人機(jī)交互系統(tǒng)是通往元宇宙的入口

• 劉春天 2023年2月22日 來源：中研網(wǎng) 1358 89
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VR/AR/腦機(jī)接口作為新一代人機(jī)交互系統(tǒng)，將是人類通往元宇宙的入口，人機(jī)交互系統(tǒng)是連接原子世界和比特世界的接口，其發(fā)展是需求升級(jí)和技術(shù)演進(jìn)互相推動(dòng)的結(jié)果。需求側(cè)，隨著元宇宙應(yīng)用場景清晰化，新需求決定了下一代人機(jī)交互平臺(tái)將在沉浸感和交互感兩大維度重點(diǎn)發(fā)力

根據(jù)中研網(wǎng)《2022-2028年中國人機(jī)交互式設(shè)備行業(yè)市場全景調(diào)研與發(fā)展前景預(yù)測報(bào)告》分析，2022-2028年中國人機(jī)交互式設(shè)備行業(yè)市場全景調(diào)研與發(fā)展前景預(yù)測報(bào)告VR/AR/腦機(jī)接口是集合了微顯示、傳感器、芯片和算法等多項(xiàng)技術(shù)在內(nèi)的下一代人機(jī)交互平臺(tái)。回顧整個(gè)人機(jī)交互發(fā)展歷程，我們看到人機(jī)交互的指令輸入形式和反饋輸出形式都在朝著更低的操作門檻和更高的交互效率演變。當(dāng)前我們正站在智能手機(jī)時(shí)代和下一個(gè)交互形態(tài)的交界處，我們認(rèn)為盡管VR/AR在輸入技術(shù)（傳感）和輸出技術(shù)（顯示）方面均較上一代交互設(shè)備有顯著飛躍，但目前仍處于發(fā)展的早期階段。隨著元宇宙應(yīng)用的發(fā)展和內(nèi)容生態(tài)的完善，元宇宙對硬件的需求逐步清晰，將推動(dòng)VR/AR/腦機(jī)接口設(shè)備的逐步升級(jí)，最終有望出現(xiàn)可以和PC、智能手機(jī)媲美的下一代硬件。

人機(jī)交互主要是指人和系統(tǒng)互相影響、互相作用的循環(huán)過程。具體而言，人類在接收并處理信息后通過行為輸出指令，計(jì)算機(jī)接受指令后改變系統(tǒng)形態(tài)，再通過顯示輸出反饋信息并被人類感知，從而引發(fā)人腦的信息處理和下一個(gè)人機(jī)交互過程?；仡櫲藱C(jī)交互發(fā)展歷程，過去的人機(jī)交互主要經(jīng)歷了卡帶式交互、問答式交互和音視覺交互這三個(gè)階段，輸入和輸出形式持續(xù)向貼近人類本能進(jìn)化。

從指令輸入形式的演變來看，在最早期的卡帶式交互階段，人們只能用穿孔卡向計(jì)算機(jī)單向傳遞數(shù)字指令，指令單一且具有極高的使用門檻；隨著主機(jī)的出現(xiàn)，人類可通過鍵盤鍵入命令語句來實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的問答（對應(yīng)命令行界面），雖然較上一代輸入設(shè)備提高了鍵入效率，但仍要求操作者記住大量命令語言；隨著個(gè)人PC時(shí)代全面到來（對圖形用戶界面GUI），通過使用鼠標(biāo)鍵盤組合，結(jié)合“點(diǎn)/敲擊、滾動(dòng)、拖拽”等動(dòng)作，操作者可輕易實(shí)現(xiàn)快速切換和精準(zhǔn)定位，顯著降低了操作門檻；而在手機(jī)時(shí)代，實(shí)體按鍵的消失及音頻輸入、觸摸屏的陸續(xù)出現(xiàn)則進(jìn)一步豐富了用戶輸入方式，簡化交互流程。從反饋輸入形式的角度，人機(jī)交互經(jīng)歷“命令行界面（CLI）-圖形用戶界面（GUI）-自然用戶界面（NUI）”的更迭過程，對應(yīng)視覺輸出內(nèi)容從單調(diào)的一維語句到二維圖形，最終有望以三維空間物體的形式呈現(xiàn)，同時(shí)輔以聲學(xué)設(shè)備強(qiáng)化聽覺輸出效果。此外輸出設(shè)備也從大型主機(jī)、臺(tái)式屏顯，演變至筆記本電腦、手機(jī)甚至微型投影，逐步走向可移動(dòng)化。

VR/AR/腦機(jī)接口將是下一個(gè)交互時(shí)代的代表性操作平臺(tái)，主要因?yàn)槠涓叨确陷斎牒洼敵鲂问缴系难葑冓厔?。輸入角度，VR/AR消除以往的實(shí)體按鍵，主要結(jié)合了手勢輸入、眼動(dòng)追蹤、面部表情識(shí)別以及語音操控，而腦機(jī)接口則由肌電輸入進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)槟X電輸入；輸出角度，VR將為用戶構(gòu)建一個(gè)融合視覺、聽覺、觸覺等多維感官體驗(yàn)的移動(dòng)虛擬空間，AR則將其與現(xiàn)實(shí)空間疊加，充分實(shí)現(xiàn)虛實(shí)融合。

初期的VR/AR概念分別在上世紀(jì)50-60年代先后提出，之后20年內(nèi)經(jīng)歷了漫長的實(shí)驗(yàn)室開發(fā)和B端商用探索，波動(dòng)上升中產(chǎn)品形態(tài)不斷向輕量化、小型化、深度沉浸迭代。2010年以后，隨著互聯(lián)網(wǎng)和智能手機(jī)終端的逐步成熟和消費(fèi)端持續(xù)滲透，ARVR應(yīng)用開始C端落地的探索。進(jìn)入21世紀(jì)的第二個(gè)十年，元宇宙被預(yù)言將成為互聯(lián)網(wǎng)的下一個(gè)形態(tài)，而ARVR也被寄希望成為元宇宙中全新的人機(jī)交互平臺(tái)。

Qculus quest2帶動(dòng)VR出貨量首次達(dá)千萬。2020年9月Oculus quest2推出后迅速成為爆款，持續(xù)銷售火熱。2021年在這款VR產(chǎn)品的推動(dòng)下，VR銷售量近1000萬臺(tái)，達(dá)歷史新高，其設(shè)計(jì)范式也為國內(nèi)廠家競相模仿。未來，我們看到隨著應(yīng)用生態(tài)的持續(xù)成熟，相應(yīng)的對VR硬件也提出了升級(jí)要求。我們認(rèn)為下一代的顯示單元的清晰度或?qū)哪壳暗?K提升到8K，重量也將從近500g下降到300g左右，同時(shí)目鏡厚度將降至目前的1/3，也將搭載更多傳感器，實(shí)現(xiàn)眼動(dòng)追蹤、手勢追蹤等更多的交互方式。

AR技術(shù)路徑繁多，micro-LED+衍射光波導(dǎo)被寄予厚望，但短期難出現(xiàn)成熟產(chǎn)品。現(xiàn)階段AR仍處于探索期，從出貨量來看，2020年至2021年均維持在20-30萬件之間（IDC數(shù)據(jù)）；從產(chǎn)品形態(tài)來看，目前仍然以大廠為主導(dǎo)，以一體機(jī)產(chǎn)品為主流；從技術(shù)來看，目前路徑繁多，但均存在性能、良率、體積等問題。micro-LED+衍射光波導(dǎo)被認(rèn)為是最有望實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商用的AR光學(xué)系統(tǒng)，但由于micro-LED在巨量轉(zhuǎn)移等仍存在技術(shù)問題，短期或難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商用。

未來VR/AR/腦機(jī)接口的發(fā)展方向逐漸明確。早期的硬件設(shè)備受制于應(yīng)用場景和內(nèi)容單一化、用戶對硬件設(shè)備的體驗(yàn)不完善等缺陷，初代VR/AR并未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模增長。當(dāng)前時(shí)點(diǎn)，我們看到游戲、電商、協(xié)同辦公、社交、健身、醫(yī)療、視頻和模擬訓(xùn)練（教育）等元宇宙應(yīng)用場景正逐漸清晰，這對VR/AR/腦機(jī)接口硬件端提出了更高的需求，有望驅(qū)動(dòng)包括微顯示技術(shù)、三維重建、生物傳感器、肌電/腦電處理、全身追蹤、空間定位在內(nèi)的多項(xiàng)底層技術(shù)不斷完善。
元宇宙時(shí)代的應(yīng)用比移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代更強(qiáng)調(diào)沉浸感和交互感，不同應(yīng)用對兩種效果的側(cè)重各有不同。其中，沉浸感可通過更豐富的音畫效果和更多維度的感官交互獲得，例如借助場景渲染、沉浸聲場、溫度模擬、觸覺傳感等技術(shù)營造出逼真的虛擬場景，使大腦產(chǎn)生“身臨其境”的感覺；交互感則需借助多樣化的輸入方式來降低人機(jī)交互的操作門檻，例如直接通過識(shí)別語音或讀取手勢來傳達(dá)指令，無需打字或操作鍵鼠/按鈕，增強(qiáng)互動(dòng)效率。我們認(rèn)為根據(jù)不同應(yīng)用對沉浸感和交互感的要求高低，可以將其分為三個(gè)層次：

漸成熟：視頻和模擬訓(xùn)練（教育）。其中模擬訓(xùn)練（教育）包括安全教育、公共安全演練、思政教育等等，對沉浸感和交互感要求最低，目前已有商業(yè)化案例；而視頻領(lǐng)域?qū)Τ两械囊笙鄬Ω?，但由于流媒體平臺(tái)內(nèi)容生態(tài)已經(jīng)較為完善，隨著VR配套硬件向C端滲透，我們認(rèn)為視頻將是率先成熟的領(lǐng)域之一。

發(fā)展中：電商、社交、游戲、辦公、健身。其中電商與游戲更側(cè)重于追求沉浸感，而社交和協(xié)同辦公對交互感的要求更高。

萌芽期：醫(yī)療，具體包括疾病監(jiān)測、輔助微創(chuàng)手術(shù)、信號(hào)讀取、刺激干涉和仿生等。疾病監(jiān)測隨著ECG心電圖、血糖、血氧等生物傳感技術(shù)的成熟有望加速落地，而輔助手術(shù)、刺激干涉和仿生等領(lǐng)域?qū)斎牒洼敵龅木_度要求極高，相關(guān)企業(yè)及醫(yī)療機(jī)構(gòu)仍在探索中。

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