空间计算发展报告（2024年）总结
空间计算作为继PC桌面计算和移动计算之后的一种虚实融合的“感知-通信-计算-交互”一体化的新型计算范式，通过对物理空间、用户空间和信息空间的多模态感知、三维建模与虚实融合，实现虚拟信息基于物理场景和以用户为中心的沉浸式呈现与实时动态交互。空间计算是元宇宙的核心关键支撑技术，已经成为世界各主要大国重点关注的新兴战略性技术。
空间计算融合了传感器技术、人工智能、计算机视觉、先进网络等众多前沿领域的成果，为我们带来了前所未有的沉浸式交互体验。它不再局限于传统的二维平面交互，而是将我们带入一个三维沉浸式的虚实融合空间。未来以XR终端为主的空间计算时代，算力、人工智能与网络通信技术将更加关键。特别是沉浸式通信已经成为6G的主要应用场景之一，6G将为空间计算技术的发展在通信、感知、计算等方面提供坚实支撑，成为空间计算发展的强大背景和综合生态系统，为空间计算技术创新和应用拓展奠定基础。
随着XR眼镜技术的不断升级和普适化推广，空间计算的应用场景将日益广泛，可以广泛应用到工业、文旅、教育、医疗等行业。本报告深入分析了空间计算的发展现状、涉及的关键技术、产业发展动态、行业应用情况、国内外标准制定情况、以及面临的挑战和未来的发展趋势，旨在为空间计算领域的研究者、开发者和决策者提供有价值的参考。
空间计算技术发展的背景
空间计算代表了一种全新的计算范式，通过虚拟与现实的深度融合，让计算系统能够理解、模拟和增强物理空间。回顾计算技术的发展历程，大致经历了从PC桌面计算到智能手机移动计算,再到以XR终端为主的空间计算时代的发展历程。伴随着人机交互技术的变革、划时代终端的出现以及新型网络技术的演进升级，每个阶段都极大地扩展了计算的能力和应用场景，同时也提升了设备对环境的感知能力和用户交互的自然性。
- PC桌面计算时代：以个人台式电脑（PC）为主要代表，用户需要在固定的位置使用计算机，核心技术是中央处理器（CPU）和存储技术，确保了较强的计算和数据存储能力。但受限于物理空间和设备携带不便，沉浸式体验差。
- 移动计算时代：以笔记本电脑、智能手机和平板电脑为主要代表，计算从固定的桌面环境转移到更加灵活的移动场景中。移动设备集成了多种传感器，一定程度上增强了对环境的感知能力。但受限于基于触摸屏的人机交互技术的局限，用户的沉浸感体验不强。
- 空间计算时代：以扩展现实XR终端为主的空间计算，不再局限于实体屏幕，而是在真实的物理空间中，通过扩展现实XR（涵盖AR/VR/MR）技术，实现物理世界与数字世界的无缝融合，提供更加沉浸式的虚实融合体验。
空间计算概念定义
- 广义的空间计算：指的是计算机对空间数据和空间关系的处理和分析能力，涉及空间数据的获取、管理、处理和理解与空间位置相关的信息。
- 狭义的空间计算：是指继桌面计算、移动计算之后的一种虚实融合的“感知-通信-计算-交互”一体化的新型计算范式，通过对物理空间、用户空间和信息空间的多模态感知、三维建模与虚实融合，实现虚拟信息基于物理场景和以用户为中心的沉浸式呈现与实时动态交互。
空间计算的行业应用
空间计算旨在融合数字世界和物理世界，利用扩展现实XR（VR/AR/MR）、AI等技术，推进互联网应用型态由二维平面向三维空间进化，可以广泛应用于工业、文旅、商业、教育、医疗、军事、地产、娱乐等诸多行业。
- 工业行业：空间计算能够带来生产效率的提升，为企业降低成本。例如，AR可将2D或3D信息叠加到真实物体和现实环境中，实时获取装配和维修指导，从而显著减少误操作和培训成本。
- 文旅行业：空间计算正深度融合文旅产业，重塑产业结构与游客体验。例如，VR大空间技术的应用，能够为游客打造更加沉浸式的虚拟游览体验。
- 商业领域：空间计算技术在零售业推动了场景数字化，沉浸式的购物体验。
- 教育行业：空间计算为教育和职业培训带来了创新的教学方式，可以促进教学方式的变革。
- 医疗行业：空间计算在医疗领域的应用正在迅速发展，借助AR、VR、MR和AI技术，可以极大地改善医疗服务的效率和质量。
- 其他行业：空间计算在房地产行业、娱乐行业、广电行业等也具有广泛的应用前景。
空间计算发展趋势
- 全球市场规模增长潜力巨大：预计到2033年，空间计算的全球市场规模将增长至1.7万亿美元。
- 技术不断创新与突破：苹果VisionPro等产品的出现，推动空间计算领域产品与技术趋势的引领。
- 应用场景不断拓展：空间计算软件也在不断发展，苹果、微软、亚马逊等科技巨头积极布局空间计算领域。
- 政策大力支持空间计算发展：国内外政府均出台政策支持空间计算技术的发展。
- 产业链协同发展，生态系统不断完善：空间计算产业链已经初步形成了硬件、软件、内容和服务等环节的协同发展态势，生态系统正在逐步形成。
空间计算核心关键技术进展
- 空间计算终端的进展：空间计算XR终端设备可分为光学透视（OST）和视频透视（VST）两种技术路径，依据现实世界呈现方式的不同。设备形态划分：一体式和分体式。
- 空间建模技术的进展：空间数据采集技术包括接触式和非接触式方法，如倾斜摄影技术、光场（LightField）等。空间数据管理技术包括空间数据高效检索技术和空间数据可视化技术。空间三维重建技术包括运动结构恢复（SfM）、多视角立体视觉（MVS）、表面重建与纹理重建。数字人建模技术包括人脸建模、人体建模和人物动态建模。
- 空间感知技术的进展：三维注册技术包括目标追踪和同步定位与建图（SLAM）。三维空间感知技术包括运动结构恢复（SfM）和3D高斯泼溅（3DGS）技术。
- 三维渲染引擎技术的进展：三维渲染技术发展概述，国国内外三维渲染引擎发展情况，渲染技术的发展动态。
- 智能人机交互技术的进展：手势识别交互技术、眼动追踪交互技术、语音交互技术、脑机接口技术、多模态交互技术。
- 新型视频技术的进展：空间视频、体积视频。
空间计算产业分析
- 国际和国内产业政策情况：国际和国内政府均出台政策支持空间计算产业的发展。
- 国际和国内企业发展情况：国内外企业在空间计算产业链上下游均有布局，如芯片、光学器件、显示屏、软件、终端产品等。
- 国内外投融资情况：空间计算领域备受国内外投融资市场瞩目，企业纷纷布局。
空间计算行业应用情况
- 空间计算+文旅：高精度景区数字建模、博物馆AR导览、AR数字文创体验、元宇宙线上展馆、虚拟旅游、文化遗产数字化、智能导航服务、旅游安全管理、旅游产品创新、导游实训教学。
- 空间计算+工业：黑灯工厂、故障诊断、设备巡检、安全监测、物流分拣、辅助装配、远程验收、远程售后、展厅交互、生产实训、生产漫游。
- 空间计算+娱乐：虚拟演唱会革新、虚拟体育赛事新体验、XR大空间革新室内文娱、动作捕捉技术提升游戏制作。
- 空间计算+办公：空间计算技术能够提供沉浸式的远程会议体验，使团队成员感觉如同在同一个房间内工作。
- 空间计算+医疗：医疗模拟教学、医疗急救治疗、医疗手术智能辅助、医学治疗保健。
- 空间计算+商业：AR导航服务、AR营销创新、AR互动游戏、AR中庭景观、VR云Mall、AI数字人云播、AR试衣镜。
标准化路径
- 空间计算标准化框架：空间计算标准体系结构由基础、技术与平台、应用和服务、开发运营以及安全保障等五个部分构成。
- 国内外标准化现状：国内外均积极开展空间计算标准制定工作，涉及基础标准、关键技术标准、应用服务标准、开发运营标准以及安全治理标准等方面。
- 我国待研标准：基础标准、技术和平台标准、服务与应用标准、开发运营标准、安全与治理标准。
- 重点待研制标准：基础标准、技术和平台标准、服务与应用标准、开发运营标准、安全治理标准。
总结与展望
空间计算技术的发展前景广阔，将对未来社会产生深远影响。未来，空间计算技术将不断与XR技术、人工智能、5G/5G-A网络、云计算等前沿技术融合应用，为行业带来更多的创新突破和发展机遇。空间计算技术也将逐渐渗透到各行各业实现跨界融合和创新应用，推动各行业的数字化转型和升级。随着6G时代的到来，空间计算将迎来真正跨越式发展，普适化的沉浸式元宇宙应用时代将真正到来。
空间计算发展面临的问题与挑战主要集中在XR终端的轻量化、无线接入、能耗和成本等方面，以及三维重建技术、人机交互技术、三维引擎和渲染技术、网络通信和计算的融合等方面。未来，需要国家政策制定、大企业研发投入、国家科研项目专项支持、产学研协同、标准制定以及人才培养等多方面的努力，推动空间计算技术和产业的快速发展。
