请选择 进入手机版 | 继续访问电脑版

5G助力VR/AR崛起,产业链相关机遇分析

2020-5-19 14:27 57 0 编辑:互联网
【版权申明】:

  本网站部分内容摘录或转载属于信息来源,如有侵权请与本站联系,我们将第一时间进行处理。任何媒体、网站或个人从本网站下载使用,必须保留本网信息来源,并自行承担版权等法律责任。



1. VR/AR 将成为 5G 生态杀手级应用

VR/AR 和 5G 技术密不可分。2015 年-2016 年 VR/AR 大热,成为消费电子的一个亮点,但是很快 VR/AR 的发展便遇到困境。带宽和延时的因素导致互动体验不强和终 端移动性差、分辨率和刷新率低等痛点问题,一直是遏制行业发展的最大短板。而 5G 网络的大带宽和低时延特性,将着重解决这些问题。5G 的大带宽的特性,提供高速网 络,可以渲染云端内容,解决运算压力;另一方面,低时延的特性将会解决戴上眼镜之 后的眩晕感。

虚拟现实涉及多类技术领域,可划分为五横两纵的技术架构。“五横”是指近眼显示、 感知交互、网络传输、渲染处理与内容制作,“两纵”是指 VR 与 AR,两者技术体系趋 同,且技术实现难度均高于手机等传统智能终端,如手机等设备在芯片、屏幕等核心领 域的性能过剩成为虚拟现实的门槛。总体上看,VR 通过对现有手机技术体系的“微创新” 实现产业化,AR 更多需要从无到有的技术储备与重大突破,其技术实现难度高于 VR。



虚拟现实技术发展划分为如下五个阶段,不同发展阶段对应相应体验层次,目前处 于部分沉浸阶段,主要表现为 1.5K-2K 单眼分辨率、100-120 度视场角、百兆码率、20 毫秒 MTP 时延、4K/90 帧率渲染处理能力、由内向外的追踪定位与沉浸声等技术指标。 部分沉浸阶段较上个初级沉浸阶段已经取得较大的突破,预计将在今明两年的最新终端 产品上有所体现。



5G 对于虚拟现实技术在体验、性能、成本等方面实现了显著的改进,主要包括头 动响应时延(MTP)、渲染能力、显示能力、使用移动性、市场规模、成本效率。将加快 VR/AR 产业进入深度沉浸阶段。

5G 时代,高速率和低延时的传输特性有望显著提升 VR/AR 产品的用户体验。当 前的 VR/AR 产品普遍存在动作跟踪延迟、分辨率低、易晕眩等问题,其主要原因在于 现有的各类通信技术还达不到 VR/AR 产品对高速率(Gbit/s 级)、低延时(7-15ms)数 据传输的要求,虽然部分 VR/AR 产品采用了有线网络连接的方式改善数据传输的问题, 却牺牲了产品的用户体验。而随着 5G 来临,无线通信技术的峰值速率提升到了 20Gbit/s 的量级,延时理论上可降低至 1ms,有望扫清当前 VR/AR 产品在数据传输方面的应用 障碍,显著提升产品的用户体验,从而推动 VR/AR 市场的成熟和发展。

5G+云渲染大幅提升 VR/AR 应用显示效果,降低硬件成本,助力 VR/AR 普及。在 传统 VR/AR 应用中,受 CPU、GPU 算力限制,VR/AR 终端的图像渲染分辨率仅为 2K4K,帧率一般为 30fps-60fps,而在 5G 网络下,VR/AR 可以实现云渲染,依托云端强大的数据存储和高速计算能力,VR/AR 图像渲染可达 8K 分辨率,并实现 120fps 帧率,据 诺基亚测算,通过 5G 网络+云端 GPU 集群运算处理,其算力可达传统 4G 解决方案的 十倍量级,可大幅提升 VR/AR 应用的显示效果和沉浸式体验,同时也有助于减少当前 VR/AR 终端对高性能 CPU、GPU 的依赖,从而降低硬件成本,推动 VR/AR 产品的普 及。

另一方面,5G 时代衍生的边缘计算等相关技术也有望为 VR/AR 产业带来变革, 为 VR/AR 市场注入新的活力。边缘计算是基于 5G 演进架构,将基站与互联网业务深 度融合的一种技术,可满足系统对于吞吐量、时延、网络可伸缩性和智能化等多方面要求。传统移动通信网络是集中化处理机制,数据往返于核心网与用户终端之间,时延大,网络负荷高。边缘计算位于移动通信网络边缘,它将数据中心(核心网)的计算和存储等能力下沉,使之更接近用户终端,降低物理时延,也减少了与中心云的信息交换,降低网络负荷,从而可以创造出一个具备高性能、低延迟与高带宽的电信级服务环境。在 VR/AR 中,引入边缘计算意味着原本需要在终端完成的海量数据的处理、图形的渲染等 工作可以迁移到边缘计算网络上完成,而终端设备只需负责对网络中各项内容、服务及 应用的分发和下载,让消费者享有更高质量网络体验。





5G 推动 VR/AR 快速发展,产业链公司迎来重大投资机遇

目前,VR/AR产业链已经初步形成,其中,VR 产业链上游的硬件部分主要包括光 学镜头、显示面板、芯片(主控芯片及传感器)等,软件部分包括系统平台(操作系统、API 及 APP)、信息处理工具(3D 建模及图像渲染);中游的硬件部分包括显示模组和 整机制造等,软件部分包括动作捕捉、眼动追踪和语音处理等功能的开发;下游为 VR 应用,包括各类 VR 终端产品、面向科技/游戏/视频等的 VR 内容以及 VR 平台分发等服务。





AR 产业链上游硬件部分主要包括光学设备、显示设备、芯片、传感器等,软件部 分包括数据采集(环境渲染、视频捕获、SLAM)、数据处理(3D 渲染、渲染引擎等) 和系统平台(操作系统、SDK)。中游的硬件部分包括 3D Sensing、处理器模组、显示模 组等,软件部分包括动作捕捉、眼动追踪和语音处理等功能的开发;下游则主要是各种 AR 终端产品以及各种 AR 技术应用的服务。





多方支持助力产业发展,中国 VR/AR 市场领先全球

VR/AR 产业在国内得到了资本和产业政策的大力支持。从 VR/AR 投资金额和项目 数量来看,中国仅次于美国,位居全球第二位。同时,国内各级政府也通过产业政策大 力推动 VR/AR 在科技、教育、娱乐和商业领域落地,助力本土 VR/AR 产业发展。

国内 VR/AR 产业初具规模。从产业结构来看,中国本土拥有大量 VR/AR 硬件制造 商,同时国内也是全球 VR/AR 零部件的采购和组装中心,目前,国内已拥有 5000 多家 VR/AR 街机店、电影院和体验中心,应用生态建设也逐步完善。

2. VR 市场步入高速发展期,相关产业链环节充分受益

2.1. VR 产业生态成熟,市场步入高速发展阶段

VR(Virtual Reality)是指利用计算机技术模拟产生一个为用户提供视觉、听觉、触 觉等感官模拟的三维虚拟世界,用户借助特殊的输入/输出设备,可与虚拟世界进行自然交互。





当前的 VR 产品的硬件形态主要有外接式头戴显示器、一体式头戴显示器和头戴式 手机盒子三类。

外接式头戴显示器是依靠外接计算设备(如 PC、家用游戏主机及其他智能设备等) 进行控制与存储,由头戴显示器实现 VR 效果呈现的产品,也是目前市面上技术含量最 高、沉浸感最强、使用体验最佳的 VR 产品类型。目前市场上的外接式头戴显示器的主 要产品包括 HTC Vive、Oculus Rift、PlayStation VR 以及国产的蚁视头盔、大朋头盔等。 凭借着出众的用户体验、成熟的技术支持和日趋亲民化的价格,外接式头戴显示器已经成为当前 VR 产品的主流技术发展路线。

一体式头戴显示器为自带显示、控制和存储设备,无需外接设备即可独立运行的 VR 产品,一体式头戴显示器兼顾机能与便携性,对制造工艺要求较高,代表性产品包括小 米 VR 一体机等。一体式头戴显示器产品性能相比外接式头戴式显示器略有差距,而携 带性和性价比相对于头戴式手机盒子又显稍低,因此较适用于兼顾性能和设备便携性的 应用场景。

头戴式手机盒子是指以智能手机作为显示、控制、存储设备,由手机盒子提供 VR 光学变换的产品。头戴式手机盒子携带方便、造价低廉,加之智能手机普及率极高,早 期用户对虚拟现实设备观望心态浓厚,因而成为早期 VR 市场的主流产品之一,但受制 于智能手机性能,该类 VR 产品的用户体验受限,若未来智能手机运算处理能力大幅增 强,则头戴式手机盒子类 VR 产品的显示性能也有望进一步提升。





当前的 VR 产业正步入高速发展阶段,产品形态基本成形,用户画像逐渐清晰,该 阶段的 VR 产业有望随着爆款产品的出现,进一步刺激市场对 VR 产品的需求,从而推 动产业开启高速发展。根据信通院和中国产业信息网的预测,2019 年,全球 VR 市场规 模将达到 1000 亿元左右,同比增速超过 50%,其中,中国 VR 市场规模约 310.2 亿元, 同比增长约 36.35%。

未来,随着 VR 技术、产业链配套和应用市场的进一步成熟,制约 VR 产品体验的 障碍有望不断突破,同时 VR 应用也有望更加丰富,并与移动通讯、传媒、教育等产业 相互渗透,实现 VR 产业的进一步发展。





2.2. 从主流终端产品 Oculus 看 VR 产业链



凭借着广阔的应用前景和市场空间,VR 产业吸引了 Facebook、三星、HTC 和华为 等众多 IT 巨头的大力布局,并有 Oculus、Vive 等多款 VR 产品陆续量产,产业生态日 趋完善。以 Oculus Rift 为例,一款外接式头戴显示器由光学器件、OLED 显示系统、芯 片和外壳结构件组成。

2.3. 受益 VR 市场发展,VR 产业链迎来重大发展机遇

(1) 光学透镜:

在 VR 产品中,光学透镜通过折射光线,可使显示屏幕上的图像形成更大更远的虚 像,从而实现沉浸式成像的效果。光学透镜对 VR 产品的视场角和清晰度会产生关键影 响。视场角(FOV)是 VR 光学系统中成像边缘与观察点连线的夹角,人体双眼的极限 视场角约 124°,最适视场角约 60°。随着 VR 产业的发展,光学透镜须在最适范围内 尽可能增大 VR 产品的视场角,从而在 VR 成像中形成更为开阔的视野,提升产品的沉浸感。





清晰度是表征 VR 光学成像效果的性能参数,一般来说,光学透镜的中心成像质量 最清晰,越到边缘成像的质量越差。因此,整个光学透镜有多大的高质量成像区域是 VR产品性能的关键指标之一。随着 VR 产品的升级,VR 光学透镜会采用非球面设计、复 合无色差镜组等方式,降低轴外像差,从而提高边缘的成像品质。





大视场角、高清晰度 VR 产品有望推动高价值量光学透镜的应用,同时,复合无色 差镜组等高清晰度 VR 透镜的应用也将随 VR 产品出货量增长而显著提升光学透镜用 量,从而为相关产业链厂商带来新的增长机遇。目前,国内具备 VR 光学透镜供应能力 的厂商主要包括联创电子、歌尔声学和舜宇光学等。

联创电子主要从事光学镜头及影像模组、触控显示器件等光学光电子产品的研发和销售。公司在屏下指纹模组镜头、手机镜头、车载镜头和运动镜头等领域积累深厚,具 备切入到 VR 光学透镜的产业基础,目前,公司正积极投入 VR 关键光学和光电部件的 研发,未来有望受益 VR 产业发展为光学镜头市场带来的增长。

歌尔声学主要从事声学、传感器、光电等精密零组件,以及 VR、智能穿戴等硬件 产品的研发、制造和销售。公司在 VR 领域先发布局,光学透镜进入索尼 PSVR 供应链, 市场竞争力显著。未来随着 VR 产品的不断放量,公司有望受益 VR 光学镜头市场的增长。

舜宇光学深耕光学零部件及产品领域,在光学透镜及摄像头市场具备突出的市场竞 争力。公司积极布局 VR 光学零部件市场,产品覆盖玻璃球面、非球面光学透镜等产品 领域,目前已有部分光学零部件产品进入 HTC Vive 供应链,未来有望受益 VR 产业发 展为光学镜头市场带来的增量。

(2) 显示屏

显示屏是 VR 成像的核心部件,其分辨率、功耗和尺寸是左右 VR 产品用户体验的 关键要素。当前主流的 VR 产品 Oculus 和 Vive 均采用了 AMOLED 显示方案,相比传 统的 LCD 显示,AMOLED 显示在分辨率和发光效率上显著提升。

随着 VR 产品的发展,VR 显示系统将进一步提升分辨率、刷新率并降低功耗,以 实现深度沉浸的功能需求。此外,VR 产品具备可穿戴属性,传统 OLED 显示方案在尺 寸、重量等方面难以满足 VR 产品轻量化的要求,因此,微显示技术成为未来 VR 显示 的发展趋势之一。

微显示主流技术路线包括 LCOS、Micro-OLED 和 Micro-LED 微显示技术等。LCOS 是一种基于硅基的反射式液晶微型显示方案,主要包括硅基 CMOS 晶圆层、镜片层、液晶层、对齐层、ITO 导电玻璃层、外层保护玻璃等。LCOS 的优势在于基底采用了半 导体材料单晶硅,因此拥有良好的电子迁移率,而且单晶硅可形成较细的线路,较容易实现高分辨率的显示结构,反射式成像也不会因光线穿透面板而大幅降低光利用率,因 此提升了发光效率。凭借诸多竞争优势,LCOS 技术成为了当前微显示市场最主要的方 案。

Micro-OLED 微显示技术是基于硅基的有机发光二极管显示方案,除具有 OLED 自 发光等优势外,也可实现超高分辨率及刷新率、低延时、体积小、功耗低等优异特性, 目前,业界已实现了的分辨率为 2048×2048、刷新率达 120Hz 且延时仅 10 微秒的 MicroOLED 显示方案,在 VR 应用中具备显著的市场竞争力。

Micro-LED 微显示技术是将 LED 的发光单元进行薄膜化、微小化和阵列化,从而 让每个单元小于 100 微米,与 OLED 一样能够实现每个图元单独定址和单独驱动发光, 但与 OLED 相比,Micro-LED 的显示寿命更长,同时响应速度可以达到纳秒级别,比 OLED 更快。此外,Micro LED 还具有超高分辨率、高亮度和低功耗等诸多优势。在 CES 2019 上,美国 VR 厂商 Vuzix 展出了配备 Micro LED 的 VR 眼镜,与 OLED 相比,其MicroLED 能提供 10 倍的分辨率、100 倍的对比度以及 1000 倍的亮度,同时功耗缩减 一半,未来随着 Micro-LED 技术逐步走向成熟,有望成为 VR 微显示技术的最终发展路线。

VR产品中AMOLED显示屏的应用有望推动OLED面板及显示模组用量显著增长, 此外,LCOS 等新型微显示技术的应用,也有望为显示市场带来全新的增长机遇,相关 产业链环节有望充分受益。

京东方在 AMOLED 面板领域积极投入,目前,成都、绵阳 AMOLED 面板厂已先 后量产,有望受益 VR 市场对 AMOLED 产品需求的逐步释放。同时,公司在 OLED 微显示器件领域提前卡位,投建了国内首条大型 OLED 微显示器件生产线项目,未来随着 以 Micro-OLED 为代表的微显示技术在 VR 领域的应用推广,公司有望率先受益。

韦尔股份收购标的北京豪威在 LCOS 微显示等领域积累深厚,目前 LCOS 产品已经 在 AR 设备上实现量产,并与 Magic Leap 合作开展 LCOS 投影芯片的研发,未来有望受 益 VR 市场对 LCOS 微显示产品需求的快速增长。

(3) 主控芯片

主控芯片是 VR 产品实现运行控制和数据处理的核心,VR 主控芯片性能的不断提 升,可以显著改善 VR 产品在高品质图像处理、高速无线通信和多传感器信息融合等方 面的功能体验,推动 VR 产品升级。

随着 VR 应用的逐步拓展,VR 产品出货量将保持快速增长,通用主控芯片的出货 量随之增长,同时,VR 专用芯片的发展,也将为主控芯片市场带来新的增长机遇。目 前,市场上主要的 VR 主控芯片厂商包括高通,三星、联发科以及全志、炬芯等。

(4) 传感器

传感器是 VR 产品感知用户动作并实现功能反馈的核心部件,也是实现 VR 沉浸式 交互的重要环节。VR 产品中传感器的应用十分广泛,包括光线感应传感器、加速度计、 陀螺仪、地磁传感器和眼动追踪传感器等,其中光线传感器用于实现 VR 设备的自动唤 醒,加速度计用于感知 VR 设备的运动方向和加速度,陀螺仪用于计算 VR 设备运动的 角速度,地磁传感器用于对 VR 设备的定位,加速度计、陀螺仪和地磁传感器是 VR 产 品实现多自由度动作控制与跟踪的核心部件。眼动追踪传感器是一项新兴的传感技术, 可以通过光学等方式判断人眼聚焦位置的变化,并实现位置追踪,是实现 VR 沉浸式体 验的重大革新。

VR 产品的智能化水平将持续提升,而不同传感器的应用将丰富 VR 产品的感知模 式,同时基于多传感器的数据融合也将为 VR 产品实现精准和灵活的人机互动提供底层 技术支持。随着 VR 应用的不断丰富,VR 中搭载的传感器数量有望持续增长,从而为 各个传感器细分市场带来新的增长机遇。

(5)整机制造

整机制造是将 VR 产品的各个零部件及模组装配成整机的环节,随着 VR 产品出货 量的增长,VR 整机制造需求逐渐释放。歌尔股份在 VR 产品整机代工领域先发优势显 著,并拥有如 Lens(光学模组),纳米压印、光波导技术等众多 VR 核心技术,市场竞 争力十分强劲,有望率先受益 VR 整机代工市场的快速发展。



3. 技术创新+应用拓展,AR 产业加速腾飞

3.1. AR 产业逐渐成熟,市场加速启动

AR(Augmented Reality)是一种通过实时计算影像位置及角度,生成相应虚拟场景 的技术,这种技术可以通过全息投影,在镜片的显示屏幕中将虚拟世界与现实世界叠加, 且操作者可以通过设备进行互动。



目前市面上主流的 AR 产品分为三类,分别是头戴式显示,手持式显示和以 PC 显 示器、HUD 为代表的空间显示器。

头戴显示器由一个头戴装置以及与之搭配的一块或多块(微型)显示屏组成,智能 AR 眼镜便是头戴显示器的典型产品之一。头戴显示器可将现实世界和虚拟物体的画面 重叠显示在用户视野中,实现现实世界的增强画面。同时,先进的头戴显示器通常搭载多自由度的传感器,用户可以在前后、上下、左右、俯仰、偏转和滚动六个方向自由移 动头部,而头戴显示器 AR 产品能够根据用户头部移动的动作进行相应的画面调整。

手持式显示是以智能手机作为 AR 移动终端的代表产品,经过多年的更新换代和功 能优化,智能手机显示器分辨率越来越高、处理器越来越强、相机成像质量越来越好、 传感器越来越丰富(提供着加速计、GPS、罗盘),诸多优势使得智能手机成为了天然的 AR 平台,也是现阶段 AR 应用的最容易落地的场景之一。

空间显示器是将虚拟内容直接投影在现实世界中的 AR 产品。空间显示器往往固定 在物理世界中,而周边任何物理表面,如墙面、桌面甚至是人体都可以成为可交互的 AR 显示屏。随着空间显示器尺寸、成本、功耗的降低以及 3D 投影的不断进步,各种全新 的 AR 交互和显示形式正在不断涌现,显著拓宽了空间显示器 AR 产品的应用场景。

目前,PC 显示器和移动终端 AR 产品的市场普及度略高于以 AR 眼镜为代表的头 戴式显示器产品。但由于 AR 眼镜可以突破屏幕的限制,可将整个物理界面作为 AR 交 互界面,因此有望成为未来 AR 产品的主流技术路线。

目前,AR 产业正处于市场启动期到高速发展期的过渡阶段,产业发展主要由技术 创新和应用拓展驱动,技术红利特征显著。未来有望吸引更多厂商进入 AR 市场。随着 技术体系的成熟、产业链构建的完善以及产品形态和内容平台的丰富,AR 有望在更多 场景实现落地。未来AR产业有望发展成为一个软硬结合,且汇集大量优质内容的平台, 届时也将迎来真正的高速增长期。

5G 通信技术将推动 AR 技术的大规模落地,5G 带来的高速通信将减轻硬件的运算 负担、提高 AR 设备的视觉处理效率和追踪精确度、提供低时延的用户体验。未来几年, 随着业界与学界对相关技术踏实的探索和市场对技术的驱动与修正,AR 产业的市场将 逐渐培育起来。 根据信通院和中国产业信息网的预测,2019 年,全球 AR 市场规模将 达到 262.89 亿元左右,同比增速超过 120%,其中,中国 AR 市场规模约 16.4 亿元,同 比增长超过 160%。

3.2. 从主流终端产品 HoloLens、Magic Leap One 看 AR 产业链

目前市场上主流的 AR 产品有两个。一个是 Microsoft HoloLens ,这款产品是微软 2015 年推出首个不受线缆限制的全息计算机设备,能让用户与数字内容交互,并与周围 真实环境中的全息影像互动。一个是 Magic Leap One,这是由 Magic Leap 公司 2017 年 推出,实际上是三个设备的集合,具体分别为 Lightwear 头显、内含处理器的 Lightpack 和拥有 6 个自由度的手持遥控器 Control。



HoloLens 1 搭载 Windows 10 操作系统,基于 LCoS 投影显示技术,内置 CPU、GPU 和 HPU(全息处理器),集成惯性传感器、环境光传感器、混合现实捕捉传感器等,并 采用 SLAM(即时定位与地图构建)技术。HoloLens 拥有 6 颗摄像头(1 颗深度摄像头、 4 颗环境感知摄像头和 1 颗 200 万像素摄像头)。其中,深度摄像头是基于飞行时间原理 (ToF)技术的红外测距摄像头,作用是实现手部追踪、表面重构和目标位置确认;4 颗 环境感知摄像头是灰度摄像头,作用是创建环境地图;200 万像素摄像头的功能是拍摄 2048 x 1152 分辨率的图片和录制 1408 x 792 分辨率的视频。

Magic Leap1 的光学部分:依次为 6 个 LED 光源、LCOS 微显示屏、准直透镜,LED 光源引至偏振器、将图像重新聚焦至光波导镜片上的偏振器,以及分别摄入 6 个不同的 彩色斑点的衍射光栅。

Magic Leap1 的主板:红色:英伟达 Tegra X2“Parker”架构处理器,内置 Pascal 架 构 GPU;橙色:2 颗三星 K3RG5G50MM-FGCJ LPDDR4 内存,共 8GB;黄色:谱瑞科 技 Parade 8713A 双向 USB 驱动 IC;绿色:Nordic Semiconductor N52832 射频芯片;青色:瑞萨电子 9237HRZ 升降压电路芯片;深蓝:英特尔 Altera 10M08 MAX 10 FPGA; 紫色:美信半导体 Maxim MAX77620M 电源管理 IC。

3.3. AR 核心技术与产业链分析

(1)光学

AR的光学是指在眼球的正前方将AR虚拟图像与现实世界光线相融合的光学器件, 目的是实现“虚实融合”的视觉效果。通常 AR 眼睛中的光学技术有光波导、自由曲面技 术、偏振分光棱镜技术等。光波导技术名称取决于它的形态,是一块厚度在 1.5mm-3mm 之间的平板玻璃,能够通过折叠光路来实现镜片式 AR 显示的技术。光波导技术的视角 通常在 30°到 60°的理论值。自由曲面技术最早期飞行员头盔显示的技术发展而来,图像 信息通过经过计算的非球面反射进入人眼。偏振分光技术是把自由曲面的反射面做成平 面,同时又使用透射式的镜片做放大等光学处理,结构和自由曲面棱镜一样。

光波导技术有望成为 AR 眼镜的主流光学解决方案。在 AR 眼镜中,要想光在传输 的过程中无损失无泄漏,光的全反射是关键。光机生成图像光影后,光波导可将光耦合进自身的玻璃基底中,并通过全反射的原理,使光传输到人眼前方实现成像。其中,波 导是实现图像稳定和清晰传输的关键部件,有望成为 AR 眼镜的主流光学解决方案。

对于 AR 眼镜的终极形态有很多的讨论,但一般认为,眼镜最终会向着更轻,更薄, 更智能的方向去发展,最理想的 AR 眼镜,或许长得就与我们现在戴在头上的近视眼镜 一个样。光波导的这种特性,对于优化头戴的设计和美化外观有很大优势。因为有了波导这个传输渠道,可以将显示屏和成像系统远离眼镜移到额头顶部或者侧面,这很大程度上降低了光学系统对外界视线的阻挡,并且使得重量分布更符合人体工程学,从而改 善了设备的佩戴体验。

光波导总体上可以分为几何光波导(Geometric Waveguide)和衍射光波导(Diffractive Waveguide)两种,几何光波导就是所谓的阵列光波导,其通过阵列反射镜堆叠实现图像 的输出和动眼框的扩大,代表光学公司是以色列的 Lumus,目前市场上还未出现大规模 的量产眼镜产品。衍射光波导主要有利用光刻技术制造的表面浮雕光栅波导(Surface Relief Grating)和基于全息干涉技术制造的全息体光栅波导(Volumetric Holographic Grating), HoloLens 2,Magic Leap One 均属于前者,全息体光栅光波导则是使用全息 体光栅元件代替浮雕光栅,苹果公司收购的 Akonin 公司采用的便是全息体光栅,另外 致力于这个方向的还有 Digilens。这个技术还在发展中,色彩表现比较好,但目前对 FOV 的限制也比较大。

光波导技术已成为各大巨头都在追逐的光学明星方案。微软的 HoloLens 采用全息 光波导的技术,成为当前产品效果较为突出的 AR 眼镜;Magic Leap 曾凭借自己“吹嘘” 的光纤扫描光场技术,融资超过 20 亿美元,不过近来专利显示其放弃了难以攻破的光 纤扫描技术,转为多层光波导;Google 曾与采用阵列光波导的 Lumus 洽谈收购;苹果 与广达电脑合作研发基于波导 AR 眼镜,18 年起在全球寻找光波导供应商;华为内部斥 资数十亿研发光波导技术并在全球寻找光波导供应商。



中光学目前前瞻领域开发取得实质性进展,AR 波导产品、手机用全景棱镜、屏下 指纹棱镜产品开发成功并实现小批量生产,为后续发展奠定了良好基础;福晶科技:AR 设备上游光学元器件供应商,与微软长期合作联合研发的 DOE 等相关元件用于 AR 眼 镜 HoloLens,目前已经开发到第三代产品。同时公司配套 AR 龙头客户研发光学元器 件已久,在抛光、镀膜等工艺段具有深厚积累,已经实现部分光学处理器件量产。苏大 维格早在 2016 年便已成功研发出用于 AR 的“纳米波导光场镜片”。目前,公司已掌握 “头戴式三维显示光场镜片”的设计与制造技术,自主研发了“纳米波导光场镜片”的高效 纳米制备设备,并针对波导光场镜片的特点,建立了“纳米波导光场镜片”设计加工能力, 有效扩大了 AR 视场角(FOV)。

(2)显示

AR 设备的光学显示系统通常由微型显示屏和光学元件组成。上文已经介绍了光学 元件,目前市场上的 AR 眼镜采用的显示系统就是各种微型显示屏和棱镜、自由曲面、 BirdBath、光波导等光学元件的组合。其中,微型显示屏主要包括 Micro-OLED、MicroLED 等自发光显示器,以及搭配外部光源照明的 LCOS 微显示器。凭借高亮度、高分辨 率、低功耗等诸多优势,LCOS 微显示技术不仅在 VR 领域具备广阔的应用前景,在 AR 领域也获得了广泛的应用。

韦尔股份收购标的北京豪威在 LCOS 领域积累了十余年的技术研发经验,并联合 国际一流设备厂商合作开发了全世界首条 12 寸硅基液晶高清投影芯片产线,在 LCOS 领域的技术积累和工艺先进性均居全球同行业之首。目前北京豪威 LCOS 产品在 AR 领 域的客户为 Magic Leap,其 AR 眼镜的核心投影芯片使用了北京豪威的 LCOS 产品, 同时还搭载多颗北京豪威的 CMOS 图像传感器。同时北京豪威还正与 Magic Leap 合作 设计开发第二代用于 AR 眼镜的 LCOS 投影芯片,预计 2019 年会正式发布并量产。

水晶光电是国内专业从事光学影像、LED、微显示、反光材料等领域的研发与制造 企业,目前主营业务为光学、LED 蓝宝石、反光材料和新型显示四大业务板块,生产的 光学相关元器件、LED 蓝宝石衬底、微投光机模组、反光材料等核心产品均达到国内或 国际先进水平。

(3)3D Sensing



3D Sensing 就是将 2D 摄像头转化为 3D 数据,能够使呈像显得更为立体,并且实 现手势识别、动作捕捉等人机交互方式。AR 就是在体验过程中与现实世界紧密联系, 在实际看到的过程中叠加虚拟的内容。而真正实现与现实交流那就要求捕获并能快速反 馈更高清更真实的世界,就需要借助 3D Sensing。

目前市场上有三种解决方案,即结构光、TOF、双目成像。结构光方案相对而言技 术成熟,拥有模组体积小,平面信息分辨率高、功耗较低的优点。但同时有容易受光圈干扰,识别距离较近等缺点。而 TOF 就没有这些缺陷,但是 TOF 屏幕分辨率较低且功 耗大。双目成像弥补了二者的缺点,但目前的技术不成熟且在昏暗条件下特征不明显。 三种解决方案各有优缺点,需要根据不同场景制定。结构光是目前最成熟的方案,TOF 被看好应用在移动端,而双目成像由于其技术难点较大,仅被应用于自动驾驶领域。

3D 摄像头产业链与传统摄像头产业链相比主要新增加“红外光源+光学组件+红外 传感器”等部分,其中最关键的部分就是红外光源,主动感知的 3D 摄像头技术通常使用 红外光来检测目标,现在常见的 3D 摄像头系统一般都采用 VCSEL 作为红外光源。产 业链相关红外线传感器的上市公司有 STM、AMS、Heptagon、Infineon、TI、索尼、豪 威等;产业链相关红外激光光源的上市公司有 Finisar、Lumentum、II-VI、光迅科技等; 产业链相关光学组件的上市公司为福晶科技;而提供综合技术方案的上市公司有 STM、 微软、英特尔,德州仪器、英飞凌等。

(4)AI 芯片

AI 芯片又称为 AI 加速器,是指专门用于处理人工智能应用中的大量计算任务的模 块。( 其他非计算任务仍有 CPU 完成)。 AR 的实现设计一系列计算:探测真实物体—— 计算物体的空间位置和方向——计算虚拟物体叠加的位置——渲染虚拟物体等。为避免体验时的晕眩感以及实现实时显示,对计算时间有较高的要求(一般不超过 20ms)。传 统的 CPU 芯片无法实现大规模的并行计算;GPU 芯片在 AR 领域的处理运算能力远大 于 CPU,但功耗太大且算法模式其本身的缺点,即延时过大,不适合 AR 应用。AR 需 要解决处理计算问题,需要专门的 AI 芯片。AI 芯片可分为应用于云端服务器和应用于 终端(移动端)两大类。用于云端的 AI 芯片要求较高且芯片功耗大,并且还要求支持 多块芯片组成一个计算阵列的结构以提升性能。用于终端的芯片注重低功耗,对计算效率的要求更高,可采用定点运算和网络压缩的方法实现运算速度的加速,这类芯片被称 为神经网络处理单元,即 NPU。

目前已出现在市场上的的 AR 设备例如 HoloLens 1,Magic Leap1 中都没有搭载 AI 芯片,而研发 AI 芯片也将是巨头们下一步发展的目标。微软表示 HoloLens 2 中人工智能芯片的最终目标是加入专门的计算能力,去完成图像识别和语音识别等复杂任务。这 有可能给 HoloLens 带来独特的功能和更快的处理速度。

移动端有高通系列、三星Exynos9 系列等处理器,华为的麒麟 970、980和苹果A11、 A12 搭载了 NPU。这 几款芯片的性能相对于上一代产品而言均有大幅度的提升。华为麒 麟 970 处理 AI 任务时能提效 50 倍,性能提升 25 倍。而麒麟 980 又比 970 性能提升了 37%,效能提升了 58%。苹果 A12 性能核速度提升 15%,机器学习能力提高了 9 倍。如 此强大的计算能力为 AR 在移动端的应用打下了良好的基础。骁龙 855 搭载了高通第四 代 AI 引擎,运用 CPU+GPU+DSP 的方式为 AI 提供算力,和骁龙 845 相比 AI 性能提升 3 倍。未来凭借极高的处理计算能力,装载 NPU 的芯片将会成为趋势。

3.4. AR 有望成为继 PC 和智能手机之后的下一代通用计算平台

PC 和智能手机是各自时代下的主流通用计算平台。在互联网时代,科技、商业、 教育和传媒等领域的信息化进程逐渐深入,而 PC 凭借着强大的计算能力,赋能众多产 业领域和应用场景,成为了消费电子市场的首个通用计算平台。

在移动互联网时代,智能手机凭借着更加自然的交互和更加灵活的应用方式,不仅 承接了部分基于 PC 的传统互联网应用,同时也衍生出了更为丰富的移动互联网应用形 态,成为了当前最具代表性的通用计算平台。

而在未来的万物互联时代,AR 具备成为下一代通用计算平台的突出潜力。首先, 依托 5G 和云计算等技术的助力,AR 可实现端云并行计算,进一步提升产品算力;同 时,借助于眼动追踪、手势控制等技术的运用,AR 的交互方式相比智能手机将更进一 步完善,用户体验会更加自然和友好;此外,AR 应用有望突破智能手机屏幕的限制, 实现数字世界和物理世界的融合,进一步推动 AR 在科技、商业、教育和传媒等垂直领 域的应用创新,未来的发展空间十分广阔。

4. 内容生态趋于完善,VR/AR 打开广阔应用市场

4.1. 应用落地,VR/AR 作为工具的实用性开始显现

当前 VR 视频类、游戏类等基础娱乐与 VR 结合的场景已经出现,这些初步应用的 场景一般产业成熟度高,有比较好的用户基础,用户使用频度高,终端种类丰富,VR 的 引入既有传统内容的新体验,又有高沉浸感和强临场感的体验。这个阶段的场景通常是 原有应用的延伸,门槛比较低,可以培养用户使用VR习惯。

随着技术的成熟,VR/AR 的应用场景会朝教育、营销、电竞馆、健身、音乐、K 歌、 医疗等产业技术较为成熟但内容丰富度不够、终端难以完全无绳化(有些场景需要有绳头显和外部定位器保障体验,实时渲染还在本地)的场景发展。内容缺乏、终端成本过 高, 影响了这些使用频度高的场景的普及。一旦内容和渲染上云平台, 好的内容会得到 高效循环使用, 可降低用户的消费门槛, 促进用户消费。

对于那些专业化程度高、对体验的要求高的场景,属于 VR 技术引入并实现云化的 后期阶段。包括医疗、旅游、房地产等等。

基于目前的产业发展状况,VR+行业应用的商业模式处于较为早期阶段,通常以分 成的方式实现整条产业链的变现。

根据 IDC 预测,在 5G 网络、AI 技术带动下,VR/AR 市场将继续增长,其中,VR 在各个行业的应用市场将会率先受益。手机 VR 市场也将进入快速增长期,其中 2019 年 VR 游戏市场将增长 75%,到 2023 年,将会有超过十亿人次每年至少访问一个安装 VR 设备的消费场所。商用市场权重进一步增长,特别在教育市场,受到政策倾斜和教育投 入增大影响,预计超过 1000 所学校将采用 VR/AR 技术。到 2024 年,55%的中国大中 型企业将为部分员工部署 AR 硬件,其关键驱动因素是 AR 会帮助企业提升工作效率。

4.1.1. VR 视频行业:颠覆传统,“内容”为主,VR 为辅

突破宣发渠道限制,促进“内容创作”蓬勃发展。在电影宣发环节,5G 时代数据颗 粒度降低,影视内容分发精准度提升,改善目前同质化内容过剩、部分影视剧“叫好不叫 座”的情况。在内容制作领域,未来随着宣发手段和效率改善,将进一步促进“内容创作” 蓬勃发展,影视行业有望再次迎来百花齐放状态。

院线发展侧重“真实感”和“沉浸感”。改变传统运营模式 5G 时代,目前 VR 技术的 由于延时所带来的“晕眩感”将明显改善,提升用户的观影体验。同时,5G 时代,影院更 多以“体验”为核心,扩大提供影片范围,可能以类似“网吧式”的单对单 VR 观影方式, 进一步满足消费者不同内容需求,提升消费水准。VR 电影可突破传统电影限制,用户可从任何位置和角度观影,并且可以重复观看,参与不同的互动,从而提升新鲜感。《中 国 VR 用户行为研究报告》显示,在中国 VR 重度用户偏好的应用类型中,巨幕影院和 全景视频是最受欢迎的品类。

VR+视频市场潜力大,视频内容(直播+影视)将成为国内 VR 消费级内容领域重要 的组成部分,根据艾瑞咨询的预测,至 2021 年,中国 VR 消费级内容市场规模有望达 到 278.9 亿元,其中,国内 VR 视频内容的市场规模可达 132.5 亿元,占中国 VR 消费级 内容市场的比例为 47.5%。

4.1.2. VR+营销/健身/音乐

VR+营销:通过 VR 技术让消费者穿越到品牌现场、与产品零距离互动。让消费者可以主动挑选喜欢的事物和视角,切身感受产品优势,通过消费者体验来刺激购买欲, 达到营销的效果。VR 营销的卖点在于对用户感官的刺激,让用户在家中就能够全方位 了解产品,甚至模拟使用产品。

VR+健身:用户在健身时可以在虚拟世界中随时切换虚拟健身场景,或者与异地好 友在虚拟世界中共同健身 PK,达到健身、娱乐与社交融合的目的。

VR+音乐:VR 视觉与听觉的相互融合,带给用户一种全新的且身临其境的音乐体 验方式,如同身临演唱会现场或栖息在幽静的深山丛林中,等等。

VR+教育:教育拥有广大的 B 端与 C 端市场,用户购买力也强。通过 VR 技术来构 建虚拟学习环境,可充分调动学生的感官和思维去体验,打破传统教育的“教室”壁垒, 让学生在更多元生动的情景下高效学习。通过形象、生动、直观的形式来掌握知识,如虚拟实验室、宇宙中的天体运动、生物中的微观世界等,将抽象、不易理解的知识以形 象、生动、直观的形式呈现,学习者使用 VR 设备就可以进入虚拟的课堂中沉浸式地“体 验”知识,而不再是枯燥地死记硬背。



4.1.3. VR+直播:丰富的场景特效和自主沉浸的交互开辟直播全新形态

5G 推动 VR 数据传输速率和时延特性大幅改善,有望推动 VR 在直播领域的应用 落地。从内容侧来看,VR 的虚拟场景可以丰富直播的内容形态,提供人像级、屏幕级 和场景级的特效。在 2019 年世界物联网博览会上,中国移动通过 VR 全景摄像头对现 场进行全方位视频采集后,利用 5G 网络高速回传 VR 视频画面源,从而打造出 360° 的立体画面,提供了全新的会展直播形态。

从用户侧来看,VR 可以提供更加自主和沉浸的交互体验,2018 年,英特尔借助 TrueVR 技术,对韩国平昌冬奥会进行了超过 50 个小时的 VR 直播。英特尔 TrueVR 技 术在每场比赛中,采用多个摄像机点位拍摄,打造交互的 360 度虚拟环境。观众可以自 由选择多个视角来观看比赛,营造真正的沉浸式体验。

受益于 VR 技术在直播领域的渗透,VR 直播市场有望高速增长,尽管目前 VR 直 播市场尚处于起步阶段,但增速十分可观。根据艾瑞咨询的预测,2021 年,VR 直播的 市场规模可达 44.6 亿元,在整个消费级 VR 内容市场占比为 16%。

4.1.4. VR/AR+游戏:科技提升游戏趣味

VR/AR 将进一步推动游戏的“趣味性”和“互动性。风靡全球的 AR 游戏 Pokemon GO,2018 年收入 7.95 亿美元,同比增长 35%,上线 2 年,依旧保持快速增长。Pokemon 的成功充分验证了优质 AR 游戏的长期价值,未来 5G 技术更新,其中游戏角色可以和用户加深“互动性”,比如捉迷藏,交流,玩游戏等进一步提升趣味性,加强体验感。





VR/AR 游戏终端有一定成熟度,视觉满足当前体验,但网络需建设。当前大多数 VR 头显,都可以支持起 3DoF 的轻量级游戏。玩家通常注重游戏交互性,对清晰度的 敏感程度不如观看视频时高,因此分辨率在 2K 到 2.5K 也得到玩家接受。虽然游戏端终 端的成熟度较高,但真正要达到用户不错的体验,需要全视角 8K,因此设备的发展也 还有很长的路要走。

另一方面是网络的延迟,要满足用户入门级的体验,网络至少要 200Mbps 的带宽, 否则会出现延迟卡顿现象,导致头晕、体验差等等。

VR/AR 游戏将驶入快车道。目前,VR/AR 游戏内容丰富,也是用户最愿意付费体 验的应用场景之一,未来随着硬件价格降低,VR/AR 游戏将驶入快车道。根据易观的预测,到 2020 年,全球 VR 游戏市场将达到 149.5 亿美元的市场规模。SuperData 和 Unity 联合发布的报告也表示,2016 年所有 VR 软件营收中,VR 游戏几乎占据了一半的市场, 可见潜力之大。

4.1.5. VR/AR 或将带来下一代互动娱乐产业的革命性变革



VR/AR 游戏有望在 5G 时代结合云计算的普及成为游戏产业的新机会。游戏的发展史上,从主机、端游到手游,每一次引起产业革命性进步的因素主要在于交互模式的划 时代变革。VR/AR 或将成为下一代互动娱乐产业的革命性变革。

5. VR/AR 市场快速发展,产业链公司机遇将至(略,详见报告原文)

5.1. 歌尔股份:VR 蓄势,TWS 正扬帆

5.2. 水晶光电: 布局 3D 感知,AR 新机遇

5.3. 联创电子:光学业务为主,多领域应用

……

来源: 未来智库

.ptg{padding-left: 20px;background: url(static/image/common/tag.gif) no-repeat 0 2px;} .ptg a { font: 12px/1.5 Tahoma,Helvetica,'SimSun',sans-serif; color: #369; }

虚拟现实





收藏 邀请

呵呵

点赞

鄙视

打酱油

震惊
此篇文章已有0人参与评论

请发表评论

全部评论

精彩阅读

黑科技

网站地图- 虚拟99


本站内容来自互联网与用户分享,如有侵权请联系我们删除!  
联系QQ:363312702@qq.com  投诉举报邮箱:xuni99@qq.com 赣公网安备36112102000044号 赣ICP备17001544号
虚拟99所登载广告内容均为客户个人或企业单方意见及表达方式,广告实际内容与本站无关。 不允许任何形式的转载以及拷贝,违者必究!
温馨提示:虚拟99仅提供互联网信息平台发布、展示、储存服务,所有产品及展示信息均由注册用户自行发布,内容数据不代表本站立场,仅供参考阅读。
风险提醒:虚拟99对用户自主发布的信息真实性无法考究,涉及资金交易问题请谨慎!  虚拟99无法提供资金安全保障,请注意投资风险,提高警惕谨防诈骗!