人機交互系統是通往元宇宙的入口

• 劉春天 2023年2月22日 來源：中研網 1358 89
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VR/AR/腦機接口作為新一代人機交互系統，將是人類通往元宇宙的入口，人機交互系統是連接原子世界和比特世界的接口，其發展是需求升級和技術演進互相推動的結果。需求側，隨著元宇宙應用場景清晰化，新需求決定了下一代人機交互平臺將在沉浸感和交互感兩大維度重點發力

根據中研網《2022-2028年中國人機交互式設備行業市場全景調研與發展前景預測報告》分析，2022-2028年中國人機交互式設備行業市場全景調研與發展前景預測報告VR/AR/腦機接口是集合了微顯示、傳感器、芯片和算法等多項技術在內的下一代人機交互平臺。回顧整個人機交互發展歷程，我們看到人機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。當前我們正站在智能手機時代和下一個交互形態的交界處，我們認為盡管VR/AR在輸入技術（傳感）和輸出技術（顯示）方面均較上一代交互設備有顯著飛躍，但目前仍處于發展的早期階段。隨著元宇宙應用的發展和內容生態的完善，元宇宙對硬件的需求逐步清晰，將推動VR/AR/腦機接口設備的逐步升級，最終有望出現可以和PC、智能手機媲美的下一代硬件。

人機交互主要是指人和系統互相影響、互相作用的循環過程。具體而言，人類在接收并處理信息后通過行為輸出指令，計算機接受指令后改變系統形態，再通過顯示輸出反饋信息并被人類感知，從而引發人腦的信息處理和下一個人機交互過程。回顧人機交互發展歷程，過去的人機交互主要經歷了卡帶式交互、問答式交互和音視覺交互這三個階段，輸入和輸出形式持續向貼近人類本能進化。

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算機單向傳遞數字指令，指令單一且具有極高的使用門檻；隨著主機的出現，人類可通過鍵盤鍵入命令語句來實現與計算機的問答（對應命令行界面），雖然較上一代輸入設備提高了鍵入效率，但仍要求操作者記住大量命令語言；隨著個人PC時代全面到來（對圖形用戶界面GUI），通過使用鼠標鍵盤組合，結合“點/敲擊、滾動、拖拽”等動作，操作者可輕易實現快速切換和精準定位，顯著降低了操作門檻；而在手機時代，實體按鍵的消失及音頻輸入、觸摸屏的陸續出現則進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，人機交互經歷“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，對應視覺輸出內容從單調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，同時輔以聲學設備強化聽覺輸出效果。此外輸出設備也從大型主機、臺式屏顯，演變至筆記本電腦、手機甚至微型投影，逐步走向可移動化。

VR/AR/腦機接口將是下一個交互時代的代表性操作平臺，主要因為其高度符合輸入和輸出形式上的演變趨勢。輸入角度，VR/AR消除以往的實體按鍵，主要結合了手勢輸入、眼動追蹤、面部表情識別以及語音操控，而腦機接口則由肌電輸入進一步轉變為腦電輸入；輸出角度，VR將為用戶構建一個融合視覺、聽覺、觸覺等多維感官體驗的移動虛擬空間，AR則將其與現實空間疊加，充分實現虛實融合。

初期的VR/AR概念分別在上世紀50-60年代先后提出，之后20年內經歷了漫長的實驗室開發和B端商用探索，波動上升中產品形態不斷向輕量化、小型化、深度沉浸迭代。2010年以后，隨著互聯網和智能手機終端的逐步成熟和消費端持續滲透，ARVR應用開始C端落地的探索。進入21世紀的第二個十年，元宇宙被預言將成為互聯網的下一個形態，而ARVR也被寄希望成為元宇宙中全新的人機交互平臺。

Qculus quest2帶動VR出貨量首次達千萬。2020年9月Oculus quest2推出后迅速成為爆款，持續銷售火熱。2021年在這款VR產品的推動下，VR銷售量近1000萬臺，達歷史新高，其設計范式也為國內廠家競相模仿。未來，我們看到隨著應用生態的持續成熟，相應的對VR硬件也提出了升級要求。我們認為下一代的顯示單元的清晰度或將從目前的4K提升到8K，重量也將從近500g下降到300g左右，同時目鏡厚度將降至目前的1/3，也將搭載更多傳感器，實現眼動追蹤、手勢追蹤等更多的交互方式。

AR技術路徑繁多，micro-LED+衍射光波導被寄予厚望，但短期難出現成熟產品。現階段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數據）；從產品形態來看，目前仍然以大廠為主導，以一體機產品為主流；從技術來看，目前路徑繁多，但均存在性能、良率、體積等問題。micro-LED+衍射光波導被認為是最有望實現大規模商用的AR光學系統，但由于micro-LED在巨量轉移等仍存在技術問題，短期或難以實現大規模商用。

未來VR/AR/腦機接口的發展方向逐漸明確。早期的硬件設備受制于應用場景和內容單一化、用戶對硬件設備的體驗不完善等缺陷，初代VR/AR并未實現大規模增長。當前時點，我們看到游戲、電商、協同辦公、社交、健身、醫療、視頻和模擬訓練（教育）等元宇宙應用場景正逐漸清晰，這對VR/AR/腦機接口硬件端提出了更高的需求，有望驅動包括微顯示技術、三維重建、生物傳感器、肌電/腦電處理、全身追蹤、空間定位在內的多項底層技術不斷完善。
元宇宙時代的應用比移動互聯網時代更強調沉浸感和交互感，不同應用對兩種效果的側重各有不同。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、觸覺傳感等技術營造出逼真的虛擬場景，使大腦產生“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交互的操作門檻，例如直接通過識別語音或讀取手勢來傳達指令，無需打字或操作鍵鼠/按鈕，增強互動效率。我們認為根據不同應用對沉浸感和交互感的要求高低，可以將其分為三個層次：

漸成熟：視頻和模擬訓練（教育）。其中模擬訓練（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，目前已有商業化案例；而視頻領域對沉浸感的要求相對更高，但由于流媒體平臺內容生態已經較為完善，隨著VR配套硬件向C端滲透，我們認為視頻將是率先成熟的領域之一。

發展中：電商、社交、游戲、辦公、健身。其中電商與游戲更側重于追求沉浸感，而社交和協同辦公對交互感的要求更高。

萌芽期：醫療，具體包括疾病監測、輔助微創手術、信號讀取、刺激干涉和仿生等。疾病監測隨著ECG心電圖、血糖、血氧等生物傳感技術的成熟有望加速落地，而輔助手術、刺激干涉和仿生等領域對輸入和輸出的精確度要求極高，相關企業及醫療機構仍在探索中。

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