人机交互系统是通往元宇宙的入口

• 刘春天 2023年2月22日 来源：中研网 1358 89
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VR/AR/脑机接口作为新一代人机交互系统，将是人类通往元宇宙的入口，人机交互系统是连接原子世界和比特世界的接口，其发展是需求升级和技术演进互相推动的结果。需求侧，随着元宇宙应用场景清晰化，新需求决定了下一代人机交互平台将在沉浸感和交互感两大维度重点发力

根据中研网《2022-2028年中国人机交互式设备行业市场全景调研与发展前景预测报告》分析，2022-2028年中国人机交互式设备行业市场全景调研与发展前景预测报告VR/AR/脑机接口是集合了微显示、传感器、芯片和算法等多项技术在内的下一代人机交互平台。回顾整个人机交互发展历程，我们看到人机交互的指令输入形式和反馈输出形式都在朝着更低的操作门槛和更高的交互效率演变。当前我们正站在智能手机时代和下一个交互形态的交界处，我们认为尽管VR/AR在输入技术（传感）和输出技术（显示）方面均较上一代交互设备有显著飞跃，但目前仍处于发展的早期阶段。随着元宇宙应用的发展和内容生态的完善，元宇宙对硬件的需求逐步清晰，将推动VR/AR/脑机接口设备的逐步升级，最终有望出现可以和PC、智能手机媲美的下一代硬件。

人机交互主要是指人和系统互相影响、互相作用的循环过程。具体而言，人类在接收并处理信息后通过行为输出指令，计算机接受指令后改变系统形态，再通过显示输出反馈信息并被人类感知，从而引发人脑的信息处理和下一个人机交互过程。回顾人机交互发展历程，过去的人机交互主要经历了卡带式交互、问答式交互和音视觉交互这三个阶段，输入和输出形式持续向贴近人类本能进化。

从指令输入形式的演变来看，在最早期的卡带式交互阶段，人们只能用穿孔卡向计算机单向传递数字指令，指令单一且具有极高的使用门槛；随着主机的出现，人类可通过键盘键入命令语句来实现与计算机的问答（对应命令行界面），虽然较上一代输入设备提高了键入效率，但仍要求操作者记住大量命令语言；随着个人PC时代全面到来（对图形用户界面GUI），通过使用鼠标键盘组合，结合“点/敲击、滚动、拖拽”等动作，操作者可轻易实现快速切换和精准定位，显著降低了操作门槛；而在手机时代，实体按键的消失及音频输入、触摸屏的陆续出现则进一步丰富了用户输入方式，简化交互流程。从反馈输入形式的角度，人机交互经历“命令行界面（CLI）-图形用户界面（GUI）-自然用户界面（NUI）”的更迭过程，对应视觉输出内容从单调的一维语句到二维图形，最终有望以三维空间物体的形式呈现，同时辅以声学设备强化听觉输出效果。此外输出设备也从大型主机、台式屏显，演变至笔记本电脑、手机甚至微型投影，逐步走向可移动化。

VR/AR/脑机接口将是下一个交互时代的代表性操作平台，主要因为其高度符合输入和输出形式上的演变趋势。输入角度，VR/AR消除以往的实体按键，主要结合了手势输入、眼动追踪、面部表情识别以及语音操控，而脑机接口则由肌电输入进一步转变为脑电输入；输出角度，VR将为用户构建一个融合视觉、听觉、触觉等多维感官体验的移动虚拟空间，AR则将其与现实空间叠加，充分实现虚实融合。

初期的VR/AR概念分别在上世纪50-60年代先后提出，之后20年内经历了漫长的实验室开发和B端商用探索，波动上升中产品形态不断向轻量化、小型化、深度沉浸迭代。2010年以后，随着互联网和智能手机终端的逐步成熟和消费端持续渗透，ARVR应用开始C端落地的探索。进入21世纪的第二个十年，元宇宙被预言将成为互联网的下一个形态，而ARVR也被寄希望成为元宇宙中全新的人机交互平台。

Qculus quest2带动VR出货量首次达千万。2020年9月Oculus quest2推出后迅速成为爆款，持续销售火热。2021年在这款VR产品的推动下，VR销售量近1000万台，达历史新高，其设计范式也为国内厂家竞相模仿。未来，我们看到随着应用生态的持续成熟，相应的对VR硬件也提出了升级要求。我们认为下一代的显示单元的清晰度或将从目前的4K提升到8K，重量也将从近500g下降到300g左右，同时目镜厚度将降至目前的1/3，也将搭载更多传感器，实现眼动追踪、手势追踪等更多的交互方式。

AR技术路径繁多，micro-LED+衍射光波导被寄予厚望，但短期难出现成熟产品。现阶段AR仍处于探索期，从出货量来看，2020年至2021年均维持在20-30万件之间（IDC数据）；从产品形态来看，目前仍然以大厂为主导，以一体机产品为主流；从技术来看，目前路径繁多，但均存在性能、良率、体积等问题。micro-LED+衍射光波导被认为是最有望实现大规模商用的AR光学系统，但由于micro-LED在巨量转移等仍存在技术问题，短期或难以实现大规模商用。

未来VR/AR/脑机接口的发展方向逐渐明确。早期的硬件设备受制于应用场景和内容单一化、用户对硬件设备的体验不完善等缺陷，初代VR/AR并未实现大规模增长。当前时点，我们看到游戏、电商、协同办公、社交、健身、医疗、视频和模拟训练（教育）等元宇宙应用场景正逐渐清晰，这对VR/AR/脑机接口硬件端提出了更高的需求，有望驱动包括微显示技术、三维重建、生物传感器、肌电/脑电处理、全身追踪、空间定位在内的多项底层技术不断完善。
元宇宙时代的应用比移动互联网时代更强调沉浸感和交互感，不同应用对两种效果的侧重各有不同。其中，沉浸感可通过更丰富的音画效果和更多维度的感官交互获得，例如借助场景渲染、沉浸声场、温度模拟、触觉传感等技术营造出逼真的虚拟场景，使大脑产生“身临其境”的感觉；交互感则需借助多样化的输入方式来降低人机交互的操作门槛，例如直接通过识别语音或读取手势来传达指令，无需打字或操作键鼠/按钮，增强互动效率。我们认为根据不同应用对沉浸感和交互感的要求高低，可以将其分为三个层次：

渐成熟：视频和模拟训练（教育）。其中模拟训练（教育）包括安全教育、公共安全演练、思政教育等等，对沉浸感和交互感要求最低，目前已有商业化案例；而视频领域对沉浸感的要求相对更高，但由于流媒体平台内容生态已经较为完善，随着VR配套硬件向C端渗透，我们认为视频将是率先成熟的领域之一。

发展中：电商、社交、游戏、办公、健身。其中电商与游戏更侧重于追求沉浸感，而社交和协同办公对交互感的要求更高。

萌芽期：医疗，具体包括疾病监测、辅助微创手术、信号读取、刺激干涉和仿生等。疾病监测随着ECG心电图、血糖、血氧等生物传感技术的成熟有望加速落地，而辅助手术、刺激干涉和仿生等领域对输入和输出的精确度要求极高，相关企业及医疗机构仍在探索中。

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