三维数字化，或将出现中国最大科技公司，比腾讯、阿里、华为更大

留着·2023年08月01日 13:00

图片、视频、电视剧、电影、短视频、直播均依赖二维数字化技术，其产业史由美、德、日相继引领，诞生了世界性头部企业；以苹果Vision为代表的头显开启三维数字时代，三维数字化参考二维数字化轨迹，谁会是三维数字化的世界性巨头？

我们每天使用互联网，从图片、视频，电视剧、电影、短视频、直播，到微信视频。里面有一项改变人类世界的核心科技—二维数字化，照相机获取现实环境的二维内容。

实际上，二维数字化技术和产业发展了一百多年，从笨重到小型、从黑白到彩色、从静态到动态、从PGC到UGC。

期间，美国、德国、日本相继占据产业，诞生了世界级企业：美国柯达（全球前五）、德国蔡司（光学巨头）、徕卡（光学巨头）、日本佳能、尼康等，并衍生到军工、医疗、半导体等，是人类最为重要的科技产业之一。

但是，为什么照相机对三维现实环境拍照，生产的却是二维的图片、视频？

以苹果为代表，微软、谷歌、Meta跟随的科技巨头正构建新一代以空间计算为基础的三维计算机体系，互联网将从二维的图片、视频升级到三维内容生态，但三维内容的生产—三维数字化面临一系列技术、商业难点。

参考二维数字化发展史，三维数字化是全球科技产业竞争的核心，预计将会诞生出全球最有价值的公司之一，中国最大的科技公司。

但目前，三维数字化在国内认知不足。

表1：数字化产业发展

一、二维数字化，美德日相继产业争霸

（一）发展历史

二维数字化发展有一百多年，从最初的笨重机器、黑白、静态、专业化生产，逐渐实现了成像设备的实用化、小型化、电子自动化和数码化，彻底改变了人们的生活。

第一阶段（1839-1888年）银版感光时代

人类历史上第一架真正的照相机。1839年，法国达盖尔发明了“达盖尔银版摄影术”，诞生了人类历史上第一架真正的照相机，宣告了摄影的诞生。

图2：达盖尔相机（法国）

第一支人像镜头，摄影史上第一个经过数学计算的精密物镜。1840年，匈牙利的佩茨瓦尔发明了第一支人像镜头，它是第一个经过数学计算的精密物镜，极大地缩短了曝光时间，使得快照首次成为可能。

图3：佩茨瓦尔镜头（匈牙利）

著名的匹兹伐镜头，第一次可以抓取运动缓慢的物体。1841年，维也纳大学数学教授匹兹伐通过计算设计出了著名的匹兹伐镜头。这台相机镜头的通光量是同期的19倍，可以抓取运动缓慢的物体。

第二阶段（1888-1975年）胶片感光时代

胶卷的发明，使摄影普及成为可能。1888年美国柯达公司生产出新型感光材料“胶卷”，这是感光材料的飞跃。

同年，柯达发明了世界上第一台胶卷照相机。价格25美元，使用者拍完100张胶片，把相机寄回柯达公司，胶卷被取出加工为照片。这很快成了美国人生活的一部分。

图4：柯达筒状快门相机（美国）

1890年，个人摄影时代开启曙光。柯达推出第一款Brownie相机，售价仅1美元，使用的胶卷为1.5美分。这使摄影成为大众可以承受的爱好，柯达的销售网络遍布法国、德国、意大利和其他欧洲国家。

徕卡I型相机发明，善于携带和抓拍，对新闻摄影发展起到重要作用。1925年德国莱茨公司生产出徕卡I型照相机，便于携带和抓拍，推动了新闻摄影发展、摄影普及。

图5：徕卡I型照相机（德国）

电子技术第一次应用于照相机领域。1954年德国阿克发公司生产出第一台有镜头外测光功能的阿克发EE照相机。从此，电子技术应用于照相机领域。

图6：阿克发EE型照相机（德国）

第三阶段（1975-2001年）数字化时代

第一台数码相机。1975年，柯达发明了世界上第一台数码相机，开启数码相机时代。

图7：世界第一台数码相机（美国）

1981年，索尼推出全球第一台不用感光胶片的电子相机“马维卡”，是用磁盘记录影像的静态视频照片相机，首次将光信号改为电模拟的电子信号记录在软磁盘上，这为数字影像系统奠定基础。

图8：索尼马维卡照相机（日本）

1983年，尼康公司生产具有分区评估测光功能的尼康FA型照相机，测光精确度大大提高。首个带矩阵测光的相机，其微型电脑分析不同区域的测光数据，给出正确曝光值。电子技术开始广泛应用于照相机领域，使自动测光、自动调焦、自动曝光成为现实。

图9：尼康FA型照相机（日本）

1985年日本美能达公司生产由微型计算机控制的美能达α7000型、α9000型照相机，标志着照相机制作进入以电子技术为主导、并逐步智能化的阶段。

图10：美能达α9000照相机（日本）

1995年柯达公司推出的DCS 460型数字照相机，将CCD的影像信号变为数字信号记录在磁盘上。数字相机的诞生，标志着计算机技术全面进入照相机领域。

图11：柯达DCS 460型数字照相机

由于不断采用最新的电子科技成果，照相机智能化程度越来越高，操作越来越方便。数字影像技术得以迅速发展，在新闻业、广告业、军事、科研等得到广泛应用。

第四阶段（2001年至今）手机大众时代

2001年，数字相机普遍达到300万以上像素.随着技术的不断成熟，手机拍照逐渐成为人类日常生活的主要应用，但专业化的内容生产还是需要专业的照相机、摄像机。

（二）技术演进—交叉学科、底层研发、持续迭代

二维数字化经历了一个多世纪的线性发展，从最初的木质结构的暗箱，再到精密机械制作的胶卷相机，最后到现在与电子技术深度结合的数码相机。

其技术底层是光学、光电测量，与材料、机器制造、电子技术、计算机等跨学科深入融合，一直在不断地迭代和发展。

图12：二维数字化产业变迁

图13：产业的底层逻辑

表2：二维数字化技术发展演进

（三）商业演进

二维数字化产业发展史，商业形态不断演进，从黑白到彩色、从静态到动态、从PGC到UGC，经历了辉煌的历程。

1、黑白到彩色

在摄影发展接近一个世纪以后，二维数字化从黑白到彩色的转变。黑白照片占据了相当一段时间，直到柯达公司发明，并发售彩色胶卷，彩色摄影才成为二维数字化的主流。

2、静态到动态

在干版摄影法发明20多年后，人们实现对动态影像的拍摄。1895年，法国卢米埃尔兄弟通过兼具放映功能的摄影机，拍摄火车进站的场景，成为第一支被拍摄出来的动态视频。

3、大型到小型

二维数字化的设备，从最初笨重、专业化的设备，逐渐发展到小型化。最终实现微型化，融入到手机体系中。

4、PGC到UGC

在初期，需要在摄影工作室，在专业摄影人士的工作下，才能获得照片。随着相机的实用化、小型化、自动化，从PGC逐步发展到UGC，人们能够日常使用。

表3：二维数字化发展演进

二、全球科技产业竞争，诞生世界巨头

纵观二维数字化发展一百多年历史，各国均举国之力研发，争夺核心科技产业。

美国凭借完善的工业体系、德国凭借精密的光学和机械制造、日本凭借军工驱动以及电子融合弯道超车，三国相继占领全球市场。

在产业发展中，出现了美国柯达（美股前三）、德国蔡司（光学巨头）、德国莱卡（相机贵族）、日本尼康（光学巨头）、日本佳能（长期电子第一）等科技巨头。

产业亦从最重要的拍照、摄像，衍生到军事（瞄准）、半导体（光刻机）、医疗（CT、显微镜、内窥镜）等。

（一）美、德、日举国之力研发

1、美国：创新构建工业化体系，独霸全球市场

在美国强大的工业化体系下，美国相机产业快速发展，很早就使用塑料，同时导入自动化生产线，配合不同种类的相机和不断创新的技术，快速抢占市场。

1900年，柯达公司开发出勃朗宁相机，售价1美元，其简单和廉价迅速改变照相机昂贵、庞大的固有印象，其迅速占领全球市场，在德国、法国、意大利等设立了销售机构，柯达取得了空前的市场回报。

到20世纪30年代，柯达已占据世界摄影器材市场75%的份额，独揽9成的利润，比当今智能手机时代的苹果还要风光。

2、德国：精密研发，高端制造垄断光学

19世纪后半叶，德国在近代光学、工业上的实力剧增，在继承法国开辟出的金属化相机道路上，德国相机产业发展迅速。

与美国工业化路径不同，德国相机朝着精良、昂贵的方向发展，并逐渐成为相机的王者。

凭借其光学与机械技术，德国在1911年-1960年的五十年里，几乎一直雄踞世界照相机王国宝座，蔡司、徕卡等成为世界各国竞相仿制生产的名牌相机，其孕育了世界光学三大巨头蔡司、徕卡、施耐德。

3、日本：军工驱动自力更生，举国之力电子超车

起始于军工需求，模仿欧洲起家。1914年，第一次世界大战爆发，当时世界光学仪器设备巨头-德国蔡司几乎垄断全球市场光学仪器。为解决军舰的光学设备问题，日本被迫走上自力更生道路。

1917年，尼康成立，为日本国防部生产军用光学仪器。1919年宾得成立，1934年富士成立。1937年佳能成立，后续为日军生产小型光学仪器，日本狙击枪的大比例光学瞄准镜、坦克、装甲车的车长观瞄仪，轰炸机的光学瞄准设备等。

相机产业在日本工业发展中占据极其重要的地位。相较于德国走的贵族路线，日本走廉价平民路线。尼康在二战结束前经历了爆炸式成长，拥有19家工厂，2万以上员工。到朝鲜战争爆发，尼康优秀的品控得到前线记者的认可，从此世界闻名。

1960年后举国发展电子产业，相机产业弯道超车。由于日本举国发展电子产业，电子技术成为日本的强项，被运用到各个领域，其中包括相机，佳能尼康们终于等来逆袭机会。自动卷片、感光度自动选择、自动对焦、自动测光等一系列便利操作，被日本人开发出来并运用到照相机上。

这时期日本相机产业享誉中外，在发达的电子技术武装下，便宜好用的日本相机开始占领世界，135单反相机成为摄影记者们的标配，徕卡蔡司们则成为小众产品。凭着积累数十年的电子技术，日本佳能、尼康和索尼崛起占据全球市场。

在这场产业逆袭中，日本全国上下一心，重点投入和发展至关重要，从最初的模仿、到对前辈德国的弯道超车，再对美国产业的拥有竞争优势，具有重要借鉴意义。

（二）科技巨头—全球市值前三公司

照相、摄影在人类生活不断普及中，出现了美国柯达、德国徕卡、卡尔蔡司、日本佳能、尼康等全球科技产业巨头。

表4：二维数字化的科技巨头

1、美国柯达

柯达，是二维数字化发展中最重要的名字。曾是美国的“苹果”、“谷歌”，一度垄断全球市场，1967年是仅次于IBM和AT&T的美股前三公司。

1888年，公司推出第一部傻瓜型胶卷相机"柯达"。它的上市让拍照变成了前所未有的简单事：用户只需按下快门，即可捕捉到想要的画面，这部相机大获成功。

1900年，公司开发出勃朗宁胶卷相机，售价1美元，其迅速占领全球市场。

此后的柯达不断推陈出新，成为胶片相机时代的霸主。它开发出全球第一款取得商业成功的彩色胶片克罗姆，横扫全球市场。

到1930年，柯达已占据世界摄影器材市场75%的份额，独揽9成的利润，比当今智能手机时代的苹果还要风光。

1967年，柯达是美国第三大公司，市值峰值达到1770亿美元，仅排在IBM和AT&T之后。考虑到美元超发1967-2021年五十年贬值10倍换算，现在约1.7万亿美元市值 (谷歌市值1.7万亿美元，美国第三)。

1976年，柯达在美国胶片和相机市场占有率分别达到90%和85%，全球胶片占有率达到65%。

到1981年，柯达公司销售额冲破100亿美元，年利润额比汽车巨头福特还要高。

到1996年，柯达攀上了历史的巅峰，全年的营业额达到了160亿美元，纯利润超过25亿美元，当年，柯达被评为全球最有价值的第四大品牌。

图14：100年来美国最大最有价值公司

2、德国蔡司

蔡司1846年创立，至今已有170多年历史，是世界领先的光学与光电行业科技集团，致力于研究光学、精密机械和电子学原理的结合，给全球带来了全新性能的高科技产品。

蔡司已成为全球领先的光刻光学元件的代名词，在镜片及相机镜头和双筒望远镜等领域，一直引领世界潮流。其在全球形成了半导体制造技术、工业质量与研究、医疗技术和光学消费品市场四大业务部门。在芯片领域，其元件被用于制造半导体组件。

3、德国徕卡

1913年，巴纳克开始制作徕卡原型机，在这一个多世纪的时光里，徕卡经历了无数的风风雨雨。徕卡相机以结构合理，加工精良，质量可靠而闻名全球，徕卡相机是当时世界各国竞相仿制的对象。

随着数码相机突飞猛进地发展，靠精益求精、一丝不苟，传统相机的徕卡渐渐脱离了大部队前进的步伐。数码相机大行其道抢夺了大部分的影像器材市场。

4、日本尼康

尼康成立于1917年，开始着手光学玻璃的研究生产，1932年推出日本首款高端相机镜头。在数码时代，尼康是日本佳能后全球第二个最大的数码单反镜头相机制造商，其镜片具有先进光学技术、高清晰，高透光率，先进镀膜技术等特点。

尼康目前仍是全球著名的光学产品设计和制造商，具有尖端的光学科技水平，在镜片的高折射率材料、非球面技术、个性化光学设计、光学镀膜等方面处于世界领先地位。

5、日本佳能

1937年，凭借光学技术起家、以制造世界一流相机作为目标。1959年推出第一款35毫米单镜头反光式照相机，1976年推出全电子化的Canon AE-1型，是世界上第一款内置计算机中央处理器（CPU）的全电子照相机，在市场上独占鳌头。80年代开发出气泡喷墨打印技术，推向全世界。

2000年，美国纽约证券交易所上市。市值长期占据日本电子最大市值公司，2007年市值38万亿日元。2016年，佳能在美国获得3665项的专利，名列全球第三，排在IBM和三星之后。这是佳能从2005年开始，连续12年蝉联日企专利排行榜首。

佳能主要产品包括照相机及镜头、数码相机、打印机、复印机、传真机、扫描仪、广播设备、医疗器材及半导体生产设备等。世界各地拥有子公司200家，雇员超10万人。

（三）衍生到半导体、军工、医疗等领域

二维数字化产业具有极高的战略意义，除了本身的拍照、摄影极大改变了人类生活，其技术还衍生到半导体、医疗、军事等领域。

1、半导体行业

二维成像技术逐步衍生到半导体行业，是光刻机的核心部分。光学镜头是光刻机的核心部件，1986年蔡司开始为电路曝光设备提供镜头，如今AMSL最先进的光刻机已离不开蔡司元件，蔡司是唯一能制造EUV光刻机镜头组的光学厂商。

日本尼康，世界上第一个量产型光刻机技术的企业，尼康2号光刻机代表着当时日本工业的最高技术成就。在1971年以后率先使用尼康光刻机的日本半导体企业开始制霸全球半导体产业。

目前尼康仍是仅次于AMSL的光刻机巨头，其设备被东芝、日立、英特尔、德州仪器等世界先进半导体芯片生产厂家所采用。

2、医疗领域

随着科学技术的进步，照相机、镜头和感光材料有了长足进步，二维数字化延伸到医疗领域。

蔡司的医疗系统广泛应用在眼科、神经外科和耳鼻喉科等领域。

日本奥林巴斯成立之初就利用其光学专业知识制造显微镜和内窥镜。1950年发明 “胃摄像机”，为现代内窥镜奠定基础。

日本佳能在数码相机衰退后，重点转向医疗影像系统，2017年至2019年佳能医疗系统年营业额为240亿日元左右。

军工光学仪器起家的尼康也进入半导体、显微成像仪器、医疗诊断设备等领域。

3、军事领域

相机可以拍摄静态图像和记录动态影像，在军事领域产生巨大的价值。

随着技术的不断发展，二维数字化在军事领域应用范围不断扩大，从最初的聚焦、瞄准，到遥感测绘、航天航空、武器检测、武器制导、目标探测、敌我识别等，都是光学技术的支撑。

例如：在卫星遥感系统中，通过运用光学技术分析各种遥感图像，进行自动制图、卫星图像与地形图校准、自动测绘地图；通过分析地形、地貌的图像及图形特征，实现对地面目标的自动识别、理解和分类等。

总结：从二维数字化发展史看，可以总结以下规律：

（1）是改变人类生活的核心科技之一；

（2）能培育巨大产值和世界性企业；

（3）底层为光学、光电测量，涉及多跨学科，需要持续研发投入；

（4）头部公司格局较为稳固。是渐进式创新，而非颠覆式创新。

三、三维数字化，全球竞争战略高点，培育中国最大科技巨头

二维数字化，获取现实环境的二维数据，设备是照相机和摄像机

三维数字化，获取现实环境的三维数据，设备是图像建模和3D扫描仪

二维数字化，极大改变了人类生活，但其潜力已不大。科技的车轮，开始需要三维数字化技术的发展。现实世界本是三维的，为什么之前拍照、摄像出来的是二维的内容？

二维时代，照相、摄影（信息输入）早于电视、电脑、手机(信息载体）成熟；

三维时代，以苹果Vision Pro为代表的三维头显（信息载体）先成熟推广开，但三维数字化（信息输入）反而发展更慢。

全球范围内，三维数字化技术主要是图像建模、结构光两条主要路径，国内图像建模公司主要是景致三维，结构光有易尚展示、知象光电、奥比中光等，海外科技巨头近些年通过收购进入。

预计三维数字化，其产业发展、技术演进、商业路径会与二维数字化相似。

图15：三维数字化原理

图16：三维数字化设备及技术

（一）产研学一体化，横跨多学科

与二维数字化相同，三维数字化底层技术是光电测量、光学，其横跨数学、计算机视觉、图形学、电子、机器制造、人工智能等多个领域，具有多学科交叉、技术复杂度高的特点。

相关公司需在核心硬件模组、核心软件算法、扫描检测一体化、性能精度及生产流程等多个环节持续性投入研发。

技术的提升，亦需各种跨专业的顶尖人才团队，进行大量的研发、实践和配合，从而实现技术的跨越。

（二）商业演进

三维数字化的商业演进与二维数字化类似：从黑白到彩色，从大型到小型，从静态到动态，从PGC到UGC。目前三维数字化处于彩色、静态、大型设备、PGC阶段。

表5：三维数字化商业演进阶段

1、黑白到彩色

三维数字化最初十余年是激光技术，没有色彩，主要用于工业测量、测绘。随后结构光、图像建模技术的出现和发展，能呈现出逼真的色彩和纹理。

2、静态到动态

三维数字化技术处在静态阶段，当前仍有一系列技术难题尚需攻克，如无法完全自动生产数据、部分纹理复杂（如衣服、头发）无法还原，黑色及玻璃材质反光无法获取等。

动态三维数字化更为遥远，参考二维数字化中，摄像晚于拍照相当一段时间。

3、大型到小型

三维数字化的相关硬件设备，仍较为复杂和笨重。特别是针对大、中体积的物体获取三维数据时，如人体的三维数字化设备就由多个较大的扫描仪/照相机完成。设备的小型化、轻量化将是未来发展的方向。

4、PGC到UGC

三维数字化仍处于PGC阶段。主要是机器还无法像二维拍照一样自动获取、生成数据，还需要配套软件和人工处理。

随着技术的发展，未来达到UGC，将是人类信息科技革命的里程碑，它将像现在的二维数字化一样普及，与人们日常生活息息相关。

（三）衍生到医疗、军工、服装等领域

虽然三维数字化技术还未像二维数字化技术那样成熟和普及，但其发展已开始衍生到医疗、服装、军工等领域。

服装人体建模、虚拟试衣、定制服装。易尚展示2019年启动“服装专用人体测量软硬件系统应用”，与中国纺织建设规划院、中国服装协会科技部、全国服装标准化技术委员会以及柏堡龙、卡尔丹顿等探讨商业需求及落地应用。其研发的服装人体策略软硬件系统拥有自主知识产权、搭载最新快速精细三维扫描，对标谷歌虚拟试衣Dressing Room。

针对青少年的脊柱测量。2020年易尚展示研发推出“光学三维人体脊柱测量系统”，用于青少年群体脊柱筛查和治疗康复，其2021年获得德国iF奖。此外亦对接军队里对三维设备的定制业务。