孫劍鋒 李秀娟 韓虎 / 工業(yè)和信息化部電子知識產(chǎn)權(quán)中心

引言

近年來，美國、日本等廠商推出的游戲機(jī)風(fēng)扉全球，其中應(yīng)用的人機(jī)交互技術(shù)成為備受矚目的焦點(diǎn)。而用戶被激發(fā)出來的多元化對健身、娛樂需求，又進(jìn)一步讓廣大企業(yè)看到了新的商機(jī)。從全球發(fā)展?fàn)顟B(tài)來看，無論是發(fā)展速度還是產(chǎn)業(yè)規(guī)模，人機(jī)交互領(lǐng)域已引起高度重視。我國的人機(jī)交互起步較晚，為了縮小與全球的差距，明晰產(chǎn)業(yè)發(fā)展思路，有必要對人機(jī)交互技術(shù)、產(chǎn)業(yè)進(jìn)行梳理。

從全球總體狀況來看，過去20年，人機(jī)交互從最初的人操作計(jì)算機(jī)、以計(jì)算為主，逐漸發(fā)展到現(xiàn)階段的智能化交互階段，人機(jī)交互像人與人交流一樣簡單、自然，語音、手勢及體感和面部等方式成為新的、主流的交互方式。新的人機(jī)交互方式迅速推動智能終端設(shè)備的發(fā)展，使得無論是終端設(shè)備的功能和便捷程度或是用戶的使用習(xí)慣都發(fā)生了巨大的變化。

另一方面美國企業(yè)在這一領(lǐng)域的積累和實(shí)力優(yōu)勢極為明顯，完整的產(chǎn)業(yè)鏈支持了美國在這一領(lǐng)域長久的強(qiáng)勢地位，從技術(shù)研發(fā)到網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營，從技術(shù)提供到產(chǎn)民制造，美國企業(yè)不僅完成了先進(jìn)技術(shù)的開發(fā)，并推出了Xbox、iPhone、LeapMotion等諸多產(chǎn)品。日本企業(yè)在人機(jī)交互中也具有很強(qiáng)實(shí)力，在全球范圍內(nèi)其綜合實(shí)力僅次于美國。而我國除語音相關(guān)技術(shù)發(fā)展積累較為突

圖1全球人機(jī)交互領(lǐng)域?qū)＠暾堏厔?/p>

鑒于人機(jī)交互快速發(fā)展的態(tài)勢以及我國巨大的市場發(fā)展空間，全面準(zhǔn)確地掌握主要的市場競爭態(tài)勢顯然是重要而緊迫的。本文將從專利分析出發(fā)，依據(jù)專利信息獨(dú)有的各種著錄項(xiàng)信息為主要統(tǒng)計(jì)依據(jù)，以目前，手勢及體感、語音和面部為對象，其中：手勢及體感主要指通過對肢體的動作和位置以及手指細(xì)節(jié)狀態(tài)的偵測而實(shí)現(xiàn)的人與機(jī)器的信息交互及控制；語音指通過自然語言將信息在人與機(jī)器之間傳遞而實(shí)現(xiàn)交互；面部則主要包括對人臉、面部表情等特征的檢測識別來實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的方式，試為讀者呈現(xiàn)全球范圍內(nèi)，人機(jī)交互技術(shù)發(fā)展的競爭態(tài)勢。

全球企業(yè)發(fā)展總覽

圖2全球人機(jī)交互領(lǐng)域主要申請人

出外，其他方向與國外仍有較大差距。但隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，消費(fèi)電子產(chǎn)品銷量的快速增加，人機(jī)交互相關(guān)產(chǎn)品在國內(nèi)將具有非常廣泛的發(fā)展空間，因此國外主要企業(yè)對中國市場都投以極大的關(guān)注，并在技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品推廣、專利布局等多個(gè)方面開展工作。

專利的最早優(yōu)先權(quán)統(tǒng)計(jì)（或首次申請受理國）數(shù)據(jù)顯示，美國、日本與中國在這一領(lǐng)域最為活躍（圖1）。但這三個(gè)國家的發(fā)展歷程和趨勢各有特點(diǎn)，美國除2000-2006年這一區(qū)間發(fā)展速度平緩之外，自上世紀(jì)90年代一直呈現(xiàn)較快的發(fā)展；日本相關(guān)產(chǎn)業(yè)初期發(fā)展速度驚人，但進(jìn)入21世紀(jì)后未呈現(xiàn)預(yù)期的快速增長，反而在近兩年出現(xiàn)逐漸下降的趨勢；中國起步晚，與美日相比有近10年的差距，而在發(fā)展速度上則展示出較大的優(yōu)勢，2008年后一躍成為僅次于美國的主要申請國之一。

全球范圍內(nèi)，微軟在人機(jī)交互領(lǐng)域中的專利申請量位居首位（圖2），達(dá)到1,300多件，微軟關(guān)于人機(jī)交互領(lǐng)域的產(chǎn)品包括xBox及Kinect設(shè)備以及其他可穿戴設(shè)備等，在新產(chǎn)品上市前，微軟已針對不同產(chǎn)品布局了專利，所涉及的具體技術(shù)較為全面。索尼在人機(jī)交互領(lǐng)域申請的專利與微軟相差不多，而且索尼的應(yīng)用產(chǎn)品同樣涉及多個(gè)領(lǐng)域，包括游戲、電視及筆記本等。

數(shù)據(jù)顯示人機(jī)交互領(lǐng)域的活躍企業(yè)主要集中在美國和日本。微軟、索尼作為代表性企業(yè)在該領(lǐng)域的專利申請最多，產(chǎn)業(yè)影響力最強(qiáng)。專利申請量在400至1,000件的企業(yè)較多，包含了全球范圍內(nèi)這一產(chǎn)業(yè)的大多數(shù)主流企業(yè)。在本文分析中，作者將重點(diǎn)關(guān)注美國、日本和中國相關(guān)企業(yè)。

美國企業(yè)分析

1992年ACM圖靈獎(jiǎng)獲得者，時(shí)任微軟研究院軟件總工程師Butler Lampson指出計(jì)算機(jī)有三個(gè)作用：第一是模擬，第二是進(jìn)行通信，第三是互動?？梢娢④浽谏鲜兰o(jì)90年代初就已經(jīng)充分認(rèn)識到人機(jī)互動的重要地位。然而，當(dāng)時(shí)的信息爆炸雖然對人機(jī)交互提出強(qiáng)烈的需求，但硬件條件的短板使得語音、體感等人機(jī)交互技術(shù)的發(fā)展更多地被限制在理論研究中。進(jìn)入路，但產(chǎn)品市場反應(yīng)的低迷導(dǎo)致這樣的大量申請難以維持。而2010年Kinect設(shè)備的推出則受到市場高度熱捧，在專利數(shù)據(jù)中，可以明顯看到微軟早在Kinect發(fā)布3-5年前就開始醞釀。而未來，從目前態(tài)勢來看，微軟對這一領(lǐng)域?qū)⒏又匾暋?/p>

圖3全球人機(jī)交互領(lǐng)域美國主要申請人申請趨勢

圖4全球人機(jī)交互領(lǐng)域日本主要申請人申請趨勢

IBM在相關(guān)領(lǐng)域的研發(fā)起步較早，例如其語音識別產(chǎn)品ViaVoice曾引起業(yè)界巨大反響。從專利數(shù)據(jù)來看，其成果在上世紀(jì)九十年代就逐步開始積累，但其研究早在多年前就已開始，受九十年代初IBM虧損和破產(chǎn)危機(jī)等因素的影響，其專利申請（圖3）直到1995年之后才有明顯增長。直至2000年左右，申請量達(dá)到高峰，而后逐年減少。數(shù)據(jù)顯示IBM進(jìn)行了成功的轉(zhuǎn)型，從純技術(shù)科技公司轉(zhuǎn)變?yōu)樘峁┱w解決方案的服務(wù)型公司：到2001年，IBM服務(wù)業(yè)務(wù)收入高達(dá)300億美元，在當(dāng)年的收入新增貢獻(xiàn)中占比超過80%。在這一過程中，IBM對人機(jī)交互方面的側(cè)重點(diǎn)有所轉(zhuǎn)移，而其明星產(chǎn)品ViaVoice則在2003年被出售，更加引證了IBM轉(zhuǎn)型的決心和方向?？傮w而言，IBM由于戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型而表面上退出這一領(lǐng)域，但專利數(shù)據(jù)卻顯示出長期的積累仍然為IBM在這一領(lǐng)域帶來較大的影響力。

蘋果公司近年來被全球廣泛關(guān)注。人機(jī)交互領(lǐng)域中，蘋果是微軟之外又一個(gè)成功將技術(shù)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的代表。蘋果公司目前的代表產(chǎn)品之一iPhone在2007年發(fā)布，除全觸屏設(shè)計(jì)外，其配置的陀螺儀、加速度計(jì)等用于人機(jī)交互的裝置使其功能遠(yuǎn)非一般手機(jī)能比，專利數(shù)據(jù)（圖3）則顯示，在人機(jī)交互領(lǐng)域隨著iPhone產(chǎn)品的推出，相關(guān)專利申請大量公開，可見蘋果公司為iPhone產(chǎn)品進(jìn)行了大量積累，并在產(chǎn)品推出前集中進(jìn)行專利申請以獲得最長的保護(hù)期限，堪稱專利運(yùn)用的典范。隨著蘋果公司產(chǎn)品種類的增多，各種人機(jī)交互的手段必然被納入智能手機(jī)、平板電腦、筆記本計(jì)算機(jī)、智能電視等產(chǎn)品中，可以預(yù)見，蘋果在這一領(lǐng)域的投入將會進(jìn)一步加大，專利儲備也將隨之豐富。21世紀(jì)后，硬件條件逐漸不再是技術(shù)產(chǎn)品化的瓶頸，微軟開始逐步嘗試加大這一領(lǐng)域的投入。2005年微軟Xbox360發(fā)售，作為其附件的Xbox Live Vision攝像頭等是微軟早期對人機(jī)交互在游戲領(lǐng)域的嘗試，雖然其市場反應(yīng)平平，但專利數(shù)據(jù)（圖3）反映：微軟在2003-2005年之間密集申請了大量專利為這一領(lǐng)域鋪

日本企業(yè)分析

索尼作為目前唯一能夠與微軟在游戲機(jī)領(lǐng)域抗衡（xBox與PlayStation）的企業(yè)，其發(fā)展歷程表明了索尼對于人機(jī)交互的發(fā)展和應(yīng)用前景方面具有高度的敏感性。1994年底，索尼推出PlayStation第一代產(chǎn)品時(shí)，雖然目前主流的人機(jī)交互技術(shù)尚未得到應(yīng)用，但數(shù)據(jù)分析（圖4）則顯示索尼已然認(rèn)識到人機(jī)互動在這一領(lǐng)域的巨大發(fā)展空間，此時(shí)索尼在人機(jī)互動的專利布局已經(jīng)開展2-3年的時(shí)間。2000年，索尼發(fā)布PlayStation2。之后，與其適配的用于計(jì)算機(jī)視覺和手勢識別的攝像頭外設(shè)Eye Toy大獲成功，市場反應(yīng)極大地促進(jìn)了這一應(yīng)用方式及其背后技術(shù)的發(fā)展。數(shù)據(jù)顯示索尼在2000-2006年之間對于人機(jī)交互的投入始終處于一個(gè)較高的水平上。2006年，任天堂發(fā)布Wii主機(jī)，再一次震撼了家用游戲機(jī)這一人機(jī)交互的主戰(zhàn)場，同年索尼發(fā)布PlayStation3則配備PlayStation Move的新型控制器提供體感交互方式。之后這一領(lǐng)域的快速發(fā)展，除去日本廠商之外，微軟、蘋果等美國廠商開始發(fā)力，索尼面臨的競爭壓力增大，2013年底推出PlayStation4，不僅在與其配合的DualShock 4控制器中延續(xù)了DualShock3控制器內(nèi)置的三軸陀螺儀加三軸加速度儀的六軸動作感應(yīng)系統(tǒng)，更利用攝像頭和多屏互動等技術(shù)加強(qiáng)人機(jī)交互的作用。專利數(shù)據(jù)對于這一趨勢展示了極為清晰的預(yù)判：每一次索尼推出人機(jī)交互相關(guān)的重要產(chǎn)品前3-5年（例如1999，2004，2010等年份），都會有大量專利申請公開，同時(shí)將其專利數(shù)量水平推至新高。而最近一兩年索尼的專利申請仍在高速發(fā)展，同時(shí)，索尼于2010年收購iCyt Mission Technology，2011年收購Micronics，2012年購入So-net Entertainment Corporation所有股份，表明未來幾年索尼將加大對人機(jī)交互產(chǎn)品領(lǐng)域的拓展，并有可能推出重要的人機(jī)交互產(chǎn)品。

松下與佳能在上世紀(jì)90年代至2006年這段時(shí)間內(nèi)對人機(jī)交互技術(shù)進(jìn)行大量的投入，但產(chǎn)品方向上更多側(cè)重辦公、教育、商業(yè)和攝影等方面。對于人機(jī)交互技術(shù)而言，其需求程度相較家用游戲機(jī)等產(chǎn)品有較大差距。但同時(shí)，松下和佳能在其各自關(guān)注的領(lǐng)域?qū)θ藱C(jī)交互技術(shù)也有較為成功的應(yīng)用，例如1992年佳能在EOS 5高端機(jī)型上開創(chuàng)了眼控自動對焦選擇功能，引起業(yè)界轟動；1995年推出改進(jìn)后的EOS 50E，眼控功能進(jìn)一步加強(qiáng)；1998年，EOS3準(zhǔn)專業(yè)機(jī)型問世，改進(jìn)了眼控檢測的算法，等等。但專利數(shù)據(jù)（圖4）則顯示出松下與佳能在人機(jī)交互領(lǐng)域的投入在不斷減少，專利積累也速度放緩，然而市場上松下對于智能電視中的人機(jī)交互應(yīng)用也非常積極，其技術(shù)來源和發(fā)展方向都值得關(guān)注。

相較而言，我國企業(yè)在這一領(lǐng)域的積累薄弱，市場影響力明顯不足。一方面，中國在人機(jī)交互領(lǐng)域的研發(fā)相對于國外起步較晚，但主要的基礎(chǔ)技術(shù)都掌握在國外企業(yè)中，其發(fā)展會受一定限制；另一方面，我國對家用游戲機(jī)類產(chǎn)品的禁令在一定程度上也影響了人機(jī)交互技術(shù)最直接的應(yīng)用產(chǎn)品開發(fā)。從我國企業(yè)的專利數(shù)據(jù)來看：華為在這一領(lǐng)域具有最多的專利申請，但相較國外而言仍顯不足；中科院作為我國重要的科研單位，對人機(jī)交互各技術(shù)都有著深入的研究和積累，但其成果在知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)和產(chǎn)品化方面仍亟待提高。

結(jié)論

綜上所述，參考美日領(lǐng)軍企業(yè)的發(fā)展態(tài)勢，作者認(rèn)為：第一，我國有必要大力扶持人機(jī)交互相關(guān)產(chǎn)業(yè)的企業(yè)和科研單位在技術(shù)的研發(fā)、產(chǎn)品化、推廣等環(huán)節(jié)做大做強(qiáng)，在未來人機(jī)交互技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓廣的背景下占據(jù)一定優(yōu)勢；第二，學(xué)習(xí)國外成功企業(yè)經(jīng)驗(yàn)，除堅(jiān)持不懈地進(jìn)行技術(shù)積累外，更注重產(chǎn)品發(fā)布關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)上的知識產(chǎn)權(quán)布局；第三，全球主流市場中人機(jī)交互技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)從家用游戲機(jī)拓展至多種智能終端，在我國政策條件暫時(shí)不做調(diào)整的條件下，大力挖掘智能終端領(lǐng)域的人機(jī)交互應(yīng)用場景，充分吸收利用國外企業(yè)在方案設(shè)計(jì)和應(yīng)用思路上的優(yōu)秀成果，“借道”智能終端實(shí)現(xiàn)我國人機(jī)交互的后發(fā)制勝。

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