數字技術的最新發展(我國數字創意技術的發展現狀與展望)

一、前言

數字創意產業是在全球數字化和網絡化的背景下，以數字創意技術與創新設計為基礎支撐，以文化創意、內容生產、版權利用為發展核心，通過融合滲透帶動周邊產業領域發展的新興產業集群[1,2]。數字創意產業覆蓋眾多細分領域，包括超高清產業、虛擬現實 / 增強現實（VR /AR）產業、設計業、影視傳媒業、動漫游戲業、數字出版業、人居環境設計業、文化與博物館業、時尚服飾業、玩具業、體育健康業、旅游業等。數字創意產業將現代信息技術與文化藝術領域高度融合，促進文化藝術創新和商業模式創新，推動傳統制造業、文化創意產業和設計服務業的相互滲透和變革，從而創造新的經濟增長點和業態模式。

2016 年，《“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃》明確了數字創意產業作為國家戰略性新興產業之一的關鍵性地位，提出到 2020 年數字創意產業發展成為重點培育的 5 個產值規模達 10 萬億元的新支柱產業之一。在數字創意產業中，數字創意技術提供基礎支撐能力，體現了數字化環境中產生的信息與傳播的所有形式，同時也代表了新一代信息技術和創意產業深度融合與應用的所有形式。數字創意技術分為 3 類：使能技術、應用技術和終端設備技術 [2]。

使能技術是指通用的基礎信息技術，包括人工智能（AI）、大數據、云計算、人機交互、類人視聽覺技術、空間及情感等感知技術、物聯網與第五代移動通信（5G）等網絡技術。這些技術是各行業進行數字化建設的前提條件，也為數字創意行業自身應用的實施提供支撐。應用技術是指各專業技術領域實現層面的技術，如綜合廣播寬帶（IBB）技術、數字內容加工處理軟件、家庭娛樂產品軟件、動漫游戲引擎技術、交互娛樂引擎開發、數字藝術呈現技術、廣播影視融合媒體直播技術以及文化資源數字化處理技術等。應用技術是數字創意產業各專業領域提升內容質量和創新服務模式的核心工具，只有在應用技術層面形成突破，才能實現內容產品質量提升。終端設備是用戶進行內容消費的承載對象，包括硬件及其裝載的應用軟件，如 4K/8K 超高清電視機、裸眼 3D 電視機、支持三維聲（3D Audio）的沉浸式音頻設備、VR/AR 設備、數據手套及游戲控制器等感知終端、影視攝錄設備、激光放映設備、全息投影設備等。終端設備是改善用戶體驗的直接手段， 其先進程度直接決定數字內容的呈現方式和觀眾的使用感受。

目前已有論文針對其中某些技術領域進行了相關闡述，如 AI 技術 [3]、大數據技術 [4]、云計算技術 [5]、超高清電視技術 [6]、VR 技術 [7] 等。但從已有論文來看，有關我國數字創意技術領域的系統梳理和全面闡述仍屬空白。本文選取關鍵技術子領域，詳細介紹我國數字創意技術領域的發展情況。具體而言，將以 AI、大數據、云計算、未來網絡技術為主介紹數字創意使能技術，以綜合廣播寬帶、數字內容加工處理、動漫游戲引擎以及文化資源數字化處理技術為主介紹數字創意應用技術，以 4K/8K 超高清視頻、三維聲、VR/AR、全息投影技術為主介紹數字創意終端設備技術。整體研究架構如圖 1 所示。

圖 1 數字創意技術分類圖

二、數字創意技術的發展現狀

（一）使能技術

1. AI 技術

AI 是研究、開發用于模擬和延伸擴展人類智能的理論、方法、技術以及應用系統的技術科學[8]。最終目標是了解人腦智能的實質，研制出一種新的能以與人類智能相似的方式做出反應的智能機器。AI 的主要發展階段分為運算智能、感知智能和認知智能，目前處于由感知智能向認知智能突破的階段。AI 已經成為國際競爭的新領域，是引領未來的戰略性技術，越來越多的國家將發展 AI 作為提升國家競爭力、維護國家利益的重大戰略， 圍繞核心技術、頂尖人才、標準規范等強化部署，力圖在新一輪國際科技競爭中掌握主導權。美國和中國在計算機視覺、自然語言處理、智能機器人等技術方向都處于領先水平。根據前瞻產業研究院發布的數據 [9]，2019 年中國 AI 市場規模約為 644 億元（見表 1），未來發展前景廣闊。

表 1 中國 AI、大數據及云計算市場規模 [10~12]

我國已將 AI 技術應用到數字創意產業。例如，在新聞創作方面，騰訊公司推出的 Dreamwriter可根據文本生成規則和章法自動地生成新聞報道。在設計智能方面，阿里巴巴公司開發的“鹿班”AI 設計師軟件，每秒種能完成 8000 張海報設計，1 天可以制作 4000 萬張海報。隨著新一代 AI 技術的發展，AI 在未來數字創意產業中將會扮演更為重要的角色。

2. 大數據技術

大數據是一種憑借強大的存儲和運算能力對大量數據進行計算分析從而指導預測的技術。大數據具有“4V”特征：規模 （volume）、類型（variety）、速度 （velocity）、價值（value）[10]。大數據涉及的熱門領域應用研究包括電子商務大數據、社交網絡大數據、交通大數據和視頻大數據等。目前，大數據已在行業解決方案、計算分析服務、存儲服務等領域發揮著重大作用，同時在工業應用層面保持高速發展。根據中商產業研究院對大數據相關企業的調研測算 [11]，2019 年我國大數據市場產值約為8080 億元，同比增長超過 30%（見表 1）。

近五千年的歷史文明使我國擁有豐富的藝術品、文物、非物質文化遺產等文化資源以及大量的公共圖書館、博物館、美術館等公共文化機構。在對這些文化資源進行數字化處理的過程中，產生了大量數據，在形式上表現為文本、圖片、語音、視頻等。有效地存儲、檢索和應用這些文化數據都需要使用相關大數據技術。目前，我國已經搭建了多個文化藝術領域的大數據平臺，如甘肅省的華夏文化資源云平臺、北京市的博物館大數據平臺以及故宮的數字文物庫等。

3. 云計算技術

云計算是一種通過網絡以按需、易擴展的方式獲得所需服務（硬件、平臺、軟件等）的計算模式。以基礎設施即服務（ IaaS）、平臺即服務（PaaS ）和軟件即服務（SaaS ）為代表的全球公有云市場規模在 2018 年達到 9624.6 億元，增速為 23%。前幾年增長最快的部分是 IaaS，而 SaaS 雖然增長速度減緩，但預計未來仍然將占據全球公共云市場的最大份額 [12]。美國是云計算領域的早期創新者，目前仍占據著全球云服務市場的主導地位。我國的云計算服務起步較晚，雖然全球市場占比較小，但增長勢頭明顯。根據《中國云計算產業發展白皮書》的數據 [12]，2019 年中國云計算市場規模達到千億元水平，同比增長約 34.1%（見表 1）。

云計算為數字創意提供計算和存儲平臺。目前，我國已經出現了基于云計算的數字創意產品和服務，如阿里云提供的云剪輯功能，可在云端進行剪切拼接、混音、字幕、圖片疊加、遮標、轉場特效等一系列操作，解決了視頻創作者本地計算能力不足的問題。

4. 未來網絡技術

5G 是未來網絡技術的代表。2019 年發布的《全球 5G 競賽》報告顯示，中國和美國在 5G 商業部署計劃數量上并列世界首位 [13]。在 5G 標準的核心專利聲明數量方面（見圖 2），我國 3 家主要企業的專利聲明總量為 3542 件，占世界總聲明量的 30.3%。這表明我國 5G 技術研發處于全球領先水平。

圖 2 主要國家在歐洲電信標準化協會聲明的 5G 標準必要專利數量（截至 2018 年 12 月 28 日）[14]

5G 技術豐富了視頻傳輸手段，為超高清產業、VR 產業發展提供了重要的傳輸能力支撐。2019 年1 月，中國移動通信集團有限公司聯合中央廣播電視總臺、華為技術有限公司在廣東深圳成功開展了基于 5G 網絡的 4K 電視信號傳輸測試，將 4K 超高清北京景觀信號傳送至位于深圳分會場的 4K 超高清轉播車。

（二）應用技術

1. 綜合廣播寬帶技術

IBB 技術綜合了廣播與寬帶兩種網絡技術的優勢，將電視節目和應用通過廣播網和互聯網兩條傳輸通道下發，在用戶的電視和移動終端上以一體化的方式進行呈現，從而為觀眾提供廣播和交互的綜合體驗 [15]。IBB 技術的核心理念是利用廣播通道和互聯網通道來展現同一個電視節目，觀眾在通過廣電網絡收看傳統電視節目的同時，由電視臺或第三方應用服務提供商制作的業務相關類應用經由寬帶網通道傳遞給用戶電視，并以頁面的形式與電視節目視頻畫面共同呈現給觀眾；還可通過設備關聯來將應用推送至手機、平板電腦、筆記本電腦等移動終端（見圖 3）。目前 IBB 系統的標準化工作以及應用產品已經在全球多個國家和地區部署，而我國正在進行 IBB 標準的制定工作。

圖 3 IBB 技術應用場景

2. 數字內容加工處理軟件

數字內容加工處理是指將圖片、文字、視頻、音頻等信息內容運用數字化技術進行加工處理并整合應用的服務，主要分為兩個層次的關鍵技術。第一個層面是數字內容增強技術 [16]。例如，百度 AI 開發平臺基于深度學習圖像處理技術，能對質量較低的圖片進行去霧、無損放大、對比度增強等多種處理；北京市商湯科技開發有限公司發布的SenseAR 軟件產品，與 AR 技術結合可實現相機成像的美體塑形功能。第二個層面是數字內容認知技術 [17]，主要是指通過 AI 技術對圖片和音視頻等數字內容進行初步理解，通過適配文字解讀或說明的方式來幫助用戶進行信息的智能檢索或檢測，從而顯著節省人力物力。例如，科大訊飛股份有限公司發布的訊飛聽見軟件，利用語音識別技術來實現將音頻轉為文字的功能，還可支持多國語言的音頻轉換。

3. 動漫游戲引擎軟件

在動漫和游戲領域內，引擎是指可編輯動漫游戲系統或者交互式實時圖像應用程序的核心組件。相關系統或組件為動漫游戲設計者提供編寫動漫游戲所需的各種工具，旨在便捷快速地開發動漫游戲產品，而不必從底層算法開始產品設計。引擎技術包括渲染引擎（即“渲染器”，分為二維圖像引擎和三維圖像引擎）、物理引擎、碰撞檢測系統、音效、腳本引擎、電腦動畫、AI、網絡引擎以及場景管理等基本模塊 [18]。目前在動漫游戲引擎軟件方面，國內企業主要還是使用國外產品（如新加坡 Unity 技術公司的 Unity 實時內容開發平臺）。

國內企業自主研發或與國外企業合作開發了若干引擎，但技術水平與國外差距明顯。隨著國內企業自主研發能力的提升，致力于引擎技術本土化的公司數量開始增多，國內相關行業有望縮小與世界級游戲開發水平的差距。

4. 文化資源數字化處理技術

我國擁有豐富的文化資源，這是我國數字創意產業的基石和源泉。我國亟需對這些文化資源進行數字化處理以更好地借助互聯網技術來進行廣泛傳播。我國文化資源數字化處理技術可追溯到1998 年河南博物院建立的互聯網網站。之后，各地博物館普遍開始建設互聯網網站，數字技術應用于文化資源的范圍逐漸擴展。2001 年國家文物局啟動實施了“文物調查及數據庫管理系統建設”項目，統一開展全國博物館的數字化工作。當前，VR、直播、增材制造、手機移動客戶端開發等新興技術的涌現，進一步助力文化資源的推廣傳播，發展形成了 VR 展示、文物保護修復、博物館管理、博物館教育等新興應用。例如，故宮借助《每日故宮》移動客戶端，以日歷的形式推出“每天一件故宮藏品”，讓全國觀眾隨時隨地欣賞故宮藏品；故宮推出了“故宮博物院數字文物庫”“全景故宮”“故宮名畫記”“數字多寶閣”等眾多數字化產品來拓展故宮文物的影響力。

（三）終端設備技術

1. 超高清技術

視頻是信息呈現和傳播的主要載體，也是數字創意產業的主要內容形式。當前，視頻技術正經歷從高清到 4K 超高清再到 8K 超高清的演進。4K 超高清視頻的分辨率為 3840 × 2160，是全高清視頻1920 × 1080 分辨率的 4 倍；8K 超高清視頻的分辨率為 7680 × 4320，是全高清視頻分辨率的16倍[6]。超高清技術已經成為全球廣播電視領域最為熱門的技術話題之一，眾多國家都在積極部署推進超高清技術。

超高清視頻設備的核心元器件主要包括感光器件、存儲芯片、編解碼芯片、圖像芯片、處理器芯片和顯示面板等。隨著系統集成度不斷提升，存儲芯片、解碼芯片和處理器芯片已經綜合為系統級（SoC）芯片。2019 年國產芯片在國產電視中開始應用，超高清芯片受制于人的局面被打破。目前，國內企業在液晶面板和有機電激光顯示（OLED）面板方面已經擁有較多數量的自主知識產權。

2. 三維聲技術

音頻技術經歷了單聲道音頻、雙聲道立體聲音頻、5.1 環繞聲、7.1 環繞聲、三維聲（3D Audio）的發展歷程。三維聲是具有三維空間感、方位感的聲音，能使聽眾在聽音過程中定位到聲源的位置和方向、聽出聲源的移動軌跡，從而獲得身臨其境的沉浸感 [19]。目前，三維聲技術以國外方案為主，如成熟的 MPEG-H、Dolby 等。2016 年中央電視臺和廣播科學研究院等組織成立了三維聲專題組，完成了《三維聲（3D Audio）廣播電視行業標準技術征集》，開始正式征集提案；2017 年各提案方正式提交最終提案，三維聲測試評估組完成了相關標準的測試驗證。目前，我國的三維聲技術仍處于研發階段，三維聲的編解碼技術和前后處理技術有待突破，三維聲的制作技術標準、音頻質量評審制度仍需進一步完善。

3. VR/AR 技術

VR 通過電腦或其他智能計算設備來模擬產生三維空間的虛擬世界，為用戶提供關于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬感受。一般認為，VR 技術只展示虛擬世界 [7]。AR 是將真實世界信息和虛擬世界信息無縫集成，將原本在現實世界一定的時間空間范圍內很難體驗到的實體信息（如視覺信息、聲音、味道、觸覺等）進行模擬仿真后再疊加，從而將虛擬信息應用到真實世界；這種信息可被人類感官所感知，獲得超越現實的感官體驗 [20]。

在產業政策方面，我國已將 VR 產業發展上升到國家高度。目前，有近 20 個省（市、區）布局了虛擬現實產業。在數字創意消費服務供給的豐富度方面，VR 應用在教育圖書、影視、游戲娛樂、政務展覽等方向發展迅速。虛擬內容資源不斷豐富，在央視春晚、國家慶典、國際會展等重大活動中開展了 VR 直播，具有較強體驗性的優質內容初具規模。在 VR 產業標準方面，VR 頭戴式顯示設備的標準化工作已經立項。也要注意到，目前主流的 VR/AR 設備仍然以 Oculus、微軟公司等國外產商的產品為主，國內在 VR/AR 設備制造技術方面與其存在一定差距。

4. 全息投影技術

全息投影技術通過集合被拍攝者反射的光波來重建物體的全部信息，使得平面物體內容得以立體顯示；在給人立體視覺享受的同時，提供了從不同角度來更直觀地觀察物體的功能 [21]。隨著 AI 技術的發展與完善，采用全息投影技術的產品應用已經風靡全球，運用全息影像技術構建的舞臺立體投影效果，達到身臨其境的立體體驗，使得內容表現形式更加直觀、豐富和新穎。例如，2016 年國內采用全息投影技術導演了一場高難度演出——在西湖水面上表演《天鵝湖》舞蹈，現場效果讓觀眾嘆為觀止。

三、數字創意技術面臨問題分析

整體來看，我國在超高清視頻技術、三維聲技術、VR/AR 技術、數字內容生產和創新設計軟件等數字創意技術領域的創新支撐相對不足，與美國、英國、日本、韓國等發達國家還有一定差距。

（一）超高清視頻技術

我國超高清視頻技術仍然處于發展初期，在取得一定成績的同時，仍面臨諸多挑戰。

1. 超高清技術攻關和攝像機等基礎器件的研發投入不足

攝像機是攝取超高清視頻內容必不可少的關鍵設備，目前我國攝像機工業在基礎器件研發和整機集成方面只能進入中低端市場，廣播電視等高端領域應用產品仍全部依賴進口。隨著 4K、8K 超高清時代的來臨，我國面臨更加嚴峻的技術攻關形勢和高端人才流失的挑戰，需要研發資源的持續投入。

2. 行業測試標準規范缺乏

已頒布的國家、行業標準集中在信源編解碼和終端接收顯示等領域，但包括信道、接口、安全、應用在內的端到端超高清視頻標準體系尚未完全建立。相關技術標準的不統一和認證規范的缺失，導致國內現有的超高清視頻技術參差不齊，不利于形成觀眾的優質體驗，影響產業未來的普及度和健康發展。

3. 產業重點專利布局滯后

在超高清方面，我國尚未形成支持產業發展的專利布局，電視廠商主要采用國際成熟技術，支付專利費的現象在短時間內難以緩解，存在著產業經濟利益繼續受損的隱患。

4. 內容源頭供給嚴重缺乏

嚴格符合 4K、8K 標準的視頻內容整體偏少，成為了制約超高清視頻產業發展的瓶頸。內容制作成本高、產出回報周期長、版權無法完全保護等問題，極大降低了內容制作企業在超高清視頻制作方面的投入意愿。

（二）三維聲技術

我國的三維音頻技術仍處于初期研發階段，相關產品所使用的技術仍然以國外為主，較多彩用了MPEG-H 和 Dolby 等技術。具體而言，我國應組織研發力量，在三維音頻技術中的編解碼技術、前后端處理技術、制作技術標準、質量評價制度等方面進行提高和改善。

（三）VR/AR 技術

1. 系統性研發能力不足

國內在 VR/AR 領域片面追求芯片、傳感器、顯示器件、光學器件等硬件的單一性能參數，忽視了系統整體性能的提高。應對解決 VR/AR 產品實際應用效果欠佳的現實需求，我國仍需增加研發投入，推動 VR/AR 觀看設備從大尺寸的頭戴式設備向小尺寸的平板、智能手機的滲透，系統性提升 VR/AR 使用體驗。

2. 優質內容不足

國內的 VR/AR 產業仍以硬件生產為主，2018 年虛擬現實行業硬件收入占比達 70% [1]。在內容應用領域，盡管我國在央視春晚、國家慶典、國際會展等重大活動中開展了 VR 直播，但是優質內容的規模仍有明顯不足。優質內容是提升 VR/AR 用戶體驗的核心，只有具備足夠的優質內容，用戶才有消費 VR/AR 產品的意愿。面向教育、醫療、電子商務、工業制作等重點行業領域的 VR/AR 應用研發設計存在短板，需要增加垂直行業的 VR/AR 內容與應用投入。

3. 產業生態鏈不完善

國內的 VR/AR 企業以中小型企業為主，其產品大多是針對行業某些特定的軟硬件環節應用需求。我國尚不具備完整的 VR/AR 產業鏈，應補齊VR/AR 產業短板，構建包括硬件設備、軟件應用、垂直領域在內的完整的端到端產業鏈。

（四）數字內容生產和創新設計軟件領域

在數字創意內容的生產和制作方面，我國的數字內容加工處理軟件支撐不足，大量的工業設計軟件依賴進口，如 3D Studio Max、Maya、AutoCAD 等。高端數字內容制作和創新設計的軟件，包括 VR 內容制作、工業設計軟件、動漫游戲制作引擎軟件等，國產貢獻率普遍不高，受進口軟件的影響較為明顯。對國外數字內容生產加工軟件技術的依賴對我國數字創意產業的健康發展構成了掣肘。應加大研發力度、實施獎勵機制、組織相關技術企業對這一類軟件進行高質量地開發，盡快自主研發出能夠替代甚至取代國外軟件的產品成果。

四、對策建議

（一）設立數字創意技術國家科技重大專項

建議設立數字創意技術國家科技重大專項，在數字創意技術領域加快追趕國際技術和產業的步伐。加大關鍵核心技術、關鍵元器件、高端產品、創新應用、 軟件平臺與工具的研發力度， 解決數字創意技術重點領域中的關鍵核心技術短板和“卡脖子”問題。通過重大專項的實施，使我國在數字文化創意技術裝備、數字內容創新和創新設計等領域形成具有國際競爭力的高新技術研發與創新體系，支撐相關產業發展并在全球數字創意市場中發揮更為重要的作用。

（二）建設數字創意技術國家工程研究中心

數字創意產業是高度交叉融合的產業，也是典型的高新技術產業，但存在著自主創新能力不強、系統集成能力不足、新技術應用廣度和深度有待提高等問題。建議組織具有較強研究開發和綜合實力的高校、科研機構和企業等，共同參與數字創意技術國家工程研究中心的建設，在數字創意關鍵共性技術、裝備和智能設計系統方面進行工程化研究和驗證，形成有利于技術創新、成果轉化的機制。中心應成為產業與科研之間的橋梁， 肩負促進我國數字創意相關產業技術進步和核心競爭能力提高的重要使命。

（三）建設文化數字內容資源共享平臺

發展數字創意產業既能創造新的經濟增長點，也能大力傳承我國優秀文化、促進中國文化走向世界。建議構建跨部門、跨區域、跨行業的數字內容資源大數據平臺和共享平臺，開展全國范圍內的文化藝術品數字化建設，并借助 VR/AR、 超高清視頻、5G 等新一代信息技術來深度開發相關文化藝術數字產品。應積極參加國際合作交流，傳播我國優秀文化，吸收國外文化藝術精髓。所構建和開發的相關數字化平臺與產品以及參與國際合作的廣泛度，將極大地促進人類文化藝術知識的積累與傳承。

（四）提高數字創意技術人才培養質量

數字創意產業涉及諸多新一代信息技術，高新技術元素富集。技術創新是推動數字創意產業發展的重要基礎力量，而高端人才與實際需求不匹配。建議探索設置數字創意技術專業，發展相關學科，實施一流數字創意技術專業建設示范項目，保障數字創意技術人才的培養數量和質量。