未来汽车行业元宇宙专利探秘.pdf

中国科技信息 2024 年第 9 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION May.2024-16-专利分析2021 年是元宇宙之年，Facebook 创始人扎克伯格将“脸书”改名为 Meta，宣布全面进军元宇宙，吹响了一场新时代数字变革的号角。元宇宙界的相关问题吸引了世界各个领域多家知名企业的关注，希望在这场即将到来的新的变革中抢占先机，在市场竞争中立于不败之地。这些企业都在绞尽脑汁竭尽所能地想办法让自己的产品与元宇宙相关。随着全球元宇宙产业的加速演进，为抢抓机遇引导元宇宙产业健康安全高质量发展，我国也加入了这场变革的竞争，国家工业和信息化部、教育部、文化和旅游部、国务院国资委、国家广播电视总局等五部门联合印发元宇宙产业创新发展三年行动计划（20232025 年），提出通过构建先进元宇宙技术和产业体系等举措，推动元宇宙产业发展。如今，元宇宙的各种应用给游戏、教育、媒体行业等领域带来了巨大的变化。那么当元宇宙与汽车行业结合时会发生什么，本文将通过专利检索和分析，初步解答这个问题。首先，什么是元宇宙呢？元宇宙是由“meta”（希腊语介词“之后”）和“宇宙 universe”中的“verse”组成的一个词。作为数字与物理世界融通的沉浸式互联空间，元宇宙是 5G、云计算、人工智能、虚拟现实、增强现实、区块链、数字货币、物联网、人机交互等新一代信息技术的集大成应用。事实上，元宇宙远不是一个抽象的概念，它已经存在于汽车领域，并改变了汽车销售、维修、驾驶和设计的方式。2021 年 9 月宝马推出流媒体平台 JOYTOPIA，这是一个将企业和品牌传播提升到新水平的虚拟宇宙，一个全新的虚拟世界，能够让用户用自己的个性化头像在数字空间中创造身临其境的体验。同年，现代汽车宣布推出现代移动冒险（Hyundai Mobility Adventure），该冒险基于 Roblox上的虚拟宇宙冒险，在该冒险中，各种用户可以以化身的形式相互交流和见面。2022 年 1 月 Unity Technologies 和现代汽车公司宣布在未来几年为现代工厂开发数字孪生设置，这将使现代工厂的处理时间更快，并减少由于模拟环境中的测试而导致的操作错误。同年，日产和丰田已开始利用基于虚拟现实（VR）技术的元宇宙（MetaVerse）。汽车信息娱乐系统是元宇宙领域的又一重要应用，虚拟现实（VR）、增强现实（VR）以及混合现实（MR）将在未来汽车信息娱乐领域得到更为广泛的应用，例如 2019 年国际消费电子展 CES 上，日本宣布开发出隐形到可见（12v，Invisible-to-Visible）技术，通过该项技术可以将驾驶员和乘客连接到虚拟世界，人们能够在车内以 3D AR 化身的方式出现，还可以跟踪车辆周围的环境并预测前方的情况，该行业曲线开放度创新度生态度检索量持续度可替代度影响力行业关联度未来汽车行业元宇宙专利探秘姜 丹姜 丹国防专利审查中心-17-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION May.2024中国科技信息 2024 年第 9 期专利分析项技术也可以让驾车人看见建筑物的内部，以寻找停车车位或者通过虚拟替身来学习驾驶技术，为汽车自动驾驶技术铺平道路。2022 年 3 月，奥迪与初创公司 Holoride 合作，用以为奥迪汽车带来 VR 车内娱乐，奥迪汽车后座的乘客可以使用 VR 眼镜，沉浸式体验游戏、视频等互动娱乐内容。汽车行业元宇宙技术相关代表性专利本文对一些汽车行业与元宇宙技术相关的代表性专利申请进行了检索和分析，以确定自 2021 年底元宇宙成为网络热词和热点概念以来汽车行业出现的基于元界专利的应用，其内容主要涉及汽车技术与虚拟现实（VR）、增强现实（AR）或混合现实（MR）技术的交叉。如图 1 所示，元宇宙未来汽车的主要专利申请人包括汽车生产厂商（如宝马、奥迪、奔驰、福特、奇瑞等）、汽车零件生产厂商（如麦格纳 MAGNA、兴科威 THINKWARE、博世 BOSCH 等）、服务平台（如我们所熟知的百度、谷歌、优步等）以及信息通信 ICT 企业（如华为、LG、三星、英特尔、微软、IBM和苹果）。按照技术又可分为硬件、软件、应用场景这三大类。硬件元宇宙未来汽车的硬件相关专利包括显示设备和传感器，其中显示设备包括头戴式显示设备 HMD、抬头显示设备 HUD、车载显示设备等传感设备，包括车辆外部传感和车辆内部传感设备，用于检测环境或驾驶员信息。头戴式显示设备 HMD头戴式显示器包括头戴式显示器和眼镜式显示器，在使用车辆时为驾驶员或乘客提供虚拟图像。以奥迪的专利 US11181739B2 为例，参考图 2，示出了驾驶员佩戴HMD。该 HMD 眼睛跟踪设备，其可以用于检测用户的特定注视方向，因此能够根据当前检测到的用户的注视方向来调整当前正在显示虚拟机动车辆的虚拟视角。这种虚拟现实系统的主要优点是适合于移动使用，它的运用能够产生巨大的附加值，特别是在汽车销售领域。抬头显示设备 HUD抬头显示设备简称 HUD，又被叫作平视显示系统，抬头显示设备与常规车载显示设备之间的区别在于它能够把时速、导航等重要的行车信息投影导驾驶员前面的挡风玻璃上，让驾驶员尽量做到不低头、不转头就能看到时速、导航等重要的驾驶信息，使得驾驶员更容易以直接的视图同时看到驾驶信息和汽车的外部视图，避免了由需要改变视角的常规车载显示器引起的分心。如图 3 示出了三星专利 US11619826B2 的抬头显示设备，光学膜 140 附接在车辆的挡风玻璃 150 上，图像输出装置 110 通过反射器 130 将图像投射光学膜 140 上；通过光学膜 140 的反射效果，驾驶员可以在挡风玻璃的视角直接看到虚像。此外，利用 HUD 产生的虚像还可以用于显示导航信息，使得驾驶员可以快速地意识到驾驶路径，并且避免由于向下看常规导航而引起的分心。比如，图 4 示出了三星专利WO2021137485A1 的 HUD，用于显示 3D 增强现实导航信息。虚拟图像可以通过使用高清晰度（HD）地图来提供二维或者三维导航信息，通过使用 HD 地图信息来识别道路空间，将驾驶引导的虚拟三维图形信息空间匹配到现实世界中的实际物体并且显示在现实世界中的实际物体上，能够实现在实际驾驶环境中以增强现实显示导航信息，使得驾驶员可以快速地意识到驾驶路径，并且避免了常规导航中由于司机向下或者侧方查看导航而引起的分心。显示设备-后视镜显示器后视镜显示器是在后视镜中添加显示区域或用显示器代替传统的后视镜，使得后视镜不仅可以显示来自后方的汽车的图像，而且可以根据驾驶需要显示增强图像。以 PayPal的专利 US10088676B2 为例，参考图 5，驾驶员的后视镜302 显示来自后方的第二汽车 304，但是第三汽车 306 被第二汽车 304 阻挡并且不能在后视镜 302 中显示；然后，图 1 元宇宙专利主要申请人图 2 奥迪专利 US11181739B2 的头戴式显示设备图 3 三星专利 US11619826B2 的抬头显示设备中国科技信息 2024 年第 9 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION May.2024-18-专利分析虚拟图像 308 可用于在后视镜 302 中添加第三汽车 306，使得驾驶员的汽车的后视镜 302 示出被后视镜 304 阻挡的第三汽车 306，以帮助驾驶员意识到来自后面的迎面而来的汽车。其他显示设备除了 HMD、HUD 和后视镜显示器之外，MetaVerse 未来汽车相关专利描述的显示设备还包括 CAVE（CAVE Automatic Virtual Environment，CAVE 自动虚拟环境）、车载显示器、智能电话、平板电脑等，以允许用户在使用车辆时访问 MetaVerse 技术。感测装置除显示设备外，MetaVerse 未来汽车相关专利还涉及许多传感装置，包括车辆外部和内部传感装置。车辆外部传感装置用于检测车辆外部的物体，例如其他车辆、行人和交通标志，使得驾驶员以更敏锐的方式意识到与道路相关的信息。车辆内部传感装置主要用于检测驾驶员或乘客的状态，例如生理信息、手势。以优步的专利 US9922466B2 为例，如图 6 所示，自动驾驶车辆的传感器系统可以将该视频提供给虚拟呈现 401和/或显示器 405，其传感器系统可以包括头部跟踪传感器402 以及手部和身体跟踪传感器 403。头部跟踪传感器 402在位置和取向方面相对于虚拟现实系统的环境监测骑手的头部、眼睛和耳朵，使得虚拟现实系统可以确定司机正在看的方向。车辆可以配备有外部传感器，例如映射传感器、音频传感器和定位传感器，以检测外部环境并定位车辆。图 7 通用汽车专利 CN106853799A 的盲点显示图 6 优步专利 US9922466B2 的感测装置图 5 PayPal 专利 US10088676B2 的后视镜显示器图 4 三星专利 WO2021137485A1 的 HUD从 MetaVerse 未来汽车相关专利所涉及的上述硬件来看，为了便于将 MetaVerse 概念应用于汽车领域，有必要在传统车辆硬件的基础上改进显示和传感技术。应用场景由上述硬件方向代表性专利可以看出，与 MetaVerse未来汽车相关专利更多地强调了各种用户场景，也就是说目前，其主要发展方向是如何将 MetaVerse 技术集成到车辆的不同使用方式中，以便增加驾驶安全性并增强车辆的用户体验。从对该领域专利的检索和分析中，我们发现这些应用场景主要包括驾驶辅助（比如盲点信息、导航信息、车辆速度信息、车距信息、车内信息、夜间视觉辅助的显示）、故障排除辅助、驾驶训练、车内娱乐、汽车设计辅助、汽车展示、辅助购物、出行即服务 Maas。驾驶辅助-盲点信息显示在车辆中使用 MetaVerse 技术的主要目的是增强驾驶安全性，诸如显示盲点信息。例如，如图 7 所示，通用汽车的专利 CN106853799A 强调了在车辆的侧窗 30 上安装抬头显示设备 HUD 16。HUD 16 生成盲点中对象的虚拟图像，该虚拟图像在车辆外部的虚拟平面 38 处显示，使得驾驶员可以从虚拟平面 38 知道盲点的情况。驾驶助理-导航信息显示传统的导航方法仅呈现云系统中存储的地图信息，不能与实时道路图像相结合。通过使用 MetaVerse 技术，可以通过增强现实技术将实时道路图像与导航信息相结合，使驾驶员更直接地知道驾驶路线。以现代汽车专利US11376963B2 为例，参考图 8，该专利使用增强现实技-19-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION May.2024中国科技信息 2024 年第 9 期专利分析术来显示导航信息，从而可以根据现实世界的变化来调整虚拟图像的显示区域和大小。如图 8 所示，当车辆改变车道时，还将调整虚拟车道线 D-3 和转弯信息 T-3 以改变它们的显示位置（改变为D-4和T-4），以避免与现实世界车道线重叠。驾驶辅助-其他车辆信息共享一般情况下，驾驶员只能在视觉上观察并预测其他驾驶员的行为，但是如果驾驶员能够提前看到其他驾驶员的行为，则可以采用更安全的驾驶策略，利用 Metavere 技术的网络虚拟环境的概念，驾驶员可以在驾驶时识别周围其他驾驶员的行为信息。例如，如图 9 所示，微软的专利图 10 Lyft 专利 US10991159B2 的车载娱乐画面显示图 9 微软专利 WO2019018058A1 的驾驶辅助显示图 8 现代专利 US11376963B2 的导航信息显示WO2019018058A1 使用增强现实技术将表示驾驶行为的信息众包指示符 412 添加到真实世界图像中以显示其他驾驶员的驾驶行为。众包指示符 412 中显示的条形图表示与车辆驾驶员相对的其他驾驶员的评级结果，允许驾驶员理解周围驾驶员的行为，例如驾驶员是新手驾驶员还是鲁莽驾驶员。车载娱乐随着自动驾驶技术的逐渐成熟，人们将不必专注于驾驶，而是能够在车辆行驶期间参与其他活动。MetaVerse 技术的使用可以将驾驶转变为休闲时间或娱乐。以 Lyft 公司的专利 US10991159B2 为例，如图 10 所示，该专利描述了虚拟现实乘车体验。用户可以佩戴 VR 设备，并且 VR 设备根据汽车在移动时的真实世界惯性提供对应的图像。图 10 示出了佩戴 VR 设备的用户看到的虚拟船只穿行的画面。根据汽车行驶时转弯或下坡的惯性力，VR 屏幕还将示出船只转弯或下坡的视角。驾驶训练传统的驾驶训练需要训练汽车和训练场地，这会带来很多不便。MetaVerse 技术的使用可以在驾驶训练时使用模拟视角，并且可以及时提供驾驶提示。例如，如图 11 所示，以丰田的专利 US11302217B2 为例，销售新汽车的车辆经销商提供了一种增强现实系统。使用增强现实技术，车辆经销商可以在新汽车的生产和运输之前解释新车辆的驾驶特征，以吸引潜在的客户，从而允许新车辆在交付之前出售。经销商可以使用平板设备100拍摄真实世界环境118的图片，并且识别要呈现的虚拟汽车环境。平板设备 100 显示由真实图 11 丰田专利 US11302217B2 的驾驶训练图中国科技信息 2024 年第 9 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION May.2024-20-专利分析世界环境 118 识别的对应汽车的内部的增强图像 122。增强图像 122 的视角可以根据真实世界环境 118 和平板设备 100之间的距离和角度而改变。因此，客户可以体验新汽车的内部和驾驶特征。辅助购物如前所述，随着自动驾驶技术变得更加成熟，人们将不需要专注于驾驶。MetaVerse 技术允许用户在驾驶时进行其他活动，例如娱乐或购物。以 Paypal 的专利US11074644B2 为例，如图 12 所示，该专利在挡风玻璃上添加透明显示设备。当在商店附近驾驶时，透明显示设备可以显示关于正在出售的产品的信息，包括图片或价格，使得驾驶员可以直接点击期望的产品来购买它，使得容易在附近获得产品。MaaS（出行即服务）近年来，MaaS（Mobility as a Service）平台的出现提供了方便的打车服务，并通过评分机制使驾驶员和乘客的图 13 Uber 专利 US10977497B2 的 MaaS 显示图 12 PayPal 专利 US11074644B2 的辅助购物图信息更透明。以优步 Uber 的专利 US10977497B2 为例，图 13 示出了在呼叫打车服务时使用他们的手机的乘客和驾驶员的实时图像，增强图像将显示双方的信息。例如，乘客可以使用他们的手机在增强图像中看到驾驶员的姓名和驾驶分数。同样，驾驶员可以使用增强图像中显示的信息来识别呼叫汽车的乘客。从通过专利对上述用户场景的展示中，我们不难发现，与汽车组合的元宇宙相关技术可以以各种方式使用，不仅提高驾驶安全性，而且使用户在驾驶或乘坐汽车的日常生活更方便、安全、舒适。结束语与传统汽车相比，未来汽车的概念包括通信技术、自主技术、电气化技术和共享技术，其中通信技术、自主技术和共享技术都与 MetaVerse 技术有关。本文从专利分析的角度介绍了 MetaVerse 技术在未来汽车行业中的应用所带来的变化。随着技术的发展，汽车技术将变得越来越多样化。对汽车技术感兴趣的企业可以尝试利用专利搜索和分析来寻找技术路线图的可能发展方向，助力帮助企业技术研究及开发。