虚拟现实眼动追踪专利技术综述

虚拟现实眼动追踪专利技术综述

王艳涛

国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心  天津 300304

摘要：眼动追踪技术是虚拟现实系统的重要组成部分，能够帮助用户获取物体位置并得到观察事物深度的特点，使其在虚拟现实与增强现实领域能为用户提供更好的交互体验和沉浸感。本文通过对我国以及全球主要国家和地区在虚拟现实眼动追踪技术领域的专利申请进行了分析，从专利视角对虚拟现实眼动追踪技术的发展进行解读，以期对中国企业的专利布局有所帮助。

关键词：虚拟现实；眼动追踪；专利布局

一、引言

《国家创新驱动发展战略纲要》以及《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标纲要》中均提及发展重点包括虚拟现实，推动虚拟现实中的实时动作捕捉的技术创新，发现虚拟现实感知交互等设备和开发工具软件、行业解决方案。因此，本文是贯彻落实国家创新驱动发展战略和知识产权强国建设战略，以国家需求为导向，主动响应国家的需要，从专利视角对虚拟现实中涉及的眼动追踪技术的发展进行研究和解读，以期对中国的专利布局有所帮助。

二、虚拟现实眼动追踪技术简介

虚拟现实（virtual reality，VR）：指虚拟和现实相互结合，通过计算机将真实与虚拟相结合，打造一个可人机交互的虚拟环境，这也是AR、VR、MR等多种技术的统称。通过将三者的视觉交互技术相融合，为体验者带来虚拟世界与现实世界之间无缝转换的“沉浸感”。

眼动追踪指利用眼球运动时以相对不变的某些特征作为参照物，从而获得眼睛的睁闭状态、注视方向、时间、以及注视点的移动轨迹和移动速度等信息。眼动追踪技术是虚拟现实领域中相当先进的技术。

近年来眼动跟踪技术的应用越来越广泛，随着研究的深入在传统眼动跟踪原理的基础上提出了许多创新的跟踪方法。眼动跟踪技术与其他技术结合的方法成为发展的趋势，为眼动跟踪研究提供了全新的思路，眼动跟踪与MEMS技术、VR/AR技术、生物识别技术等相结合，积极服务于与人们生活相关的各个领域，具有广阔的应用前景。

将VR眼动追踪技术分解为侵入式和非侵入式两种实现方式，具体分解情况如表1所示。

表1 VR眼动追踪技术分解表

三、全球专利分析

经检索，截止到2021年11月5日，在Incopat检索平台针对虚拟现实眼动追踪技术，检索到全球专利申请量共4835件，同族合并后为2118项。

（一）全球专利申请量稳步增长

图1是VR眼动追踪技术全球专利申请趋势图。总体来看，全球专利申请量呈现稳定上升趋势。眼动追踪作为VR交互的重要组成部分，最早可追溯到上世纪90年代。1992-2013眼动追踪技术的萌芽期，年申请量不超过50项，且主要技术集中在侵入式检测。2014年至今，专利申请量呈现快速上升趋势，在这阶段，主要技术逐渐由侵入式向非侵入式过度。图中2020-2021年呈现下降趋势，主要是由于部分申请未公开。

图1 VR眼动追踪技术全球专利申请趋势（单位：项）

（二）各国申请人的专利申请量分布

图2是VR眼动追踪技术全球申请来源国/区域分布图，可以看出全球申请的主要来源国为美国、中国、韩国、日本及欧洲。其中美国专利申请的占比最大，成为全球VR眼动追踪第一大创新主体。

图3是VR眼动追踪技术全球申请目的国/区域分布图，目的国代表该专利技术的消费市场，从图中看，美国同样稳居首位，中国与美国相比差距明显，可以看出，美国是全球最大的VR眼动追踪消费市场。

图2 VR眼动追踪技术全球申请来源国/区域分布

图3 VR眼动追踪技术全球申请目的国/区域分布（单位：项）

（三）各国创新主体专利技术布局不同

图4 是VR眼动追踪技术主要申请人排名。从全球主要申请人分析，前10位仅有一位中国申请人。在主要申请人中，美国占半数之多，具有绝对优势。脸谱科技以199项专利申请遥遥领先。综合专利数量及地域分布，选取脸谱科技、奇跃、京东方作为行业内重要申请人。

图4 VR眼动追踪技术主要申请人排名（单位：项）

对于脸谱科技，主要申请分布在非侵入式眼动追踪技术，其中又以瞳孔角膜反射和捕获眼睛影像技术为主，这两项技术发展相对成熟，应用到VR中的成本、难度较低。此外，脸谱科技在各个技术分支均有一定的专利申请量，其技术发展综合性较强，没有明显短板。

对于奇跃，主要申请分布在非侵入式眼动追踪技术，其中又以瞳孔角膜反射和捕获眼睛影像技术为主，与facebook相比，其更侧重于捕获眼睛影像实现眼动追踪技术。同样的，该公司作为较早进军VR的公司，其在各个技术分支也都有一定的专利申请量，技术发展综合性较强，没有明显短板。

对于京东方，未涉及侵入式眼动追踪技术，其在VR领域入局较晚，目前主要是技术的跟随，因此对于非侵入式的各个技术基本涉及，但在自主研发技术方面较弱。

（四）中美专利态势对比分析

美国为全球VR眼动追踪专利第一大来源国和目标国，专利申请量多，可分析性强，且VR产业发展始终位于全球前列，因此选取美国作为对比目标国，通过专利数据分析来挖掘中国VR眼动追踪技术发展的提升空间。

通过专利数量可以很明显的看出国内VR技术发展不足。图5示出了中美在VR眼动追踪的专利申请分布情况，在所有的技术分支中，美国均在数量上存在压倒性优势，这得益于美国起步较早的VR产业以及成熟完善的市场环境。

图5 VR眼动追踪中、美专利申请分布（单位：件）

图6-7示出了中国和美国眼动追踪专利全球布局对比情况，可以看出，85%以上的中国申请目标为国内市场，海外布局较少；美国作为中国在VR眼动追踪领域最大的海外目标国，专利流入也仅有6.58%。反观美国，其国外专利流出占比总额达到3成，为其拓展国外VR眼动追踪市场提供了法律和技术支持。相对而言，中国在眼动追踪专利布局存在缺陷，国际竞争力差，主要原因还是因为起步较晚，虽然发展速度不慢，但是其核心技术储备较少。

图6 VR眼动追踪中国专利全球布局情况

图7 VR眼动追踪美国专利全球布局情况

四、中国VR眼动追踪技术的后续发展思路

中国对VR眼动追踪技术进行了初步的研究，但目前仍存在发展的瓶颈和短板，如各项技术的发展均相对不足，眼动追踪市场规模仍显偏小；各项技术的重要申请人的中国申请人均较少，甚至没有，创新龙头企业较少，且各创造主体之间合作较少，产业未形成集群优势，难以满足日益增长的市场服务需求；对于申请人关注的技术领域，与美国相比，在各技术分上的专利差距均较为明显。各技术领域均是国内的发展短板，也是为未来需要抓紧追赶、重点布局的技术分支。针对上述不足，可以发挥基础优势进行内部资源整合，促进企业科研院校之间技术交流、技术创新、技术成果转化，形成VR眼动追踪产业链；可以加强专利引导、外部引进与合作，加强外国的企业引进合作，补足VR眼动追踪产业链。

参考文献

[1]周静等，虚拟现实技术专利导航分析综述，中国科学：信息科学，2019，49（11）：1451-1471

[2]王旸等，虚拟现实呈现技术专利技术综述，专利技术综述，201706,23（6）：14-26

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