孫劍鋒 李秀娟 韓虎 / 工業(yè)和信息化部電子知識產(chǎn)權中心

引言

近年來，美國、日本等廠商推出的游戲機風扉全球，其中應用的人機交互技術成為備受矚目的焦點。而用戶被激發(fā)出來的多元化對健身、娛樂需求，又進一步讓廣大企業(yè)看到了新的商機。從全球發(fā)展狀態(tài)來看，無論是發(fā)展速度還是產(chǎn)業(yè)規(guī)模，人機交互領域已引起高度重視。我國的人機交互起步較晚，為了縮小與全球的差距，明晰產(chǎn)業(yè)發(fā)展思路，有必要對人機交互技術、產(chǎn)業(yè)進行梳理。

從全球總體狀況來看，過去20年，人機交互從最初的人操作計算機、以計算為主，逐漸發(fā)展到現(xiàn)階段的智能化交互階段，人機交互像人與人交流一樣簡單、自然，語音、手勢及體感和面部等方式成為新的、主流的交互方式。新的人機交互方式迅速推動智能終端設備的發(fā)展，使得無論是終端設備的功能和便捷程度或是用戶的使用習慣都發(fā)生了巨大的變化。

另一方面美國企業(yè)在這一領域的積累和實力優(yōu)勢極為明顯，完整的產(chǎn)業(yè)鏈支持了美國在這一領域長久的強勢地位，從技術研發(fā)到網(wǎng)絡運營，從技術提供到產(chǎn)民制造，美國企業(yè)不僅完成了先進技術的開發(fā)，并推出了Xbox、iPhone、LeapMotion等諸多產(chǎn)品。日本企業(yè)在人機交互中也具有很強實力，在全球范圍內(nèi)其綜合實力僅次于美國。而我國除語音相關技術發(fā)展積累較為突

圖1全球人機交互領域?qū)＠暾堏厔?/p>

鑒于人機交互快速發(fā)展的態(tài)勢以及我國巨大的市場發(fā)展空間，全面準確地掌握主要的市場競爭態(tài)勢顯然是重要而緊迫的。本文將從專利分析出發(fā)，依據(jù)專利信息獨有的各種著錄項信息為主要統(tǒng)計依據(jù)，以目前，手勢及體感、語音和面部為對象，其中：手勢及體感主要指通過對肢體的動作和位置以及手指細節(jié)狀態(tài)的偵測而實現(xiàn)的人與機器的信息交互及控制；語音指通過自然語言將信息在人與機器之間傳遞而實現(xiàn)交互；面部則主要包括對人臉、面部表情等特征的檢測識別來實現(xiàn)人機交互的方式，試為讀者呈現(xiàn)全球范圍內(nèi)，人機交互技術發(fā)展的競爭態(tài)勢。

全球企業(yè)發(fā)展總覽

圖2全球人機交互領域主要申請人

出外，其他方向與國外仍有較大差距。但隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，消費電子產(chǎn)品銷量的快速增加，人機交互相關產(chǎn)品在國內(nèi)將具有非常廣泛的發(fā)展空間，因此國外主要企業(yè)對中國市場都投以極大的關注，并在技術研發(fā)、產(chǎn)品推廣、專利布局等多個方面開展工作。

專利的最早優(yōu)先權統(tǒng)計（或首次申請受理國）數(shù)據(jù)顯示，美國、日本與中國在這一領域最為活躍（圖1）。但這三個國家的發(fā)展歷程和趨勢各有特點，美國除2000-2006年這一區(qū)間發(fā)展速度平緩之外，自上世紀90年代一直呈現(xiàn)較快的發(fā)展；日本相關產(chǎn)業(yè)初期發(fā)展速度驚人，但進入21世紀后未呈現(xiàn)預期的快速增長，反而在近兩年出現(xiàn)逐漸下降的趨勢；中國起步晚，與美日相比有近10年的差距，而在發(fā)展速度上則展示出較大的優(yōu)勢，2008年后一躍成為僅次于美國的主要申請國之一。

全球范圍內(nèi)，微軟在人機交互領域中的專利申請量位居首位（圖2），達到1,300多件，微軟關于人機交互領域的產(chǎn)品包括xBox及Kinect設備以及其他可穿戴設備等，在新產(chǎn)品上市前，微軟已針對不同產(chǎn)品布局了專利，所涉及的具體技術較為全面。索尼在人機交互領域申請的專利與微軟相差不多，而且索尼的應用產(chǎn)品同樣涉及多個領域，包括游戲、電視及筆記本等。

數(shù)據(jù)顯示人機交互領域的活躍企業(yè)主要集中在美國和日本。微軟、索尼作為代表性企業(yè)在該領域的專利申請最多，產(chǎn)業(yè)影響力最強。專利申請量在400至1,000件的企業(yè)較多，包含了全球范圍內(nèi)這一產(chǎn)業(yè)的大多數(shù)主流企業(yè)。在本文分析中，作者將重點關注美國、日本和中國相關企業(yè)。

美國企業(yè)分析

1992年ACM圖靈獎獲得者，時任微軟研究院軟件總工程師Butler Lampson指出計算機有三個作用：第一是模擬，第二是進行通信，第三是互動?？梢娢④浽谏鲜兰o90年代初就已經(jīng)充分認識到人機互動的重要地位。然而，當時的信息爆炸雖然對人機交互提出強烈的需求，但硬件條件的短板使得語音、體感等人機交互技術的發(fā)展更多地被限制在理論研究中。進入路，但產(chǎn)品市場反應的低迷導致這樣的大量申請難以維持。而2010年Kinect設備的推出則受到市場高度熱捧，在專利數(shù)據(jù)中，可以明顯看到微軟早在Kinect發(fā)布3-5年前就開始醞釀。而未來，從目前態(tài)勢來看，微軟對這一領域?qū)⒏又匾暋?/p>

圖3全球人機交互領域美國主要申請人申請趨勢

圖4全球人機交互領域日本主要申請人申請趨勢

IBM在相關領域的研發(fā)起步較早，例如其語音識別產(chǎn)品ViaVoice曾引起業(yè)界巨大反響。從專利數(shù)據(jù)來看，其成果在上世紀九十年代就逐步開始積累，但其研究早在多年前就已開始，受九十年代初IBM虧損和破產(chǎn)危機等因素的影響，其專利申請（圖3）直到1995年之后才有明顯增長。直至2000年左右，申請量達到高峰，而后逐年減少。數(shù)據(jù)顯示IBM進行了成功的轉(zhuǎn)型，從純技術科技公司轉(zhuǎn)變?yōu)樘峁┱w解決方案的服務型公司：到2001年，IBM服務業(yè)務收入高達300億美元，在當年的收入新增貢獻中占比超過80%。在這一過程中，IBM對人機交互方面的側(cè)重點有所轉(zhuǎn)移，而其明星產(chǎn)品ViaVoice則在2003年被出售，更加引證了IBM轉(zhuǎn)型的決心和方向。總體而言，IBM由于戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型而表面上退出這一領域，但專利數(shù)據(jù)卻顯示出長期的積累仍然為IBM在這一領域帶來較大的影響力。

蘋果公司近年來被全球廣泛關注。人機交互領域中，蘋果是微軟之外又一個成功將技術轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的代表。蘋果公司目前的代表產(chǎn)品之一iPhone在2007年發(fā)布，除全觸屏設計外，其配置的陀螺儀、加速度計等用于人機交互的裝置使其功能遠非一般手機能比，專利數(shù)據(jù)（圖3）則顯示，在人機交互領域隨著iPhone產(chǎn)品的推出，相關專利申請大量公開，可見蘋果公司為iPhone產(chǎn)品進行了大量積累，并在產(chǎn)品推出前集中進行專利申請以獲得最長的保護期限，堪稱專利運用的典范。隨著蘋果公司產(chǎn)品種類的增多，各種人機交互的手段必然被納入智能手機、平板電腦、筆記本計算機、智能電視等產(chǎn)品中，可以預見，蘋果在這一領域的投入將會進一步加大，專利儲備也將隨之豐富。21世紀后，硬件條件逐漸不再是技術產(chǎn)品化的瓶頸，微軟開始逐步嘗試加大這一領域的投入。2005年微軟Xbox360發(fā)售，作為其附件的Xbox Live Vision攝像頭等是微軟早期對人機交互在游戲領域的嘗試，雖然其市場反應平平，但專利數(shù)據(jù)（圖3）反映：微軟在2003-2005年之間密集申請了大量專利為這一領域鋪

日本企業(yè)分析

索尼作為目前唯一能夠與微軟在游戲機領域抗衡（xBox與PlayStation）的企業(yè)，其發(fā)展歷程表明了索尼對于人機交互的發(fā)展和應用前景方面具有高度的敏感性。1994年底，索尼推出PlayStation第一代產(chǎn)品時，雖然目前主流的人機交互技術尚未得到應用，但數(shù)據(jù)分析（圖4）則顯示索尼已然認識到人機互動在這一領域的巨大發(fā)展空間，此時索尼在人機互動的專利布局已經(jīng)開展2-3年的時間。2000年，索尼發(fā)布PlayStation2。之后，與其適配的用于計算機視覺和手勢識別的攝像頭外設Eye Toy大獲成功，市場反應極大地促進了這一應用方式及其背后技術的發(fā)展。數(shù)據(jù)顯示索尼在2000-2006年之間對于人機交互的投入始終處于一個較高的水平上。2006年，任天堂發(fā)布Wii主機，再一次震撼了家用游戲機這一人機交互的主戰(zhàn)場，同年索尼發(fā)布PlayStation3則配備PlayStation Move的新型控制器提供體感交互方式。之后這一領域的快速發(fā)展，除去日本廠商之外，微軟、蘋果等美國廠商開始發(fā)力，索尼面臨的競爭壓力增大，2013年底推出PlayStation4，不僅在與其配合的DualShock 4控制器中延續(xù)了DualShock3控制器內(nèi)置的三軸陀螺儀加三軸加速度儀的六軸動作感應系統(tǒng)，更利用攝像頭和多屏互動等技術加強人機交互的作用。專利數(shù)據(jù)對于這一趨勢展示了極為清晰的預判：每一次索尼推出人機交互相關的重要產(chǎn)品前3-5年（例如1999，2004，2010等年份），都會有大量專利申請公開，同時將其專利數(shù)量水平推至新高。而最近一兩年索尼的專利申請仍在高速發(fā)展，同時，索尼于2010年收購iCyt Mission Technology，2011年收購Micronics，2012年購入So-net Entertainment Corporation所有股份，表明未來幾年索尼將加大對人機交互產(chǎn)品領域的拓展，并有可能推出重要的人機交互產(chǎn)品。

松下與佳能在上世紀90年代至2006年這段時間內(nèi)對人機交互技術進行大量的投入，但產(chǎn)品方向上更多側(cè)重辦公、教育、商業(yè)和攝影等方面。對于人機交互技術而言，其需求程度相較家用游戲機等產(chǎn)品有較大差距。但同時，松下和佳能在其各自關注的領域?qū)θ藱C交互技術也有較為成功的應用，例如1992年佳能在EOS 5高端機型上開創(chuàng)了眼控自動對焦選擇功能，引起業(yè)界轟動；1995年推出改進后的EOS 50E，眼控功能進一步加強；1998年，EOS3準專業(yè)機型問世，改進了眼控檢測的算法，等等。但專利數(shù)據(jù)（圖4）則顯示出松下與佳能在人機交互領域的投入在不斷減少，專利積累也速度放緩，然而市場上松下對于智能電視中的人機交互應用也非常積極，其技術來源和發(fā)展方向都值得關注。

相較而言，我國企業(yè)在這一領域的積累薄弱，市場影響力明顯不足。一方面，中國在人機交互領域的研發(fā)相對于國外起步較晚，但主要的基礎技術都掌握在國外企業(yè)中，其發(fā)展會受一定限制；另一方面，我國對家用游戲機類產(chǎn)品的禁令在一定程度上也影響了人機交互技術最直接的應用產(chǎn)品開發(fā)。從我國企業(yè)的專利數(shù)據(jù)來看：華為在這一領域具有最多的專利申請，但相較國外而言仍顯不足；中科院作為我國重要的科研單位，對人機交互各技術都有著深入的研究和積累，但其成果在知識產(chǎn)權保護和產(chǎn)品化方面仍亟待提高。

結(jié)論

綜上所述，參考美日領軍企業(yè)的發(fā)展態(tài)勢，作者認為：第一，我國有必要大力扶持人機交互相關產(chǎn)業(yè)的企業(yè)和科研單位在技術的研發(fā)、產(chǎn)品化、推廣等環(huán)節(jié)做大做強，在未來人機交互技術應用領域不斷拓廣的背景下占據(jù)一定優(yōu)勢；第二，學習國外成功企業(yè)經(jīng)驗，除堅持不懈地進行技術積累外，更注重產(chǎn)品發(fā)布關鍵時間節(jié)點上的知識產(chǎn)權布局；第三，全球主流市場中人機交互技術的應用領域已經(jīng)從家用游戲機拓展至多種智能終端，在我國政策條件暫時不做調(diào)整的條件下，大力挖掘智能終端領域的人機交互應用場景，充分吸收利用國外企業(yè)在方案設計和應用思路上的優(yōu)秀成果，“借道”智能終端實現(xiàn)我國人機交互的后發(fā)制勝。

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