虛擬現實人機交互技術專利分析

隨著計算機技術、傳感與測量技術、圖像處理技術以及互聯網科技的迅速發展，虛擬現實技術已經從科研階段逐步商業化進入人們的生活。為了給用戶帶來良好的虛擬現實體驗，基于虛擬現實的人機交互也成為了一個熱門的研究領域。自然和諧并且逼真的人機交互自然成為虛擬現實領域中的關注焦點。

虛擬現實技術是一種集成計算機技術、傳感與測量技術、仿真技術、微電子技術于一體可以創建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統。HCI人機交互是研究人與計算機之間通過輸入輸出信號相互理解的交流與通信，在最大程度上為人們完成信息管理、服務和處理等功能。作為計算機科學中的一個重要研究領域，人機交互從計算機誕生至今已發展經歷了四個主要階段：機器語言階段，字符界面階段，圖形用戶界面階段和自然人機交互階段。虛擬現實技術應用到人機界面中主要有以下幾個方面優點：更加逼真的視覺感受、更加自然和諧的操作方式、更加安全、可靠、高效的人機交互方式和便于實現遠程人機交互。

本文在中國專利文摘數據庫（CNABS）和德溫特世界專利索引數據庫（DWPI）中，通過檢索、篩選、統計和分析國內外有關虛擬現實的專利申請，梳理了虛擬現實人機交互技術專利發展，并對該領域重點申請人的專利申請以及布局進行詳細闡述。

一、申請趨勢分析

圖1為1998-2019年全球虛擬現實專利申請隨年代變化的情況。隨著計算機

技術的飛速發展以及圖像處理技術的不斷創新，從圖2可以看出，從2007年開始，全球關于虛擬現實人機交互的專利申請開始出現穩步增長的趨勢，直到2010年進入快速增長期。國內專利庫中關于虛擬現實人機交互的申請出現較晚，直到2008-2009年才有少量申請，從2010年就進入快速增長期。隨著全球各大公司在2014-2015發布了虛擬現實產品這一高潮期之后，顯示設備和三維測試能力有待提升，這是導致2018-2019年期間專利數量下滑的原因之一。

二、技術原創國分析

圖3顯示了虛擬現實人機交互技術原創過分布情況，從各國的專利申請量來看，美國獨占鰲頭，中國、日本和韓國緊隨其后。目前，在國內的虛擬現實交互

領域中，國內企業、各大院校研究所的申請占了一定優勢，但是相對于其他信息技術領域，還需進一步發展。

三、全球重要申請人分析

如圖4所示，虛擬現實人機交互排名前列的申請人，主要集中在美國、日本以及韓國，可見虛擬現實人機交互這一新興行業是各大企業爭相占領的技術熱點

領域。美國微軟公司的申請量高居榜首，其近年一直大力發展虛擬現實技術，索尼公司居于亞軍，谷歌公司、三星以及LG緊隨其后。虛擬現實領域的后起之秀，亞馬遜、Magic Leap以及Immersion也榜上有名。微軟提出的基于深度相機的Kinect動作采集裝置，通過機器視覺的方式獲得手部運動狀態信息。由光學傳感器通過光線反射時間計算被檢測物體的參數，使得用戶不需要佩戴額外的穿戴設備，可以在三維空間中自由活動，并且提供了非接觸的交互體驗。谷歌眼鏡同樣以相機采集的圖像作為用戶輸入的主要手段。亞馬遜提出的VR購物給用戶購物帶來了全新的體驗。2014 年Magic Leap 曾經展示過自己所研發的同名增強現實技術，體驗者會看到細節豐富、大小合適的3D 怪獸和機器人出現在周圍的真實世界當中。索尼公司以娛樂業務為其發展的重要支線，在2014年GDC游戲者開發大會上發布了PlayStation的VR游戲設備;通過圖像采集結合手柄的輸入方式獲得用戶操作。三星公司的Gear VR利用慣性傳感器和手柄采集用戶交互動作，其配合虛擬現實顯示技術能讓使用者在虛擬世界中進行游戲，體驗身臨其境地釣魚或者射擊。

四、技術發展演進路線

自從20世紀80年代初Jaron Lanier提出了虛擬現實的概念到2000年之間，虛擬現實技術處于探索和理論階段，其主要活躍在高等院校和企業科研的試驗中。在這期間，已經逐漸有部分公司開始申請專利，但在全球范圍內，每年的申請量也不足50件，依然處于起步期間，主要出現了依托數據手套以及慣性測量單元獲取用戶肢體動作，將用戶肢體信息傳遞給處理單元，從而實現人機交互。2001-2010這十年間，虛擬現實技術逐步發展，隨著計算機設備計算能力的提高，涌現出了更多的基于虛擬現實技術的應用以及逐步出現了新的人機交互方式。例如，微軟公司提出了利用深度相機采集圖片，獲取用戶肢體動作信息，使得用戶徹底擺脫了手持設備的束縛可以在三維空間自由活動。2011-至今，虛擬現實技術快速發展并且處于市場啟動期，各大公司逐漸發布虛擬現實產品，開拓消費市場，以Kinect、Leap Motion、HTC VIVE等產品為代表。預計在接下來十年，虛擬現實產品集成度越來越高、產品便捷性、公眾接受度越來越高，具有成熟的技術支撐以及盈利模式，行業競爭加劇。

本文結合國內外專利申請的狀況對基于虛擬現實的人機交互的發展歷程進行了回顧，可以看出人機交互手段從依托繁重的數據采集設備到無需可穿戴設備進行了質的飛躍。到2010年，基于虛擬現實的人機交互進入了快速發展階段，更多企業加入到了該領域的競爭中，國內的相關技術也開始追趕世界水平，但是由于我國的虛擬現實起步較晚，還具有更大的發展空間。

作者簡介：

王婧（1988-），女，籍貫：四川內江，職稱和學歷：研究實習員，碩士研究生，研究方向或專業：人機交互系統專利審查。