3D 成像带来人机交互的第三次革命，下一站：AR 人机交互已经实现了二次革命：1）鼠标、2）多点触控；随着 3D 成像技术的普及人机交互有望迎来第三次革命：3）体感交互。
第一次人机交互革命：早期的人机交互在一维层面上进行，如打字机和 DOS 系统的电脑。随着鼠标的发明和可视化图形界面的普及，人机交互迎来了第一次革命。
第二次人机交互革命：触摸屏的普及以及多点触控的出现，令人机交互进入了二维层面。相比鼠标和键盘，多点触控能更方便、多样的实现输入。
第三次人机交互革命：我们认为随着 3D 成像的普及，体感技术将快速成熟，带来第三次人机交互革命。体感技术将带来不需要任何手持设备即可进行人机交互的全新体验，并于AR相结合实现3维的输入和输出。
AR 为光学创新集大成者：AR（Augmented Reality）即增强现实，让人看到现实中不存在的物体和现实世界融合在一起的图像并与其交互，通过投射装置，将手机或电脑上的影像投影到其他介质上。AR 设备的核心难点就在于光学系统的设计，设计光学的元件包括摄像头、波导镜片、Lcos 等，3D 成像等技术的进步是实现 AR 的基础。
3D 成像是提升 AR 效果的核心手段：在苹果的 WWDC 大会上展示了 ARkit 的 Demo，在摄像头界面上，可以看到实体桌面上有一个虚拟的冒着热气的咖啡杯。现在看来效果已经不错，但如果想要将虚拟物体和现实物体更真实的融合在一起，还需要 3D 传感器，后者让手机能够更加清楚的知道桌面的位置，因此能够让桌面上的虚拟杯子更加真实，而不是像 Pokemon Go 一样仅仅是 2D 贴图。如不用 3D 计算深度来实现 AR，当移动手机时，虚拟物体和手机一起移动，而非固定背景里，这就降低了 AR 体验。除了平动，在将手机从不同角度拍摄时，虚拟物体能做相应的转动，这极大的依赖于对拍摄背景的深度数据。
参考中国报告网发布《2017-2022年中国3D行业市场发展现状及十三五发展前景分析报告》
2、从功耗角度而：ToF 方案功耗高、发热量大。
3、从测量准确性角度而言：结构光在室内弱光环境准确性高，但在室外强光干扰下准确度差。
4、从结构紧凑型角度而言：结构光方面紧凑型高。
从厂商的站队以及产品影响力来看，结构光方案占据主流。采用结构光技术路线代表公司有 PrimeSense（被苹果收购）、Microsoft、Intel、Google 等，厂商影响力大，产品接受度高，是最主流的 3D 成像实现方法，当前创业公司几乎都沿用此技术路线。飞行时间法（ToF）除在体感游戏外，并无太多应用。双目立体视觉方案因检测范围太小（不足 1 米），远距离检测问题很多，导致应用场景太少。
综合比较 3 种方面优缺点，我们认为：结构光方案适合于消费电子产品前置 3D 成像，以及后置 3D 成像的近距离场景，当前成熟最高，供应链已具备量产能力，有望在苹果的引领下最先得到普及。而 ToF 方案适用于消费电子产品的后置 3D 成像，用于远距离、室外强干扰环境；当前仍有不少问题要解决，有望从 2019 年开始逐步成熟。
第一次人机交互革命：早期的人机交互在一维层面上进行，如打字机和 DOS 系统的电脑。随着鼠标的发明和可视化图形界面的普及，人机交互迎来了第一次革命。
第二次人机交互革命：触摸屏的普及以及多点触控的出现，令人机交互进入了二维层面。相比鼠标和键盘，多点触控能更方便、多样的实现输入。
第三次人机交互革命：我们认为随着 3D 成像的普及，体感技术将快速成熟，带来第三次人机交互革命。体感技术将带来不需要任何手持设备即可进行人机交互的全新体验，并于AR相结合实现3维的输入和输出。
图：目前主流交互方式为二维触控交互
图：3D 成像助力下体感交互有望快速发展
AR 为光学创新集大成者：AR（Augmented Reality）即增强现实，让人看到现实中不存在的物体和现实世界融合在一起的图像并与其交互，通过投射装置，将手机或电脑上的影像投影到其他介质上。AR 设备的核心难点就在于光学系统的设计，设计光学的元件包括摄像头、波导镜片、Lcos 等，3D 成像等技术的进步是实现 AR 的基础。
图：AR 设备光学系统复杂
3D 成像是提升 AR 效果的核心手段：在苹果的 WWDC 大会上展示了 ARkit 的 Demo，在摄像头界面上，可以看到实体桌面上有一个虚拟的冒着热气的咖啡杯。现在看来效果已经不错，但如果想要将虚拟物体和现实物体更真实的融合在一起，还需要 3D 传感器，后者让手机能够更加清楚的知道桌面的位置，因此能够让桌面上的虚拟杯子更加真实，而不是像 Pokemon Go 一样仅仅是 2D 贴图。如不用 3D 计算深度来实现 AR，当移动手机时，虚拟物体和手机一起移动，而非固定背景里，这就降低了 AR 体验。除了平动，在将手机从不同角度拍摄时，虚拟物体能做相应的转动，这极大的依赖于对拍摄背景的深度数据。
图：3D 成像技术为 AR 效果提升核心手段
结构光方案有望率先成熟，TOF 紧随其后 目前 3D 成像技术主要有 3 种：1）结构光；2）ToF-飞行时间法；3）双目立体视觉。
图： 主流 3D 成像技术
结构光
“结构光”指一些具有特定模式的光，其模式图案可以是点、线、面等。结构光 3D 成像的原理是首先将结构光投射至物体表面，再使用摄像机接收该物体表面反射的结构光图案，由于接收图案必会因物体的立体型状而发生变形，故可以试图通过该图案在摄像机上的位置和形变程度来计算物体表面的空间信息。
图：规则光栅的结构光
参考中国报告网发布《2017-2022年中国3D行业市场发展现状及十三五发展前景分析报告》
图：Prime Sense 结构光
ToF（飞行时间法）
TOF 技术是发射一束经过相位调制的红外激光到被测物体，当红外激光被反射回摄像头，会因为光飞行时间的延迟，导致相位跟发射时的相位有微小的变化，通过计算相位的变化，就可以计算出被测物体到摄像头之间的距离。
图：ToF 成像原理
双目立体视觉
所谓双目立体成像就是利用两个摄像头捕捉的图像之前的视场角度差，来计算出被测物体到摄像头的距离，当视场角越大说明距离越近，反之则越远。
图： 双目立体视觉技术
结构光适用于近距离场景，将成前置 3D 成像主流， 双目立体视觉、结构光和 ToF 这三种 3D 成像技术各有优缺点。
1、从软件复杂度角度而言：双目立体视觉主要依靠算法，软件复杂度高，计算量大。2、从功耗角度而：ToF 方案功耗高、发热量大。
3、从测量准确性角度而言：结构光在室内弱光环境准确性高，但在室外强光干扰下准确度差。
4、从结构紧凑型角度而言：结构光方面紧凑型高。
图：双目立体视觉、结构光和 ToF 三种成像技术对比
从厂商的站队以及产品影响力来看，结构光方案占据主流。采用结构光技术路线代表公司有 PrimeSense（被苹果收购）、Microsoft、Intel、Google 等，厂商影响力大，产品接受度高，是最主流的 3D 成像实现方法，当前创业公司几乎都沿用此技术路线。飞行时间法（ToF）除在体感游戏外，并无太多应用。双目立体视觉方案因检测范围太小（不足 1 米），远距离检测问题很多，导致应用场景太少。
图：厂商对 3D 成像方案的选择
综合比较 3 种方面优缺点，我们认为：结构光方案适合于消费电子产品前置 3D 成像，以及后置 3D 成像的近距离场景，当前成熟最高，供应链已具备量产能力，有望在苹果的引领下最先得到普及。而 ToF 方案适用于消费电子产品的后置 3D 成像，用于远距离、室外强干扰环境；当前仍有不少问题要解决，有望从 2019 年开始逐步成熟。
苹果引领，安卓跟进，百亿美元空间正加速开启
苹果在 2017 年的 OLED 版 iPhone 中率先导入前置 3D 成像模组，这是整个 3D 成像行业爆发的起点；我们预计 2018 年苹果将在他的所有 OLED 版手机中同时导入前置 3D 成像，同时在其高端旗舰中导入后置 3D 成像模组；安卓阵营 2018 年开始小批量导入，但是由于苹果垄断了结构光全球产业链几乎所有成熟资源，安卓阵营预计会比苹果晚一年半左右，2018 年试水，2019 年加速渗透。我们预计，3D 成像行业产值将从 2017 年的 6 亿美元迅速增长到 2020 年的 127 亿美元，2017-2020 年3 年 CAGR 高达 177%。
图：3D 成像市场空间测算
资料来源：中国报告网整理，转载请注明出处（ZQ）
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