1、空间计算发展报告（2024）3空间计算发展报告（2024）空间计算发展报告（2024年）4空间计算发展报告（2024）空间计算发展报告（2024年）5空间计算发展报告（2024）序 言空间计算是继PC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体验与实时动态交互。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
2、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
3、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。让我们共同期待空间计算为我们的生活带来更多的惊喜与变革，引领我们走向一个更加智能、便捷和充满无限可能的未来。张 平北京邮电大学网络与交换技术全国重点实验室主任、中国工程院院士 2024年12月8日于北京7空间计算发展报告（2024）目 录录8空间计算发展报告（2024）9空间计算发展报告（2024）10空间计算发展报告（2024）11空间计算发展报告（2024）1空间计算发展报告（2024）一、空间计算技术发展的背景景（一）空间计算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
4、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。1.1.1桌PC桌面计算时代这是早期的计算机计算范式，主要特点是用户需要在固定的位置使用计算机，如个人台式电脑（PC），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。PC桌面计算为信息处理和办公提供了强大的支持，但受限于物理空间和设备携带不便。PC时代的计算集中在二维模式下，人机
5、交互方式主要局限于键盘和鼠标，终端对物理环境的感知能力弱，难以对物理空间进行有效感知和计算，导致物理空间和数字空间处于割裂状态，沉浸式体验差。1.1.2桌移动计算时代随着技术的发展，计算机开始小型化，满足了商务人士对便携性的需求，这一阶段的主要代表是笔记本电脑。随着3G/4G/5G移动通信技术的发展、智能手机和平板电脑的普及，人类真正进入到了移动计算的时代，计算从固定的桌面环境转移到更加灵活的移动场景中。移动计算使得用户可以在不同的地点进行随时随地的工作和学习，极大地提高了工作效率和生活的便利性。移动设备（特别是智能手机、平板）集成了多种传感2空间计算发展报告（2024）器（如摄像头、加速计、
6、GPS等），一定程度上增强了对环境的感知能力（特别是位置能力）。随着2017年开始苹果和Google先后推出了移动增强现实SDK ARKit和ARCore，开启了虚实融合的移动应用体验时代，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。沉浸式元宇宙应用呼唤新一代的沉浸式移动通信终端。1.1.3空空间计算时代以扩展现实XR终端为主的空间计算（Spatial Computing）作为新一代计算范式，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。空间计算技术标志着计算不再仅是功
7、能性的处理工具，还是人与物理世界、虚拟世界之间的桥梁。空间计算依赖于高精度的传感器、摄像头和算法（如深度学习和计算机视觉技术），能够实现高精度的三维重建和实时人机交互，用户通过手势、语音、眼动、脑机接口等方式与虚拟物体交互，沉浸感和空间感知进一步增强。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，下一代XR终端的发展将是一个融合了硬件、网络、算力和算法的全新阶段，硬件、网络、算力和算法紧密相连，共同推动空间计算技术的发展。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
8、态系统，为技术创新和应用拓展奠定基础。（二）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。空间计算的涵盖范围非常广泛，比如最早的全球定位系统、虚拟现实/增强现实、机器人、自动驾驶等领域。3空间计算发展报告（2024）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。空间计算是元宇宙的入口关键技术，主要关注如何通过信息
9、技术将物理世界与数字世界深度耦合，使得虚拟与物理对象之间的交互自然高效，同时具备感知空间关系与语义推理的能力。空间计算不仅涉及空间数据的采集、处理和建模，还涵盖了时间、位置和环境等多维度信息的集成分析，能够感知和理解用户周围的空间，并将数字内容与现实场景相互交织。随着移动XR终端的逐渐成熟，空间计算正助推移动互联网从现有平面交互式应用形态向空间三维立体式应用形态转型升级，逐渐成为下一代数字经济和智能社会的底座技术，迈向未来6G沉浸式通信和元宇宙应用愿景。本报告主要聚焦狭义的空间计算概念，下图为狭义的空间计算概念的技术体系，报告的后续章节主要围绕本技术体系展开。图1狭狭义的空间计算概念的技术体系
10、空间计算终端/平台空间计算共性关键技术空间计算基础支撑技术空间信息采集终端XR终端技术(硬件/软件)可穿戴交互设备三维裸眼显示终端空间计算服务平台空间计算应用文旅工业商业教育娱乐办公地产医疗多模态人机交互技术空间建模技术空间数据管理技术三维引擎技术空间感知与定位技术三维渲染技术网络和通信技术算力资源专用芯片技术物联感知技术人工智能技术4空间计算发展报告（2024）（三）空间计算的行业应用空间计算是一项不断发展的新兴技术，它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
11、产、娱乐等诸多行业。1.3.1空空间计算在工业行业的应用空间计算在工业行业中的应用能够带来生产效率的提升，为企业降低成本。例如，以空间计算为基础的增强现实（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，在遇到现场作业人员无法解决的情况时，可以借助AR向远程专家寻求协助。此外，数字孪生技术也正在被广泛采用，利用虚拟工厂模型与现实世界中的工厂实时同步，管理人员可以远程监控生产线，进行预测性维护并优化生产流程。这些技术不仅降低了停机时间，极大提高了工厂资源利用率。在装备制造业，汽车制造业，能源行业等诸多工业行业中，空间计算技术已经能够为企业
12、带来显著收益。1.3.2空空间计算在文旅行业的应用空间计算正深度融合文旅产业，重塑产业结构与游客体验。在旅游景点方面，借助三维重建技术，可以将旅游景点复刻到虚拟世界中，用户可以足不出户感受世界各地的著名景点的魅力。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。游客仿佛置身于一个巨大的虚拟空间中，周围的景物栩栩如生，带来前所未有的震撼感受。空间计算技术还可以为游客提供景点实时AR导航导览服务。虚拟数字人导游以拟人化形象进行语音和AR讲解，增加游览的趣味性和社交性。在数字化文博领域，博物馆可以通过空间计算技术进行数字化升级，实现3D复原与互5空间计算发展报告（2024）动展示。这为
13、文化传承、教育、互动体验等方面提供了新的可能性，对于推动博物馆的发展和文化遗产的传承具有重要意义。空间计算技术为历史文化和现代旅游景点提供了全新的呈现形式和服务形态，在元宇宙概念的驱动下，空间计算将为文旅行业开创数字化的全新业态。1.3.3空空间计算在商业领域的应用在商业领域，空间计算正深刻改变商业的运营模式。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。空间计算助力品牌推出数字藏品形式的虚拟商品，增强品牌的数字世界的影响力，扩展品牌市场。商场和线上平台也开始使用AR来增强购物体验，例如，商场通过AR应用为顾客提供室内导航，通过AR红包或者优惠券等互动形式的广告营销活动，并引导顾客到
14、特定商铺进行消费，增加了营销内容的趣味性，达到吸引顾客参与，大大提升了广告的推广效果，实现了线上线下的互动。1.3.4空空间计算在教育行业的应用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。通过VR和AR，学生可以体验到沉浸式学习，例如，在虚拟环境中探访历史遗址，模拟化学实验，或者学习复杂的机械原理。教师可以利用AR技术展示复杂的概念和模型，如解剖学等，增强学生对学习内容的理解。对于职业培训，特别是那些存在高风险的工作，如飞行员训练，VR技术还可以为他们提供虚拟训练环境，让他们在安全的虚拟世界中进行学习，减少了实际训练的成本和风险。空间计算技术助力学生和教师可以在虚实融
15、合或者完全虚拟的环境中进行多人实时互动，打破物理空间限制，增强教学的体验效果。1.3.5空空间计算在医疗行业的应用空间计算在医疗领域的应用正在迅速发展，借助增强现实（AR）、6空间计算发展报告（2024）虚拟现实（VR）、混合现实（MR）和AI技术，可以极大地改善医疗服务的效率和质量。主要应用在医学培训与教育、远程医疗与咨询、康复与治疗、患者体验与沟通等方面。例如，通过分析患者的医学影像（如CT或MRI），创建3D模型，帮助医生制定最佳手术方案，可以进行手术前规划。在实际手术中，使用AR技术实时叠加患者的解剖结构，帮助医生进行精确定位，这种方法已经在神经外科和骨科等领域取得成功。在远程医疗与咨
16、询方面，该技术可以用于虚拟会诊。医生和患者可以通过AR/VR技术进行远程会诊，医生可以在虚拟环境中与患者互动，展示病情和治疗方案，甚至开展远程手术。1.3.6空空间计算在房地产行业的应用在房地产行业，空间计算同样带来了深刻的变革。借助虚拟现实技术，购房者或者租房者可以在线选择房源实现虚拟看房，远程参观房屋，深入了解房间布局和装修效果，提升购房或租房决策的效率与准确性。空间计算也极大推动了室内设计的发展，设计师可以通过增强现实（AR）在现实环境中实时展示家具和装饰品的摆放效果，帮助客户直观地看到装修后的效果，客户通过空间计算技术查看不同的装修风格和家具摆放，从而加速设计和装修的决策过程。1.3.7空空间计算在娱乐行业的应用空间计算同样正在深刻改变娱乐行业内容制作、互动体验与观众参与方式，增强现实（AR）与虚拟现实（VR）与混合现实技术的应用，虚拟与现实的界限变得逐渐模糊，为用户提供更加沉浸式、个性化、交互性强的娱乐体验，如在体育赛事转播领域空间计算增强了体育赛事的沉浸式观看体验，为观众提供实时数据、虚拟视角和互动功能，具有身临其境的感觉。在数字游戏领域，空间计算正在逐渐变革电子游戏的形式
