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Beijing Four Sentences of Heng Qu science and technology Co., Ltd.
北京橫渠四句科技有限公司
委員之聲 | 公司CEO王連云為“十四五”建言:抓住3D科技重大創(chuàng)新機遇期,,解決"卡脖子",啃下“活在三維空間,、困于二維信息”的難題
來源:工業(yè)和信息化部電子科學技術委員會  www.miitestc.org.cn  | 作者:4SHQ | 發(fā)布時間: 1861天前 | 10657 次瀏覽 | 分享到:




王連云,工業(yè)和信息化部電子科技委委員,北京橫渠四句科技有限公司CEO



    黨的十九屆五中全會提出,,堅持創(chuàng)新在我國現(xiàn)代化建設全局中的核心地位,把科技自立自強作為國家發(fā)展的戰(zhàn)略支撐,,擺在各項規(guī)劃任務的首位,,要抓住戰(zhàn)略機遇,加強自主創(chuàng)新,,構建高質量發(fā)展新格局,,是新時代高新技術發(fā)展的重大任務,。中央經(jīng)濟工作會議提出的2021年八項重點任務中,強化國家戰(zhàn)略科技力量排在首位,,要努力打造科技攻關重地,,積極與國家的科技計劃、攻關計劃相對接,,針對工業(yè)母機,、高端芯片、基礎軟件,、新材料,、發(fā)動機等產(chǎn)業(yè)的薄弱環(huán)節(jié);聯(lián)合行業(yè)上下游,、產(chǎn)學研的力量,,組建創(chuàng)新聯(lián)合體,主動承擔重大項目,,進一步加大原創(chuàng)技術的研發(fā)投入,,在信息、生物,、能源,、材料等方向加快布局一批基礎應用技術;在人工智能,、空間技術,、裝備制造等方面加快突破一批前沿技術,在電力裝備,、通信設備,、高鐵核電、新能源等領域加快鍛造一批長板技術,,不斷增強行業(yè)的共性技術供給,,集中最優(yōu)秀的人才、最優(yōu)質的資源進行聯(lián)合攻關,,爭取解決一批“卡脖子”的關鍵核心技術,。


自主創(chuàng)新重大機遇


   新一代信息技術是國務院確定的七個戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一,新型(3D)顯示是信息呈現(xiàn)和傳播的主要載體之一,,也是推動電子信息產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的重要引擎,。隨著5G邁向商用,“中國制造2025”戰(zhàn)略在不斷推進,,各種顯示技術如LCD,、OLED、QD,、LED,、E-paper,、3D、LDT,、圖像處理技術突飛猛進,,在創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略的指引下,信息產(chǎn)業(yè)在制造業(yè)中的重要正在逐步顯現(xiàn),,為3D顯示技術的普及奠定了基礎,,正將迎來大發(fā)展。

   人眼所看到的現(xiàn)實世界是立體的,,人腦之所以能感覺到三維立體圖像主要是由于外界物體的光從左右兩個不同角度進入人的兩只眼睛,,并且經(jīng)過大腦對圖像的分析與合成才得以實現(xiàn),因此3D顯示的目的是顯示出事物的真實3D信息,。我們生活在一個三維空間里,,早在16世紀,人們就已經(jīng)開始通過繪畫的方式來感知3D視覺效果,,和現(xiàn)在的3D手繪畫相比,,那個時候3D視覺的塑造主要靠的是色彩的沖擊?;氐郊夹g發(fā)展的本質,3D顯示由于其存在深度信息,,所以能夠實現(xiàn)很多2D顯示所不具備的功能,,人們對還原真實所見世界的憧憬促使了3D顯示的發(fā)展。

   “3D”這個名詞已經(jīng)為人們所熟知,,且往往跟高科技聯(lián)系在一起,,如3D顯示、3D電影,、3D掃描,、3D打印、三維重建等等,,其通過高科技數(shù)字化的手段,,使得客觀世界中的 3D 實體能夠在虛擬世界中得以高精度重建(3D掃描和建模)、智能化編輯(3D設計),、真實感高清展示(3D顯示,、AR/VR),乃至重新返回至客觀世界(3D打印和立體印刷),。就學科專業(yè)而言,,3D技術橫跨計算機視覺、計算機圖形學,、模式識別與智能系統(tǒng),、復雜系統(tǒng)與自動控制,、數(shù)據(jù)挖掘與機器學習、工程材料學,、光機電一體化等,,是名副其實的“技術密集型”高科技。


(一)“活在三維空間,、困于二維信息”的難題,,將在5G時代得到解決

     在現(xiàn)實世界中,我們通過鍵盤,、鼠標等設備與PC進行交互,,通過觸屏方式與移動設備進行交互,這些都是建立在二維世界的2D界面交互,。而在VR虛擬現(xiàn)實的世界,,2D交互顯然遠遠不足以滿足“沉浸感”的需求,這就要求交互方式要全面的顛覆:從傳統(tǒng)2D交互升級為用多種方式(動作捕捉,、手勢控制,、眼球追蹤、觸覺反饋,、語音交互,,甚至腦電波)與多維信息環(huán)境的3D立體交互。3D視覺是計算機視覺的終極體現(xiàn)形式,,2D視覺技術主要在二維空間下完成工作,,三維信息基本上沒有得到任何利用,而三維信息才真正能夠反映物體和環(huán)境的狀態(tài),,也更接近人類的感知模式,。近年來,學術界和工業(yè)界推出了一系列優(yōu)秀的算法和產(chǎn)品,,被廣泛應用到各個領域,。

     視覺是一個感知的過程,在視覺中我們經(jīng)歷了從黑白到彩色,,再從模擬數(shù)字普清到高清的四次革命,。截至目前,仍有很多應用場景都以2D為主,,2D拍攝到的是平面信息,,沒有辦法獲取空間的三維結構。因此眼下2D也達到了瓶頸期,,在消費電子,、以VR/AR為助視體驗、以及裸眼3D都在不斷地向3D做升級。我們生存在三維的立體空間,,我們希望通過3D攝像頭獲取到三維空間,,所以3D視覺是人工智能感知硬件的入口,能夠通過視覺的部分,,讓我們的硬件達到AI的感知到認知,,最后實現(xiàn)決策的功能。

     3D攝像頭正在成為智能設備的一個入口,,3D攝像頭特點在于除了能夠獲取平面圖像以外,,還可以獲得拍攝對象的深度信息,即三維的位置及尺寸信息,,其通常由多個攝像頭+深度傳感器組成,。3D攝像頭實現(xiàn)實時三維信息采集,為消費電子終端加上了物體感知功能,,從而引入多個“痛點型應用場景”,,包括人機交互、人臉識別,、三維建模,、AR、安防和輔助駕駛等多個領域,,取得3D影像主要有四種方法,,包括立體視覺法、結構光3D成像,、雷射三角法以及ToF(光飛時間),。隨著蘋果iPhone集成了雙攝像頭后,掀起攝像頭產(chǎn)業(yè)發(fā)展新浪潮,,國內外各大企業(yè)如英特爾,、微軟,、圖漾科技,、奧比中光、華捷艾米,、??低暋⑺从罟鈱W,、樂行天下,、縱目科技、凌云光技術,、弼智仿生已經(jīng)在電子產(chǎn)品等配置3D攝像頭,。以英特爾RealSense為例,其智能3D攝像頭主要有三部分組成:(1)傳統(tǒng)的2D攝像頭;(2)近紅外圖像傳感器,;(3)紅外激光發(fā)射器,。英特爾RealSense 3D攝像頭有兩種類型:一種是用于遠距離、精度稍低的后置3D攝像頭,;另一種是用于近距離,、精度較高的前置3D攝像頭。

    展望未來,,3D攝像頭好似給機器或電子設備安裝了“人眼”,,讓其能夠根據(jù)人的動作做出相應的反應,并賦予“思維”,、“感知”的能力,。3D攝像頭應用方向也非常廣泛,包括攝像,、游戲,、無人機和無人駕駛汽車、增強現(xiàn)實(AR),、康復醫(yī)療,、安防監(jiān)控、機器視覺,、三維掃描等領域,。人類的想象空間有多大,3D攝像頭的應用空間就有多大,。3D視覺技術被廣泛應用到人臉識別,、智能機器人、自動駕駛,、AR等領域,,國內外相關公司推出了一系列產(chǎn)品。OPPO,、華為和蘋果等公司推出的3D+AI識別功能,,通過掃描人臉三維結構完成手機解鎖;自動駕駛領域通過分析3D人臉信息,,判斷司機駕駛時的情緒狀態(tài),;SLAM方式通過重建周邊環(huán)境,完成建圖與感知,;AR領域通過三維重建技術完成目標的重現(xiàn),。

    世界本是三維的,由于科技發(fā)展的局限性,,不得不用二維的平面來顯示世界,?;?G、AI技術的3D傳感技術亦將撬動AR/VR,、智能家居,、無人駕駛等領域,將讓“智能+”的構想真實地大規(guī)模地落地,,帶動上下游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,,加速萬物互聯(lián)時代的全面到來,隨著5G等高速網(wǎng)絡時代的到來,,信息的傳輸也必然從3G向4G/5G過渡,,視覺信息也將從二維向三維轉變?!盎钤谌S空間,、困于二維信息”的難題,將在5G時代得到解決,。


(二)搜索+AR進入Web三維時代,,構建自主3D數(shù)據(jù)格式迫在眉睫

     從3D視覺到3D交互,然而,,3D技術的發(fā)展不會只止步于看到3D圖像,,它將會打開一種全新的用戶交互范式。隨著互聯(lián)網(wǎng)帶寬(5G)的增加,,文字,,圖片,平面操作系統(tǒng)為主的二維互聯(lián)網(wǎng)虛擬世界開始向視頻,,聲音,,三維應用系統(tǒng)為主的三維互聯(lián)網(wǎng)進化。美國著名的second life 就是一個互聯(lián)網(wǎng)向3D進化的例子,,但總體目前互聯(lián)網(wǎng)3D化進程還比較慢,,由于3D圖形表示法和使用案例的多樣化,定義一個3D圖形傳輸模型極具挑戰(zhàn),。因此,,與圖片和視頻對比,由于缺乏簡單和通用的高效數(shù)據(jù)表示法,,3D生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展很慢,。

     3D模型數(shù)據(jù)是3D場景渲染的關鍵技術,,是支撐三維重建,、游戲、XR業(yè)務基礎能力,。由于目前業(yè)界用于生產(chǎn)3D內容工具平臺較多,,均采用不同的文件格式存儲,導致3D模型數(shù)據(jù)格式無法統(tǒng)一,有超過70種不同文件格式的3D數(shù)據(jù),,服務于不同目的和應用案例,3D格式統(tǒng)一化更有利于產(chǎn)業(yè)的效率提升.

     目前,在業(yè)界由khronos主導的glTF以及蘋果主導的USDZ正是基于統(tǒng)一3D文件格式的目標,,推動不同3D文件面向實時渲染應用,直接傳輸給圖形API的數(shù)據(jù)形式,,不再需要二次轉換,。蘋果一種新的3D文件格式,并在去年WWDC推出USDZ文件格式以及ARKit 2.0,。谷歌宣布將在搜索結果中加入3D模型,,在搜索結果中頁面,你可以直接點擊這個3D模型,,然后進入3D模型預覽界面,,之后可以選擇AR模式實景預覽,例如在線購物,,或者其它娛樂場景,。谷歌已經(jīng)聯(lián)合NASA、New Balance,、三星,、沃爾沃、Target等合作,,為他們的3D模型提供了支持,。從應用層面來看,蘋果的USDZ文件格式可以嵌入到任何網(wǎng)頁,、App中,,而谷歌憑借自家搜索引擎,只需添加幾行代碼即可支持,,可以直接在搜索結果頁面進行3D AR搜索展示,。從當前結果來看,大多數(shù)人更多是希望在搜索中獲得結果,,而在這個過程中,,將搜索結果變得有趣就非常重要,3D模型和AR的加入就是非常重要的一環(huán),,這直接將以往2D頁面互動提升到三維交互,。通過定義一個基礎,各種應用可以壓縮和傳輸元件,,glTF從中起到重要作用,。我們非常期待glTF擴展將為廣泛使用的3D圖形帶來高效MPEG壓縮技術。

     然而,,國內3D數(shù)據(jù)格式主要是由零散的中小企業(yè)支撐著,,好消息是華為與3D聯(lián)盟正在積極推動第四代交互3D數(shù)據(jù)格式標準化研制,,提升版權保護、交互響應,,率先搶占以蘋果為首的第三代快速渲染3D數(shù)據(jù)格式(gITF/USDZ 以二進制形式存儲可直接用于渲染的3D格式數(shù)據(jù)),。


(三)3D成像技術的成熟拉開了二維向三維升級的帷幕

     光學一直是科技創(chuàng)新的重頭戲,光學升級一直停留在像素,、感光等二維層面,,3D成像技術的成熟拉開了二維向三維升級的帷幕,有望帶動光學創(chuàng)新大革命,。3D成像在二維的基礎上,,實現(xiàn)了像素景深的疊加,拍照的同時記錄下對象的立體信息,,推動人臉識別,、虹膜識別、手勢控制,、機器視覺等變?yōu)楝F(xiàn)實,,是開啟AI和AR時代的感知鑰匙。

     3D成像并非是普通的功能性組建創(chuàng)新,,而是激活光學交互屬性,,實現(xiàn)二維到三維的交互升級,是繼圖形界面,、觸控之后的第三次人機交互跨越?,F(xiàn)代醫(yī)學領域已快速步入3D精準診療時代,各種數(shù)字影像設備如DR,、CR,、多排CT、3D圖像等飛速發(fā)展,,5G,、12bit色彩、3D+ 8K分辨率,、120Hz幀頻率,,可以開始支撐遠程醫(yī)療中“超高清顯示的超高速傳輸”的需求。加之診斷,、術前規(guī)劃,、手術與康復等全流程,醫(yī)生可以通過高速傳輸遠程醫(yī)療進行更準確的診斷,,并能夠進行實時超聲介入手術指導,、異地遠程超聲直連會診,從二維(2D)平面發(fā)展過渡到三維(3D)立體,,醫(yī)用顯示器的選購配置也成了醫(yī)院和PACS集成商關注的焦點,,都將指引醫(yī)用產(chǎn)品研究與開發(fā)、商業(yè)化,、臨床試驗與應用,、技術轉移等。未來3D技術不僅僅局限于影像領域,,醫(yī)療,、教育、建筑,、工業(yè)智能制造等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)都將推廣使用3D技術,,3D市場將得到大力發(fā)展。


形勢判斷


(一)關鍵部件和技術不斷突破,,3D+5G成為關注熱點,。

    過去的幾十年間,顯示技術和顯示產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了一段高速發(fā)展期,。超大面板尺寸,、超高清分辨率、高動態(tài)范圍(High Dynamic Range,,HDR),、高刷新率(High Frame Rate)、精準色域表現(xiàn)等一系列核心技術指標持續(xù)升級,,顯示終端在產(chǎn)品形態(tài)上不斷迭代,,觀看效果越來越接近、甚至超越人眼對真實世界的直接感受,。在此基礎上衍生的3D顯示技術(眼鏡式,、裸眼式、光場式,、全息式),、近眼顯示技術(VR頭盔、光波導AR眼鏡),,也受到了研究機構和產(chǎn)業(yè)界的極大關注,,從顯示緯度和交互形式上進一步突破傳統(tǒng)技術的局限。

     近年來,,3D技術正逐步與5G,、人工智能、大數(shù)據(jù),、VR/AR,、投影、全息投影等技術互相融合,、互相促進發(fā)展,,這也有力地推進了3D 新業(yè)態(tài)發(fā)展,,讓更多行業(yè)單位開始接納VR 科技,助推了我國3D產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展,,相關關鍵技術進一步成熟,,在畫面質量、圖像處理,、眼球捕捉,、3D聲場、機器視覺等技術領域不斷取得突破,。我國3D產(chǎn)業(yè)環(huán)境逐步走向成熟,,消費級應用和行業(yè)應用市場不斷打開,產(chǎn)業(yè)鏈條更加完善,。我國在硬件制造,、內容應用開發(fā)以及業(yè)務體驗推廣等產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)快速發(fā)展,正在成為全球3D產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活力最強,、市場接受度最高,、發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮牡貐^(qū)之一。在各種技術的助推下,,人們的“聽”和“看”正變得豐富多彩,。裸眼3D、4K超高清,、3D技術,、5G網(wǎng)絡……新技術的涌現(xiàn)和完善,為視聽帶來了全新的體驗,,也讓智慧生活更近了一步,。

    2019年,ITU召開了網(wǎng)絡2030研討會,,初步確立了6G的三大場景: 極大容量極小距離,、超越盡力而為、融合異構網(wǎng)絡,。2030年突破屏幕顯示,,實現(xiàn)裸眼3D成像,例如像是《星球大戰(zhàn)》的全息影像完全實現(xiàn)了 ,。

     裸眼3D光場顯示技術是當下熱點信息顯示前沿技術之一,,裸眼3D技術讓人們對未來顯示產(chǎn)品充滿了希望,讓所有人開始憧憬具有無限沉浸感的視覺體驗,。相比于色彩表現(xiàn),,可能人們更傾向于顯示產(chǎn)品的臨場感與沉浸感,雖然曲面電視能夠帶來一定的臨場感,但是相比裸眼3D來說根本不值一提,。裸眼3D技術甚至不用通過佩戴任何設備,,通過屏幕直接就能夠觀看到3D立體影像。根據(jù)裸眼3D顯示終端產(chǎn)品的構成,,其關鍵部件主要包括:①裸眼3D光學部件,,主要涉及裸眼3D顯示的關鍵光學材料及設計工藝,一般來說,,不同廠商的2D顯示屏對應的裸眼3D光學部件會略有不同,。②裸眼3D顯示模組,,由裸眼3D光學材料(如柱狀透鏡)和2D 顯示屏精密耦合而成,,是裸眼3D顯示終端的核心器件。③2D/3D切換模塊,,裸眼3D顯示2D/3D切換技術通常采用雙層液晶技術實現(xiàn),, 2D/3D切換模塊往往集成在裸眼3D顯示模組中。④裸眼3D信號處理模塊,,主要進行3D視頻格式的轉換(播放),、合成、畫質提升,、驅動等功能,,是裸眼3D顯示終端的重要支撐模塊。根據(jù)不同的應用場景,,該算法模塊既可進行集成電路集成,,也可在已有高端芯片方案中集成。

    涉及裸眼3D顯示終端的關鍵技術主要包括(不限于以下方面):①裸眼3D光學材料,,其中包括裸眼3D光學材料技術和裸眼3D光學設計技術,。②裸眼3D顯示模組,包括4K/8K裸眼3D全貼合工藝,、4K/8K裸眼3D高精度校準技術,、2D/3D切換技術及工藝和裸眼3D顯示性能檢測技術。③裸眼3D信號處理,,包括裸眼3D分辨率提升技術,、裸眼3D視角提升及連續(xù)觀看技術、裸眼3D圖像合成技術,、裸眼3D視頻轉換技術,、裸眼3D圖像增強技術、單(多)人眼球追蹤技術,、裸眼3D空間定位技術和裸眼3D人機交互技術,。

     由于裸眼3D顯示產(chǎn)業(yè)涉及的技術領域較廣,任何一個關鍵環(huán)節(jié)都會影響裸眼3D顯示終端的產(chǎn)品體驗,。近年來,,國內外多家公司相繼推出了數(shù)款裸眼3D顯示產(chǎn)品,,在貼合工藝、畫質及連續(xù)觀看等方面取得重要突破,。但隨著人們對3D 顯示產(chǎn)品畫質和觀看體驗的期望越來越高,,現(xiàn)階段裸眼3D顯示終端產(chǎn)品要大面積進入家庭還有很大技術挑戰(zhàn),建議加強產(chǎn)學研結合,,力爭突破核心部件及模塊技術瓶頸,,加快推進裸眼3D顯示產(chǎn)業(yè)化進程。

    展望2022年,,新一輪技術突破將引發(fā)3D發(fā)展浪潮,。在圖像處理方面,分辨率,、眩暈控制,、視點渲染、視角控制將成為下一步突破方向,。在交互技術方面,,慣性動作捕捉、光學跟蹤,、語音識別,、眼球追蹤、空間交互,、大視場角等多項技術將出現(xiàn)大規(guī)模應用,。另外,5G技術的成熟與應用,,將在云端渲染,、消除時延眩暈等方面提升3D體驗,提高終端硬件性能,,促進3D應用的效率提升,,3D/VR有望成為5G時代殺手級應用。


(二)市場規(guī)模持續(xù)增長,,行業(yè)應用成為拉動主力,。

     目前,中國3D技術的應用面臨多樣化,、智能化的趨勢,,各種新產(chǎn)品、新技術層出不窮,,機器視覺,、3D影視、游戲及裝備、3D建筑和橋梁設計,、3D采集和渲染軟件,、3D點云制造等領域取得科研的進步,使3D產(chǎn)業(yè)形成了完整的商業(yè)生態(tài)鏈和良好的市場競爭力,。中國雖然是制造業(yè)大國和擁有世界上最大的應用市場,,但3D技術和產(chǎn)業(yè)發(fā)展卻面臨著:3D技術相關標準缺失;3D企業(yè)各自為戰(zhàn),,缺少合力,,自主創(chuàng)新較少,同質低價競爭普遍,;專利技術信息不對稱,,缺乏共享制度;人才培養(yǎng)跟不上產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展需求,;政,、產(chǎn),、學,、研、用,、資結合不緊密,,缺少良性互動機制;技術轉化不足等一系列問題,。3D產(chǎn)業(yè)急需一個大平臺,,團結、規(guī)范,、引導,、整合3D產(chǎn)業(yè)鏈的產(chǎn)、學,、研,、政、投等各個層面的力量,,實現(xiàn)資源良性互動和分享,,共同做大中國的“3D蛋糕”。

     展望2022年,,3D技術將在人工智能,、3D數(shù)據(jù)模型、渲染封裝,、軍事仿真,、制造、交通、醫(yī)療,、文博文旅數(shù)字化等領域得到深入應用,,應用場景將進一步豐富。此外,,隨著3D內容的豐富和虛擬社區(qū),、電商、交互體驗感的增強,,主要依托購買硬件設備的營收模式將得以轉變,,虛擬市場、虛擬購物,、虛擬展示也將被更多用戶使用,。


(三)消費市場快速培育,產(chǎn)品形態(tài)更加豐富,。

     2021年,,“3D+應用場景”不斷拓展,其中以web互聯(lián)網(wǎng),、游戲,、娛樂、影視,、電商,、展覽展示以及數(shù)字經(jīng)濟等消費市場,線上與線下結合更加緊密,,商業(yè)模式逐漸走向成熟,。3D智能終端產(chǎn)品供給更加多元化,3D手機,、3D打印設備,、VR頭戴式、一體機,、移動端等各類產(chǎn)品層出不窮,。在內容開發(fā)平臺和生態(tài)架構發(fā)展上,基本完善了3D模型/場景,、3D動效,、全景圖片、虛擬現(xiàn)實視頻,、網(wǎng)頁等不同內容素材日益豐富,。

    展望2022年,3D傳統(tǒng)硬件廠商和創(chuàng)新企業(yè)將保持硬件輕量化,、可移動化,、沉浸式體驗等方向發(fā)展,,持續(xù)推出新產(chǎn)品,硬件多樣化將進一步增強,,硬件市場進入百花齊放的競爭紅海,。此外,產(chǎn)品的軟硬件結合將更加緊密,,軟件在產(chǎn)業(yè)價值中的占比將進一步提高,,特別是3D數(shù)據(jù)引擎、3D數(shù)據(jù)格式方面加速競爭,。


(四)產(chǎn)業(yè)生態(tài)初步形成,,標準體系逐步建立。

     3D產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,,可以拉動化平面顯示向立體顯示邁進,,將會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和社會效益,世界主要發(fā)達國家(美國,、韓國)和地區(qū)紛紛制定了發(fā)展計劃,,帶動了各國和地區(qū)研發(fā)、投資力度的不斷加大,,推動了3D產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,。

     從全球市場競爭格局來看,歐美主導內容市場,、日韓主導終端市場,、中國強于應用市場的產(chǎn)業(yè)格局基本形成,。歐美3D市場以其先進的3D內容攝錄系統(tǒng),、專業(yè)的內容制作團隊、發(fā)達的媒體應用市場,,在內容制作方面具有明顯競爭優(yōu)勢,。日韓在3D產(chǎn)業(yè)終端顯示方面優(yōu)勢突出,產(chǎn)業(yè)鏈相對完整,,尤其在3D立體平板顯示技術方面擁有全球競爭力,。由于目前全球3D產(chǎn)業(yè)仍處于發(fā)展初期,產(chǎn)業(yè)推動力量主要來自3D產(chǎn)業(yè)基礎較好的國家和地區(qū),,因此,,這種產(chǎn)業(yè)格局在短期內將更趨顯性化。

     我國3D產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系包含通用共性技術,、產(chǎn)品,、場景應用及信息采集、制作和分發(fā)等將進一步完善,,特別是3D及4K超高清內容制作,、開源平臺,、資源共享平臺將成為2021年的重要發(fā)展方向。標準體系將逐步建立,,3D數(shù)據(jù)格式,、屏幕刷新率、屏幕分辨率,、貼合工藝,,以及軟件開發(fā)工具、數(shù)據(jù)接口,、人體健康適用性等事實標準將逐步確立,,用戶體驗將大幅提升。3D設備之間,、設備和應用之間的互聯(lián)互通成為發(fā)展共識,,3D內容開發(fā)平臺生態(tài)架構基本完善。3D引擎和場景應用將在不同設備上運行,,3D感知計算,、顯示屏,將與不同驅動程序的兼容性更好,,行業(yè)碎片化問題得以解決,。


對策建議


     當今世界正處于百年未有之大變局,全球范圍內新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革加速演進,,產(chǎn)業(yè)鏈供應鏈安全穩(wěn)定是構建新發(fā)展格局的基礎,。多學科技術融合發(fā)展已成為態(tài)勢。一些企業(yè)已將3D顯示技術應用滲透至更為廣闊的領域,,促進了多學科技術融合,,培育新的經(jīng)濟增長點。

     為加快自主創(chuàng)新能力的提升,,理清產(chǎn)業(yè)關鍵核心技術的自主可控,,夯實產(chǎn)業(yè)發(fā)展的安全基礎,只有掌握核心技術,,攻克“卡脖子”難題,,才能實現(xiàn)由跟跑、并跑向領跑轉變,,實現(xiàn)科技成果轉化,,助力新興產(chǎn)業(yè)高質量發(fā)展,我們肩負著實施國家戰(zhàn)略的使命,?!笆奈濉遍_局之年,如何增強產(chǎn)業(yè)鏈供應鏈自主可控能力,,解決“卡脖子”問題,,確保不“掉鏈子”呢,?


(一)加強頂層設計規(guī)劃,制修訂3D技術路線圖,,搶占制高點,。

    3D顯示作為一個新興的融合性產(chǎn)業(yè),以技術和應用的創(chuàng)新為主要驅動力,,輻射帶動力強,,對推動產(chǎn)業(yè)升級、提升現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)層次,、高起點建設現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系具有重要作用,。隨著圖形圖像、虛擬仿真,、網(wǎng)絡傳輸,、光電顯示等信息技術的快速發(fā)展,3D信息技術將對工業(yè)化和智能化的促進作用將進一步顯現(xiàn),。

     當前,,多學科技術融合發(fā)展已成為態(tài)勢,一些企業(yè)已將3D技術應用滲透至更為廣闊的領域,,促進了多學科技術融合,,培育新的經(jīng)濟增長點。如在交互體驗,、工業(yè)設計,、虛擬仿真、智慧城市,、醫(yī)學診療,、場景重建、教育培訓,、智能影院,、沉浸感游戲等領域,以3D技術為手段進行業(yè)態(tài)創(chuàng)新,,對民生事業(yè)、城市管理,、數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展等都將產(chǎn)生良好的效益,。近年來,3D電影放映設備,、電視,、電影、游戲,、視頻,、攝像機,、投影機等硬件提供商獲得了較大的市場利益和發(fā)展空間。我國和日本,、德國已將3D顯示技術列入科技發(fā)展規(guī)劃進行重點支持,。隨著3D顯示技術研發(fā)應用和產(chǎn)業(yè)化實施,3D顯示產(chǎn)品的消費將進入高速擴張期,。

     為提高3D顯示產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新能力,,加速3D顯示技術的研發(fā)應用及產(chǎn)業(yè)化進程,夯實我市3D顯示產(chǎn)業(yè)基礎,,保持技術領先優(yōu)勢,,帶動產(chǎn)業(yè)轉型升級,進一步推動戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展,,3D顯示技術成為全球產(chǎn)業(yè)競爭焦點,。國際主流3D顯示技術公司紛紛加大了研發(fā)、專利申請和保護力度,。美國,、歐盟、日本,、韓國等從產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略高度出發(fā),,已經(jīng)制訂了3D顯示產(chǎn)業(yè)技術路線圖,力求搶占全球新技術,、新經(jīng)濟制高點,。

     建議行業(yè)主管部門和應用部門合作引導,加強頂層設計規(guī)劃,,結合當前3D產(chǎn)業(yè)發(fā)展瓶頸及新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展急需,,由3D聯(lián)盟牽頭,發(fā)揮行業(yè)主導作用和高校,、科研院所基礎作用,,組織開展跨行業(yè)、跨領域,、跨區(qū)域的產(chǎn)學研用協(xié)同創(chuàng)新,,發(fā)揮國家科技計劃的引導作用,強化技術創(chuàng)新支持政策,,著力攻克一批共性關鍵技術,,解決工業(yè)發(fā)展中的技術瓶頸,定期研究修訂和發(fā)布《3D產(chǎn)業(yè)關鍵共性技術發(fā)展指南》或《3D產(chǎn)業(yè)技術路線圖》,,明確各行業(yè)亟需突破的產(chǎn)業(yè)關鍵技術和共性技術,。提出3D產(chǎn)業(yè)發(fā)展的中、長期發(fā)展綱要與實施指南(3D技術路線圖),。在鞏固國內3D產(chǎn)業(yè)發(fā)展基石的同時,,迎合當前的3D技術延展(AR/VR/MR/XR)與行業(yè)應用的融合,,推動產(chǎn)業(yè)鏈和創(chuàng)新鏈向高端發(fā)展,建設具有國際水平的技術研發(fā)及服務平臺,,培育一批具有國際競爭力的龍頭企業(yè),,打造若干知名品牌,掌握一批核心技術,,建成我國3D產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新的示范基地和全球重要的3D產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)基地,。

     到2025年,力爭在產(chǎn)業(yè)鏈中上游環(huán)節(jié)取得突破,;培育發(fā)展一批技術引領型的標桿企業(yè)和機構產(chǎn)值超過10億元,,具有一定技術創(chuàng)新能力、在國內有影響的企業(yè),;在空間顯示和交互領域形成若干具有國際先進水平的特色優(yōu)勢產(chǎn)品,,培育若干有持續(xù)創(chuàng)新能力的重點技術研發(fā)中心,主要產(chǎn)品的技術,、質量和規(guī)模均處于世界領先地位,。特別是在:

——核心技術重點突破。加大研發(fā)投入,,開展技術攻關,。在光學設計、芯片設計,、工藝設備,、材料、圖形圖像處理,、顯示器件,、軟件、投影新光源及超短焦鏡頭等方面取得一批具有國際影響力的知識產(chǎn)權,,掌握產(chǎn)業(yè)鏈關鍵環(huán)節(jié)和核心話語權,。

——3D顯示產(chǎn)業(yè)鏈條形成。圍繞優(yōu)勢企業(yè)形成產(chǎn)業(yè)聚集效應,,建設具有國際競爭力的3D顯示產(chǎn)業(yè)基地,。形成覆蓋從內容獲取、制作,、傳輸,、顯示、應用等主要環(huán)節(jié)的產(chǎn)業(yè)鏈條,。

——團隊開發(fā)新機制建立。建立企業(yè),、高校,、科研機構和投資機構共同參與,、整體發(fā)展的創(chuàng)新體系,實現(xiàn)企業(yè)的研發(fā)中心,、開發(fā)團隊互相對接,,形成持續(xù)研發(fā)新機制,多方共贏,。

——3D顯示技術廣泛應用,。圍繞3D終端產(chǎn)品、立體交互,、游戲娛樂,、影視動漫等行業(yè)加大應用推廣力度,積極推動3D顯示技術在醫(yī)療,、軍事,、仿真、設計,、制造等專業(yè)領域的廣泛應用,。


(二)建立3D生態(tài),突破技術瓶頸,,提升產(chǎn)品供給質量,。

     今年,“十四五”規(guī)劃中數(shù)字經(jīng)濟板塊重點提及VR/AR將在未來的內容創(chuàng)作及互動領域扮演重要角色,,未來將推動三維圖形生成,、動態(tài)環(huán)境建模、實時動作捕捉,、快速渲染等技術創(chuàng)新,,發(fā)展虛擬現(xiàn)實整機、感知交互,、內容采集制作等設備和開發(fā)工具軟件,、行業(yè)解決方案。

     強化跨領域技術儲備,,以融合創(chuàng)新為導向,,面向價值鏈高端環(huán)節(jié),圍繞新一代顯示技術,、立體視覺,、3D智能感知交互、渲染處理,、5G網(wǎng)絡傳輸,、3D內容制作、3D打印等關鍵領域,將組織實施一批重點產(chǎn)業(yè)化創(chuàng)新工程,,掌握一批具備生態(tài)影響力,、帶動性大、前瞻性強的軟硬件核心技術,,依托3D行業(yè)骨干企業(yè),、高校院所和地方園區(qū),推動3D創(chuàng)新示范應用,,實現(xiàn)各類創(chuàng)新要素在產(chǎn)學研用間的聚焦,、流動與增值。到2025年,,力爭在技術薄弱環(huán)節(jié)取得突破,,特別是在:

——動態(tài)環(huán)境建模。虛擬環(huán)境的建立是虛擬現(xiàn)實技術的核心內容,。動態(tài)環(huán)境建模技術的目的是獲取實際環(huán)境的三維數(shù)據(jù),,并根據(jù)應用的需要,利用獲取的三維數(shù)據(jù)建立相應的虛擬環(huán)境模型,。在規(guī)則環(huán)境下,,三維數(shù)據(jù)的獲取可以采用CAD技術,而更多的環(huán)境則需要采用非接觸式的視覺建模技術,,兩者的有機結合可以有效地提高數(shù)據(jù)獲取的效率,。

——三維圖形生成。三維圖形的生成技術的關鍵在于如何實現(xiàn)“實時”生成,。為達到實時生成的目的,,至少要保證圖形的刷新率不低于15幀/秒,最好高于30幀/秒,。在不降低圖形的質量和復雜度的前提下,,如何提高刷新頻率將是該技術的主要研究內容。

——實時動作捕捉,。動作捕捉(Motion capture)又稱運動捕捉,,是指記錄并處理人或其他物體動作的技術,。它廣泛應用于軍事,,娛樂,體育,,醫(yī)療應用,,計算機視覺以及機器人技術等諸多領域,。在電影制作和電子游戲開發(fā)領域,它通常是記錄人類演員的動作,,并將其轉換為數(shù)字模型的動作,,并生成二維或三維的計算機動畫。

——快速渲染。渲染是指用軟件從模型生成圖像的過程,。未來將發(fā)展基于視覺特性,、頭動交互的渲染優(yōu)化算法,,加快高性能GPU配套時延優(yōu)化算法的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化,。突破新一代圖形接口、渲染專用硬加速芯片,、云端渲染,、光場渲染、視網(wǎng)膜渲染等關鍵技術,,推動渲染處理技術向高畫質,、低時延、低功耗方向發(fā)展,。

——感知交互,。加快六軸及以上GHz慣性傳感器、3D攝像頭等的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化,。發(fā)展魯棒性強,、毫米級精度的自內向外(inside-out)追蹤定位設備及動作捕捉設備。加快浸入式聲場,、語音交互,、眼球追蹤、觸覺反饋,、表情識別,、腦電交互等技術的創(chuàng)新研發(fā),優(yōu)化傳感融合算法,,推動感知交互向高精度,、自然化、移動化,、多通道,、低功耗等方向發(fā)展。

——內容采集,。發(fā)展全視角12K分辨率,、60幀/秒幀率、高動態(tài)范圍(HDR),、多攝像機同步與單獨曝光,、無線實時預覽等影像捕捉技術,重點突破高質量全景三維實時拼接算法,,實現(xiàn)開發(fā)引擎,、軟件、外設與頭顯平臺間的通用性和一致性。


(三)推動地方產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展先行示范和重點行業(yè)應用,。

     科技創(chuàng)新加速催生了新模式,、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài),。從疫情期間的在線辦公,、在線教育、在線醫(yī)療,,到沉浸式夜經(jīng)濟,、5G場景應用等,實現(xiàn)垂直產(chǎn)業(yè)場景化應用創(chuàng)新,,讓人們真正體會到信息化,、數(shù)字化、網(wǎng)絡化,、智能化的價值,。在國家政策下的數(shù)字經(jīng)濟業(yè)態(tài)與制造業(yè)不同,制造業(yè)是“技術先行”或“產(chǎn)品先行”,,而數(shù)字經(jīng)濟下的新產(chǎn)業(yè)業(yè)態(tài)孵化則是“場景先行”,。加大政策協(xié)調力度,對產(chǎn)業(yè)發(fā)展和地方布局進行科學引導,,對3D標準,、安全規(guī)范等進行梳理。推動地方產(chǎn)業(yè)發(fā)展與國家總體規(guī)劃的協(xié)同,,避免產(chǎn)業(yè)的盲目擴張發(fā)展,,推動地方實現(xiàn)差異化發(fā)展。推廣部省市合作共建產(chǎn)業(yè)基地等模式,,在發(fā)展基礎較好的地區(qū),,推進3D技術和地方特色產(chǎn)業(yè)融合示范,完善區(qū)域3D科技創(chuàng)新體系,,將產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與人民的需求,、智慧城市建設相結合,形成高度融合可持續(xù)的閉環(huán)發(fā)展模式,。

     推進3D重點行業(yè)應用,,引導和推進“3D+行業(yè)”發(fā)展,推廣和深化實用性強,、示范性好的3D和VR技術產(chǎn)品,,在工業(yè)、教育,、文化遺產(chǎn)數(shù)字化,、健康醫(yī)療,、商貿科技展覽展示、沉浸式夜經(jīng)濟等重點行業(yè),、特色領域的滲透應用,,促進跨行業(yè)的深度融合發(fā)展,創(chuàng)新各行業(yè)發(fā)展路徑,,積極培育新模式,、新業(yè)態(tài),拓展3D/VR產(chǎn)業(yè)發(fā)展空間,。


(四)搶抓3D產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略主動,,推動地方產(chǎn)業(yè)支撐平臺。

     3D技術創(chuàng)新,,本質上是以主導產(chǎn)業(yè)、頭部企業(yè)為主體,,以信息技術為核心要素重新聚集產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新要素,、重新構建3D數(shù)字生態(tài),以國內內頭部企業(yè)為核心,,培育產(chǎn)業(yè)頭部企業(yè)成為平臺型企業(yè),,覆蓋企業(yè)、產(chǎn)業(yè),、市場,、研發(fā)、資本等數(shù)字化資源,,打通全產(chǎn)業(yè)鏈的設計,、生產(chǎn)、分發(fā)等環(huán)節(jié),,加強渠道,、品牌、數(shù)據(jù),、技術,、系統(tǒng)集成等優(yōu)勢,通過大企業(yè)建平臺,、中小企業(yè)用平臺雙輪驅動,,完善運營機制、共享3D數(shù)據(jù)資源等,,可以高效激活各種創(chuàng)新力量,,構建3D數(shù)字化生態(tài),促進產(chǎn)業(yè)鏈不同環(huán)節(jié)良性互動發(fā)展,。

    基于全國各地區(qū)域3D技術研發(fā)與產(chǎn)業(yè)生態(tài)的現(xiàn)有優(yōu)勢,,并與智能制造(3D打印增材制造),、數(shù)字經(jīng)濟、智慧城市建設融合應用,,率先布局產(chǎn)業(yè)頂層規(guī)劃,,實現(xiàn)3D產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展。建設產(chǎn)業(yè)支撐服務平臺,,重點與3D行業(yè)龍頭企業(yè),、行業(yè)組織和第三方機構橫向合作,針對3D產(chǎn)業(yè)發(fā)展實際需要,,建設和運營產(chǎn)業(yè)公共服務平臺,,提供技術攻關、成果轉化,、測試推廣,、信息交流、創(chuàng)新孵化等服務,,推動構建集規(guī)?;瘎?chuàng)新、投資,、孵化和經(jīng)營為一體的3D/VR生態(tài)系統(tǒng),,優(yōu)化產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境。