郭凱 劉丹 齊欣

摘要：增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)通過將虛擬世界信息與現(xiàn)實世界信息相融合，完美地實現(xiàn)了超越現(xiàn)實感官的體驗，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用到軍事、醫(yī)療、教育、建筑、娛樂等行業(yè)，成為可穿戴設(shè)備領(lǐng)域的研究熱點。本文針對增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)，對國內(nèi)外專利的目的地輸出國、申請量趨勢、申請人排序以及作為該領(lǐng)域的主要申請人奇躍公司的相關(guān)專利申請進(jìn)行了統(tǒng)計和分析，供相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員參考。

關(guān)鍵詞：增強現(xiàn)實;虛擬;可穿戴;傳感

一、技術(shù)原理

AR技術(shù)即Augmented Reality技術(shù)的簡稱，被稱作增強現(xiàn)實技術(shù)、混合現(xiàn)實技術(shù)或擴增現(xiàn)實技術(shù)。該技術(shù)的基本理念是將計算機仿真模擬生成的虛擬影像疊加在現(xiàn)實世界的真實環(huán)境中，從而實現(xiàn)對現(xiàn)實的增強。作為一種全新的人機交互技術(shù)，AR技術(shù)利用傳感器與攝像頭的實時信息采集以及實時跟蹤及注冊、場景融合與匹配技術(shù)【1， 2】，實現(xiàn)了真實世界與虛擬世界之間的“無縫”集成，真實與虛幻在同一個畫面或空間中的同時存在使得諸多無法在真實世界中感受到的體驗成為了現(xiàn)實【3】。

二、從專利角度看AR技術(shù)的發(fā)展

1.全球?qū)＠暾埱闆r

圖1為AR技術(shù)全球?qū)＠暾埬康牡剌敵鰢植记闆r，截止目前， AR技術(shù)全球?qū)＠暾埩繛?9981件，其中美國為主要目的地，為19454件，中國和韓國分列二、三位，分別為11210件和7052件，歐洲和日本分別為3518件和1837件?？梢?，美國是AR高新科技企業(yè)競相爭奪的首要市場，亞洲市場緊隨其后。

圖2為AR技術(shù)全球?qū)＠暾埬甓确植记闆r，可以看出，2010年以前，AR全球?qū)＠暾埩靠偣?000余件，而進(jìn)入2010年后，每年的申請量都在1000件以上。由此可見， 在全球范圍內(nèi)，AR技術(shù)在最近十年的時間里一直保持快速平穩(wěn)的發(fā)展態(tài)勢。

圖3所示為AR技術(shù)全球?qū)＠暾埲伺判蚯闆r。其中，Magic Leap公司（下文稱為奇躍公司）憑借其強大的研發(fā)實力，以2660件的申請量占據(jù)首位，接下來分別是華為、三星、LG和微軟，申請量分別為1632件，1203件和1180件。前十位申請人中，美國公司占據(jù)了六個席位，韓國有兩家上榜，日本和中國各占一席。

2.在華專利申請的總體情況

圖4所示為AR技術(shù)在華專利申請年度分布情況。2010年以前，AR技術(shù)在華每年的申請量最多只有兩位數(shù)，而2011年至今，每年的相關(guān)專利申請量都在三位數(shù)，其專利申請量的增加趨勢與圖2所示AR技術(shù)全球?qū)＠暾埬甓确植记闆r基本一致，說明AR技術(shù)在最近十年的時間里在中國市場也得到了快速穩(wěn)定的發(fā)展。

圖5所示為AR技術(shù)在華專利申請人排序情況。奇躍公司以1646件的數(shù)量占據(jù)首位，接下來分別是華為、三星、高通和微軟，申請量分別為1326件、831件、591件和449件。根據(jù)圖3和圖5可知，奇躍公司無論在全球范圍還是在中國，其在AR技術(shù)領(lǐng)域都居于領(lǐng)先地位。下面就對該公司AR技術(shù)相關(guān)專利申請進(jìn)行簡單分析。

3.奇躍公司全球?qū)＠暾埖目傮w情況

圖6所示為截止到2021年12月為止，奇躍公司在全球申請的2660件AR相關(guān)專利的技術(shù)分類情況。其中位于申請量之首的專利主要涉及顯示器結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，占總比例的29%;其次分別涉及三維圖像操作、人機交互、光學(xué)系統(tǒng)改進(jìn)、模式識別等。下面筆者簡單介紹兩篇相關(guān)專利申請內(nèi)容。

圖7所示的公開號為CN109642716A的專利申請公開了一種通過使用單個厚光導(dǎo)光學(xué)元件的增強現(xiàn)實系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括光源120和光導(dǎo)光學(xué)元件LOE 190，LOE 190具有內(nèi)耦合光柵192（“ICG”）和外耦合光柵198（“OCG”）。當(dāng)使用系統(tǒng)100時，來自光源120的虛擬光束210經(jīng)由ICG 192進(jìn)入LOE 190，通過基本全內(nèi)反射（“TIR”）沿著LOE 190傳播并經(jīng)由OCG 198離開LOE 190，用于顯示到用戶的眼睛;其克服了多平面開關(guān)元件的要求、對準(zhǔn)層的難度、以及來自多個表面反射的散射效應(yīng)等問題。

公開號為CN106662754A的專利申請公開了一種增強現(xiàn)實系統(tǒng)中用于生成物理環(huán)境的表面模型的方法，其使用增強現(xiàn)實系統(tǒng)生成現(xiàn)實世界物理環(huán)境的表面模型，根據(jù)接收的圖像/視頻生成平面多邊形網(wǎng)格，并計算3-D點云的截斷符號距離函數(shù)（“TSDF”），基于3-D點云生成平面多邊形網(wǎng)格，然后提取平面多邊形網(wǎng)格的邊界多邊形，根據(jù)提取的邊界多邊形生成凸包，最后根據(jù)凸包生成最小面積定向的邊界多邊形（“MAOBP”）;該方法能夠呈現(xiàn)更加優(yōu)質(zhì)的圖像顯示效果。

三、小結(jié)

AR技術(shù)包含了計算機、多媒體、實時視頻顯示及控制、多傳感器融合等新技術(shù)與新手段，在尖端武器、飛行器的研制與開發(fā)、數(shù)據(jù)模型的可視化、教育培訓(xùn)、文藝娛樂等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用空間。預(yù)計到2024年，AR市場將有望達(dá)到1002.4億美元，其中亞太AR市場有望達(dá)到442億美元。以奇躍公司為首的美國科技領(lǐng)導(dǎo)者仍是該項技術(shù)的研發(fā)主力，我國只有華為公司躋身于世界AR專利申請前十位。面對國外科技巨頭的激烈爭奪，國內(nèi)企業(yè)應(yīng)當(dāng)給予足夠的重視，要積極地進(jìn)行專利布局，并及時了解競爭對手的技術(shù)發(fā)展動態(tài)。在巨大的AR市場面前，我國科研機構(gòu)需要加快步伐，抓緊機遇，投入更大的研發(fā)力量，爭取在AR技術(shù)的競爭中處于更加有利的地位。

參考文獻(xiàn)：

[1] 申軍嶺，姜國華，晁建剛. 增強現(xiàn)實三維注冊中標(biāo)識點匹配算法研究與改進(jìn)[J].測控技術(shù)，2012，31（12）：120-122.

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