2018年，刘慈欣被授予克拉克想象力服务社会奖，他在领奖时的演讲中调侃道：“说好的星辰大海，你却只给我Facebook”。同年，已经被Facebook收购的Oculus GO和Oculus Rift合计售出68.5万台。截止到2021年底，2020年第四季度才推出的Facebook的VR产品Quest 2已经累计售出1480万台。而被刘慈欣调侃的Facebook，也在其2021年开发者大会上宣布将公司改名为meta(metaverse元宇宙的前四个字母)。同年在线游戏公司Roblox在美国的成功上市，把“metaVerse”写进了招股书。各种因素叠加，气氛烘托，新闻报道将2021年描述为“元宇宙”爆发元年，甚至带火了最早提出“元宇宙”概念的科幻小说《雪崩》的在线销售。
虽然并非必须由虚拟现实(virtual reality ,VR)或增强现实(augmented reality，AR)设备才能进入元宇宙，但以沉浸式体验为核心感知的、平行与现实世界的“元宇宙”而言，VR或AR设备的发展对于建立宏大的“元宇宙”不可或缺。
元宇宙硬件市场态势
根据国际数据公司(IDC )的统计，2021年全年全球AR/VR头显出货量达1.123万台，同比增长92.1%。其中，VR头显出货量达1.095万台，占比97.5%。
图1：全球AR/VR市场出货量及预测
IDC公司2022年6月30日的最新统计又显示，被调侃的Facebook公司(即已经更名后的meta公司)的VR设备市场占有率目前已经高达90%，其次为2021年被字节跳动收购的Pico VR设备，占比约4.5%;DPVR，HTC和iQIYI合计占比不到4%。
相比面向大众娱乐市场、出货量占比较大的VR设备，AR设备主要专注于教育、工业制造以及医疗等利基市场。谷歌、微软等大公司在该领域已经耕耘多年。业界对于Apple公司即将推出的AR设备给予厚望，希望Apple公司的AR产品能像其电脑、手机和手表产品一样成功，带动和扩大AR设备的大众市场。
元宇宙硬件设备主要厂商专利技术分析
VR/AR硬件所构建的“宇宙”需要庞大和纷杂的技术支撑。简单而言，VR/AR设备涉及显示、交互和图形等技术领域，实现这些技术又需要芯片、存储、通信以及机器学习等技术的支撑。
笔者根据各种VR和AR设备市场分析报告，选出了排名靠前的十家公司(其中两家为中国公司),分别是Microsoft(微软)、Sony(索尼)、Samsung(三星)、meta(脸书)、Alphabet(谷歌)、Apple(苹果)Magic Leap、HTC、字节跳动和上海乐相科技。
鉴于主要对比十家公司的相对态势，时间和资源所限，笔者并没有进行VR和AR的多层技术主题拆解。笔者利用LexisNexis PatentSight®专利数据库，检索了标题、摘要和权利要求中包含了virtual reality和 augmented reality表述的专利，同时利用该数据库的VR，AR以及头显设备技术分类，补充了部分专利，最后对说明书全文进行上述关键词检索，再辅以人工筛选，尽量避免相关专利的遗漏，最终选出十家公司相关专利族11.481个。
VR和AR涉及技术领域广泛，如图2.Microsoft、Sony、Samsung和Alphabet有多年的相关技术积累。而meta公司和Apple公司相关专利数量，则是在2014和2015年以后增速明显，这主要归因于这两家公司在2014年以后收购了众多的VR和AR相关技术公司。meta公司(之前为脸书公司)2014 年 以20 亿美元收购 Oculus，其后又收购了27家相关技术公司。Apple公司也收购了20余家该领域的公司(资料来源于《元宇宙系列深度报告：下一代互联网前瞻》，国海证券)。
图2：十家公司专利申请趋势和专利数量(族)
为了评价十家公司相关技术的影响力水平，笔者引入了LexisNexis PatentSight®的Decile of Technology Relevance指标(技术影响力十段位)。简单而言，该指标对专利被引证的数量，在考虑引证来源和同IPC技术分类的平均水平的基础上进行数据标准化处理，用来评价专利的技术影响力水平。该指标将技术影响力分为十个段位，第十段位为影响力最高段位。如图3.第十段位专利占比指某一公司落入第十段位的相关专利占其全部VR/AR相关专利的比例。比例越高，总体上表明该公司相关专利的平均技术影响力越高。占比最高的公司是早在2010年就推出了混合现实技术(Mixed Reality，MR)的Magic Leap公司。根据该公司的介绍，MR融合了VR和AR的优点，模糊了虚拟和现实的边界。但其产品上市后，与其最初的酷炫宣传片差距甚远。2020年不得不解雇了一大批员工并更换了CEO，取消了大众消费市场的AR产品计划，转而专注于B端的医疗保健、制造业和国防等利基市场。作为VR和AR技术领域的先行者，该公司的专利对后续公司有着重要的技术影响。
图3：十家公司专利技术影响力第十段位占比
如前所述，meta的VR设备市场占有率目前高达90%，然而该公司第十段位的专利占比却仅有14%。当VR/AR设备的市场进一步扩大，可以想象相关的专利诉讼也会像当年的智能手机诉讼一样猛烈。
VR/AR设备领域的专利诉讼战争已经开始。2022年5月下旬，Immersion公司在德州西区联邦地区法院起诉meta公司6项专利侵权。这些专利包含了与VR/AR设备相关的触觉回馈技术。Immersion是一家从事AR/VR创新触觉技术的领先公司，专注于触觉回馈技术设计开发。可以预见，meta等主要VR/AR设备厂商为了进一步扩大市场，会通过自研、交叉许可以及收购的方式，扫除发展中的专利壁垒。
十家公司在触觉交互技术方面也不断申请新的专利。例如2021年，meta公司推出了应用于VR/AR场景的气动触觉手套，并于2021年申请了“微流体装置和流体逻辑器件”(申请号US17223919)等触觉手套相关专利;Samsung公司2021年申请了“触觉手套装置和虚拟现实装置”(申请号US17528509)等专利;Microsoft公司2017年申请了“触觉反馈系统”(申请号US15640341)等几项专利;而Magic Leap公司则早在2012年就申请了专利“一种人机交互用触觉手套” (申请号US13633113)。
元宇宙硬件设备进化路线：VR还是AR？
虽然meta在交互技术上首先遇到了专利挑战，但更大的挑战来自于通向“元宇宙”的硬件路线选择：VR还是AR。
相对于创建一个封闭的VR虚拟世界，AR则需要将一个虚拟世界叠加到现实世界中来，技术难度比VR高出一个维度，面临更多的技术挑战。AR 光学专家 Karl Guttag 表示：“如果说 AR 的难度是 VR 的 10 倍，这可能也只是保守的估计。因为 AR 眼镜没办法像 VR 一样，直接将显示屏放在人眼前，否则会遮挡视线。此外，VR 对于头显外观和体积的容忍度更高，而全天候佩戴的 AR 眼镜则需要更轻量化、外观更日常。除此之外，还需要保证显示系统足够透光，不遮挡视线……”。
AR技术的不成熟和居高不下的成本，让许多AR厂商暂时转向特定的利基市场，例如HoloLens以及Magic Leap 2.然而，利基市场无法构建一个庞大“元宇宙”，AR产品最终需要走向大众市场，因此Apple公司的AR产品备受业界期待，预计2023年上半年推出。虽然Apple公司反复宣称坚持走AR路线，其十年来收购的20余家公司也有不少是专注AR产品和技术，但从坊间流传的效果图来看，Apple公司即将推出的头显似乎是AR与VR的一体设备，至少预留了可执行VR功能的设计。
meta公司虽然在VR市场已经占有绝对的市场份额，但其依然没有放弃AR产品和体验。2021年meta公司申请了专利“包括体布拉格光栅的透镜组件和显示设备”(申请号US17241921)， “期望显示设备将环境光无缝地透射到用户的眼睛，同时将一个或多个图像投射到用户的眼睛”，即实现AR的功能。AR和VR许多的技术是共通的，例如显示，图像处理，3D建模，交互等。从技术系统进化趋势角度看，未来的元宇宙硬件设备必然符合向超系统过渡的进化趋势，集成了VR和AR的多系统功能，使用者可以在元宇宙和现实宇宙中自由切换，毕竟人的身体还停留在现实世界。也许有一天，脑机接口技术完全成熟了，那么元宇宙硬件可能被剪裁为一枚嵌入式芯片。
