晕感。5G带来的技术革新能够很好的弥补这一问题，VR作为5G的首批典型应用之一，也有望率先享受相关技术红利，进一步拓宽应用和业务范围并深度规模化。

    虚拟现实为了获得完美的沉浸式体验，需要稳定高速网络传输，否则将导致实时渲染不足，同时时延过高带来眩晕感。传统网络传输速度慢且无线传输不稳定，现有VR设备通常通过有线连接来保障用户体验。5G的高带宽和低时延使得VR/AR能够随时随地通过云端（CloudVR）运行程序，并且无线传输时延低、稳定性高，5G传输将使VR设备彻底告别有线连接，从而真正实现“无绳化”。

    5G+云计算实现”虚拟现实设备“轻量化”。传统的VR头显设备不仅需要借助有线传输，同时为了达到高分辨率实时渲染，需要高性能GPU等多设备支持，导致了头显设备复杂度极高且设备笨重。借助云计算技术，将复杂的渲染程序通过5G网络传输放在云端服务器中实时处理，避免了由于本地设备计算力不足所带来的渲染不足、画质粗糙、交互浅显等问题。云计算技术降低了用户的GPU等配置要求；在降低设备成本的同时，使得用户依然能够感受到PC级的沉浸式体验。但是云计算需要较高的宽带支持，5G的应用将使得云计算赋予VR/AR更多可能性。

    5G+边缘计算实现超低时延赋能行业多样化。“无绳化”和“轻量化”能有效提高便携性和降低设备复杂度，但远距离无线传输不可避免地带来高时延。区别于传统4G的大基站传输，5G将采用更多的微型基站，通过边缘计算将复杂的程序处理传递到近用户端的网络边缘，借此5G将提供低至1ms往返延迟。边缘计算（EdgeComputing）作为一种分布式计算的架构，它通过具有计算资源和网络资源的网络边缘结点来处理和分析数据，而不需要上传到云计算中心。相对于云计算来说，边缘计算能够在数据源头进行数据处理，从而带来更快的响应速度，以及更少的数据流量云计算一定程度上解决了虚拟现实大量数据计算能力的要求。但是对于虚拟现实低时延的特性，边缘计算通过借助边缘网络结点的计算和存储能力能够更好满足虚拟现实的要求。

    随着5G商用落地预期提升，VR已经不再局限于传统的游戏娱乐领域，而是逐渐融入其他垂直领域。云VR/AR时代，“VR+社交”、“VR+教育”、“VR+医疗”等广泛的VR应用场景或将极大的改变我们目前的生活形态。

    ToF技术

    ToF又称飞行时间法3D成像。其测距原理是利用光源发出脉冲波，遇到目标后反射，接收器接收返回的光波，通过测量光脉冲的往返时间来计算距离。由于ToF技术可以直接获取目标物体的深度信息，省去了复杂的计算，因此常被用于激光雷达的制造。随着智能设备不断发展，人们对深度摄像技术要求越来越高，而ToF又具有体积小、时延短、不易被影响的突出优势，成为移动设备深度摄像的热门解决方案。

ToF技术原理图

数据来源：公开资料整理

    在AR/VR方面，ToF技术在动作识别方面的优点与虚拟现实技术强调的交互性相匹配，被用于体感游戏的开发，还可以与电商结合提升购物体验。汽车电子方面，ToF技术被用于自动驾驶、驾车辅助以其他与安全有关的功能。ToF可以通过识别身体姿势和手部动作来操控汽车，同时识别驾驶人是否有异常行动来减少安全隐患。拍照方面，把ToF技术与摄像头结合，可以提高照片质量，增加照片立体感。

    游戏应用场景

    VR领所具备的沉浸感特性给玩家带来全新游戏体验，有望引领VR应用。目前国内外已有不少大型游戏厂商以及独立开发团队深入布局VR游戏领域。据Omni万向移动平台统计，在各类主题游戏中射击、恐怖以及儿童向游戏最受欢迎。

    游戏引擎是VR。游戏制作需要经历的最重要的环节。游戏引擎是一种为开发计算机游戏而编写的软件组件，相当于游戏的框架。游戏开发者通过将已编写好的框架、接口稍作修改并重组，更高效地开发不同游戏所需的各种工具。基于其节约成本、缩短开发周期以及降低风险等功能，如今游戏引擎已成为游戏开发不可或缺的重要环节。
直播应用场景

    VR直播是在虚拟现实技术和直播平台发展的基础上诞生的新的传播方式。它依托VR技术，对音频与视频资源进行实时传输、播放，从而提高用户的沉浸体验。其与传统直播的不同主要在于实现了360度全景拍摄、3D场景构建以及交互性。

    VR直播在体育赛事、演唱会、秀场直播领域有较大潜力，且在新闻、会议播报等场景下已实现强势突破。在体育赛事直播领域，美国知名VR流媒体公司NextVR与NBA合作成功采用VR技术对2017~2018赛季27场比赛进行直播。在演唱会、秀场直播领域，继腾讯视频在韩国男子团体BIGBANG2015年演唱会直播中融入可多视角切换的VR技术后，2018年12月19日，VR音乐公司MelodyVR与前英国男子组合OneDirection成员利亚姆•佩恩（LiamPayne）合作举办首个VR现场秀，粉丝可借助OculusGo或三星GearVR头显自由选择场馆的任意位置，身临其境地感受现场气氛。在新闻播报领域，2018年美国中期选举期间，美国广播公司ABCNews利用AR技术以及定制的360度直播室对选举最新进展进行报道。在会议直播领域，2018年第四届世界物联网大会上微鲸VR直播团队对中国电信“天翼高清•浙江IPTV全新智能视频产品”发布全程进行了零延时超高清VR直播。

    从技术层面看，VR直播的流程可概括为数据源采集、数据实时处理、云端转码与分发以及终端体验四个阶段。数据源采集即通过3DVR摄影机、360度全景相机等特殊设备采集现场音频、视频信息。数据实时处理即通过拥有强大CPU与GPU运算能力的主机系统，对所采集的数据源进行初步加工，主要涉及视频的缝合、拼接，合成处理成相对完整的深度与方位信息。云端转码及分发即通过云端服务器将还原的图像、音源信息进行编码转换、压缩与优化，并在保证输出质量的前提下尽可能降低带宽，将体量控制在网络环境与硬件设备可承载的参数范围内，以保证输出资源的流畅度。终端体验即用户通过PC、手机以及VR设备等终端接收信息的环节。
影视应用场景

    VR影视是指以VR摄像机作为输入设备拍摄的影视作品形式。凭借传统电影难以比拟的剧情代入感以及互动形式，VR影视经过几年时间的酝酿，正在向着最终质变迈进。目前VR影视领域拍摄、制作的基础技术支撑已经具备，但由于行业尚未大规模铺开，制作成本高企，使得VR影视作品的时长普遍偏短，大多在2至20分钟之间，形式则以微电影、电影预告片、纪录片为主。

    支撑VR影视拍摄的核心技术基础主要有动作捕捉技术与全景拍摄技术两大方面。1）动作捕捉包括肢体动作捕捉与表情捕捉。动作捕捉往往通过在角色的骨骼关节、肢体末端等动作关键位置设置相应传感器，并利用摄像机、计算机对其位置信息进行跟踪，最终转化为可视化图像。表情捕捉技术则频繁被运用于捕捉真人演员细微的脸部表情动态，加上后期特效后合成为逼真且超现实的虚拟角色。2）全景拍摄技术：与VR直播的数据源采集类似，VR影视拍摄也不可缺少360度摄像机这一技术基础。在视点中心位置固定的前提下将若干摄像机镜头组合成球型，以360度全方位拍摄周围环境，实现全景拍摄。后期这个中心视点成为观众的视点，使得观众拥有在电影中任意切换视角的选择权，从而颠覆传统的影视体验。目前这两大核心技术基础趋于成熟，已成功运用在VR影视的拍摄与制作过程中。

    虚拟现实技术自身的特色决定了其与悬疑、恐怖、科幻、记录等题材天然有着较高的结合可能性，而在其他一般主题的内容领域难以对用户产生较大吸引力。同VR游戏领域类似，若无法提供更多具备强吸引力的现象级内容，需求市场将无法实现大的突破。

    虚拟现实技术自身的特色决定了其与悬疑、恐怖、科幻、记录等题材天然有着较高的结合可能性，而在其他一般主题的内容领域难以对用户产生较大吸引力。同VR游戏领域类似，若无法提供更多具备强吸引力的现象级内容，需求市场将无法实现大的突破。

    相关报告：智研咨询发布的《2019-2025年中国虚拟现实（VR）行业市场潜力分析及投资机会研究报告》