乘“元宇宙”東風(fēng)，VR軟硬件生態(tài)加速成熟

虛實(shí)共生從夢(mèng)想到現(xiàn)實(shí)，VR熱潮從未消退“元宇宙”能消除數(shù)字和實(shí)體之間的界限，打造人類“虛實(shí)共生”的數(shù)字世界。

“元宇宙”（Metaverse）指的是一個(gè)源于現(xiàn)實(shí)世界，與現(xiàn)實(shí)世界平行并相互影響的、可持續(xù)的虛擬世界，人類可以在其中以高自由度形式進(jìn)行娛樂(lè)、社交、生產(chǎn)生活?；谔摂M現(xiàn)實(shí)（VR）或混合現(xiàn)實(shí)（MR）終端所實(shí)現(xiàn)的“元宇宙”是人類通信交互經(jīng)歷了文字、語(yǔ)音、圖像、視頻之后的下一代升級(jí)方向，即實(shí)現(xiàn)3D實(shí)景信息的共享。MR設(shè)備商業(yè)化的嘗試從未停止，其中VR涉及技術(shù)相對(duì)成熟，早于AR試水消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)，并有望在AI、區(qū)塊鏈等新興技術(shù)催化下進(jìn)入爆發(fā)期。

VR設(shè)備最早可以追溯到上世紀(jì)50年代，一位美國(guó)攝影師發(fā)明了第一臺(tái)VR設(shè)備，此后，第一臺(tái)頭顯（俗稱“達(dá)摩克里斯之劍”）等一些原始設(shè)計(jì)相繼涌現(xiàn)。20世紀(jì)90年代，商用設(shè)備開(kāi)始出現(xiàn)，例如任天堂的VortualBoy游戲機(jī)，1991年甚至出現(xiàn)了VR街機(jī)。另外，軍事領(lǐng)域的應(yīng)用也是VR設(shè)備發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)力。但當(dāng)時(shí)的技術(shù)沒(méi)有跟上市場(chǎng)的想象，游戲畫質(zhì)差、設(shè)備價(jià)格高、畫面延遲、設(shè)備計(jì)算能力不足、使用不舒服等缺點(diǎn)難以攻克，阻礙了VR設(shè)備的進(jìn)一步發(fā)展，即使到了當(dāng)下，這些問(wèn)題仍是VR產(chǎn)品的核心痛點(diǎn)。

對(duì)比智能手機(jī)發(fā)展歷史，VR設(shè)備處于加速迭代期回顧智能手機(jī)的歷史，現(xiàn)在“無(wú)所不能”的手機(jī)也是從看起來(lái)“并不智能”的階段發(fā)展而來(lái)，從1994年第一部智能機(jī)發(fā)售，到2017年季度出貨量首次下滑，前后約23年。期間大量廠商不斷創(chuàng)新，接受市場(chǎng)檢驗(yàn)，最終保留市場(chǎng)需要的功能，這些功能由點(diǎn)，及線，至面，最終迎來(lái)行業(yè)大爆發(fā)：

原點(diǎn)萌芽期（1991年~2000年）：最核心的觸摸屏和網(wǎng)絡(luò)連接功能出現(xiàn)，但因配套環(huán)境不成熟難以推廣。1991年2G正式商用，智能手機(jī)開(kāi)始萌芽，1994年，IBM的SPC開(kāi)始發(fā)售，它是世界上第一部智能機(jī)，僅具備觸屏和電子郵件等功能，笨重且并不“智能”；1996年，諾基亞Communicator，第一款帶有網(wǎng)絡(luò)瀏覽器和GSM互聯(lián)網(wǎng)接入的智能手機(jī)問(wèn)世，盡管互聯(lián)網(wǎng)接入功能具有劃時(shí)代的意義，后續(xù)大部分智能機(jī)都配備該功能，但由于當(dāng)時(shí)移動(dòng)數(shù)據(jù)價(jià)格高昂，仍難以普及。

加速迭代期（2000年~2007年）：各品牌逐漸明確智能手機(jī)將成為移動(dòng)終端的長(zhǎng)期趨勢(shì)，手機(jī)功能開(kāi)始高頻率創(chuàng)新迭代，期間不乏賣的不錯(cuò)的款式，但并未形成全民換機(jī)需求。一些重要功能經(jīng)過(guò)市場(chǎng)的篩選，逐漸累計(jì)在智能手機(jī)上，比如彩屏、攝像頭、MP3等。2000年，多款帶有攝像頭的手機(jī)出現(xiàn)；2001年，西門子推出了第一款帶有可更換存儲(chǔ)卡和集成MP3播放器的手機(jī)“SiemensSL45”；2002年，諾基亞推出了“諾基亞7650”，是世界上第一款帶前置攝像頭的智能手機(jī)；同年，索尼愛(ài)立信P800發(fā)布，這是第一部搭載彩色觸摸屏的智能手機(jī)。

全面爆發(fā)期（2008年~2017年）：2007年，專用手機(jī)系統(tǒng)IOS和安卓推出，智能機(jī)的核心擴(kuò)展能力出現(xiàn)，配合第一代iPhone的出世，智能手機(jī)基本穩(wěn)定了去物理鍵盤、可擴(kuò)展應(yīng)用系統(tǒng)的成熟形態(tài)，在C端市場(chǎng)激發(fā)了客戶需求，形成強(qiáng)大的換機(jī)驅(qū)動(dòng)力。2007年1月，蘋果CEO展示了第一部iPhone，將移動(dòng)電話、iPod、電子郵箱、Internet瀏覽器、導(dǎo)航和眾多其他功能結(jié)合在一起，并完全摒棄物理鍵盤，首推手勢(shì)控制，采用3.5英寸高清屏幕，在硬件和軟件方面都達(dá)到新高度。盡管2007年蘋果的銷量?jī)H139萬(wàn)臺(tái)，但蘋果開(kāi)始改變消費(fèi)者對(duì)手機(jī)的認(rèn)知，2008年iPhone3G推出，全年銷量1200萬(wàn)臺(tái)，同比增幅737%；同年，Android操作系統(tǒng)推出，AppStore和GooglePlayStore依次面世，智能手機(jī)進(jìn)入爆發(fā)增長(zhǎng)期。

回顧近幾十年VR頭顯商業(yè)進(jìn)程，我們認(rèn)為VR行業(yè)現(xiàn)階段對(duì)應(yīng)智能手機(jī)的加速迭代期。2012年前，對(duì)應(yīng)智能機(jī)原點(diǎn)萌芽期，產(chǎn)品核心開(kāi)始商業(yè)化嘗試，Oculus等品牌開(kāi)始研發(fā)原型機(jī)，從實(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng)；2013年后，行業(yè)進(jìn)入加速迭代期，各大廠商開(kāi)始重視MR成為下一代終端的潛力，F(xiàn)acebook收購(gòu)Oculus，三星、Google、HTC相繼發(fā)布產(chǎn)品；2017-2020年，更多的企業(yè)宣布進(jìn)入VR行業(yè)，硬件迭代加速，一些高質(zhì)量VR游戲出現(xiàn)；2021年，疊加疫情推動(dòng)的電子產(chǎn)品消費(fèi)需求，Oculus2成為圣誕節(jié)期間最受歡迎的VR設(shè)備，累計(jì)銷量突破1000萬(wàn)臺(tái)，并形成了較為完善的內(nèi)容生態(tài)體系，但非電子發(fā)燒友或游戲玩家的用戶大范圍購(gòu)買的需求并未出現(xiàn)。

VR內(nèi)容和硬件都還需要大量的資本投入支持技術(shù)迭代，即使是銷量最好的Quest短時(shí)間內(nèi)也無(wú)法盈利。4Q22Meta凈利潤(rùn)46.52億美元，同比下降55%。其中，元宇宙部門RealityLab繼續(xù)虧損，4Q22實(shí)現(xiàn)營(yíng)收7.27億美元，同比下降17.1%，1-4季度分別虧損29.6、28.06、36.72、42.79億美元，全年虧損137億美元，2021年虧損102億美元。若考慮2019-2020年未披露年份，Meta元宇宙總虧損近300億美元。Meta的業(yè)績(jī)不佳，導(dǎo)致4Q22至今大量裁員，并削減23年預(yù)算，降低50億至890-950億美元，但Meta已經(jīng)做好了未來(lái)四年的產(chǎn)品規(guī)劃。

根據(jù)TheVerge信息，AR產(chǎn)品方面，Meta計(jì)劃推出第二代和第三代智能眼鏡Ray-BanStories，并于2027年推出代號(hào)為Orion的AR眼鏡；VR產(chǎn)品方面，Meta計(jì)劃于2023年推出Quest3，并將在未來(lái)幾年陸續(xù)發(fā)布更便宜的頭顯Ventura，以及代號(hào)為L(zhǎng)aJolla的頭顯。

AI——VR的隱形核心技術(shù)，推動(dòng)交互方式變革

AI升級(jí)可能帶來(lái)人機(jī)交互的變革。在VR技術(shù)中，實(shí)現(xiàn)智能人機(jī)交互有三個(gè)關(guān)鍵要素——多模感知能力、深度理解能力和多維表達(dá)能力。精細(xì)的多模態(tài)、高智慧模型可以幫助VR頭顯以消費(fèi)級(jí)的成本實(shí)現(xiàn)以語(yǔ)音控制為輔，以肢體動(dòng)作為主的全新交互方式。

通過(guò)引入多模態(tài)識(shí)別系統(tǒng)，在語(yǔ)音識(shí)別的基礎(chǔ)上，結(jié)合人臉識(shí)別、嘴部唇語(yǔ)識(shí)別、眼動(dòng)追蹤，把多種維度的感知結(jié)合成為多模態(tài)系統(tǒng)，從而提升復(fù)雜場(chǎng)景識(shí)別效果。

AI在VR肢體定位和手勢(shì)交互技術(shù)上大有可為，讓高精度手勢(shì)識(shí)別成為可能。當(dāng)前，VR設(shè)備主要通過(guò)紅外攝像頭+陀螺儀的硬件組合，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)實(shí)現(xiàn)肢體定位，需要手柄輔助。存在成本高、配件多、缺失下半身等問(wèn)題，精細(xì)度也較差，難以實(shí)現(xiàn)高精度手勢(shì)識(shí)別。我們認(rèn)為未來(lái)肢體定位和手勢(shì)交互的升級(jí)主要依賴于算法模型的升級(jí)，2019年Meta發(fā)布了手勢(shì)交互1.0，可以進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的裸手交互，但是用戶雙手重疊或移動(dòng)過(guò)快都會(huì)造成跟蹤丟失，2022年，Meta發(fā)布手勢(shì)交互2.0，解決了上述問(wèn)題，并在公告中表示：主要是基于重新設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)視覺(jué)和機(jī)器學(xué)習(xí)方法。

而在內(nèi)容方面，AI可以縮短創(chuàng)作時(shí)間，為元宇宙提供底層支持。以虛擬人為例，AI作為虛擬人驅(qū)動(dòng)的大腦之一，既是虛擬人能夠在元宇宙感知行為并做出反饋的核心要素，也是其掌握與學(xué)習(xí)技能的關(guān)鍵所在。亞馬遜云科技的AI服務(wù)在此領(lǐng)域有很多的應(yīng)用實(shí)踐，包括圖像AI生成（自動(dòng)上色、場(chǎng)景調(diào)整、圖像二次元化）、模型自動(dòng)生成（動(dòng)畫自動(dòng)生成、場(chǎng)景道具生成）、游戲機(jī)器人（游戲AINPC、文本交互、語(yǔ)音驅(qū)動(dòng)口型動(dòng)畫、動(dòng)作補(bǔ)抓、表情遷移）、偶像營(yíng)銷運(yùn)營(yíng)（聊天觀察、流行搭配、反外掛）等。

據(jù)IDC數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)到2026年中國(guó)AI數(shù)字人市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到102.4億元，市場(chǎng)將呈現(xiàn)高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。3D模型創(chuàng)建屬于“勞動(dòng)密集型”行業(yè)，也將受益AIGC升級(jí)。創(chuàng)建專業(yè)的3D內(nèi)容需要較高的藝術(shù)與審美素養(yǎng)及大量3D建模專業(yè)知識(shí)，門檻高，制作也耗時(shí)耗力，某種程度上屬于“勞動(dòng)密集型行業(yè)”。2022年11月，英偉達(dá)提交論文展示了可以通過(guò)文字生成3D模型的Magic3D，例如輸入“一只坐在睡蓮上的藍(lán)色箭毒蛙”，Magic3D即可生成一個(gè)紋理、造型兼?zhèn)涞?D模型（圖21）。此外，它還可以具備將2D圖像樣式應(yīng)用于3D模型等能力。創(chuàng)作者只需要在Magic3D基礎(chǔ)上稍作修改，就可以當(dāng)做游戲或CGI藝術(shù)場(chǎng)景的素材了。

內(nèi)容方面，Meta已經(jīng)在內(nèi)容產(chǎn)生、技術(shù)更迭、終端放量間形成生態(tài)閉環(huán)。OculusVR軟件內(nèi)容包括QuestStore和AppLab兩大平臺(tái)：QuestStore主要為VR內(nèi)容應(yīng)用分發(fā)平臺(tái)，面向獨(dú)立工作室、游戲工作室、發(fā)行公司等專業(yè)VR游戲從業(yè)者；AppLab則是基于玩家社區(qū)的，更側(cè)重前沿內(nèi)容、測(cè)試性VR應(yīng)用開(kāi)發(fā)的平臺(tái)，AppLab應(yīng)用并不顯示在Quest商店中，開(kāi)發(fā)者只能通過(guò)鏈接在已有的分發(fā)渠道與用戶分享，比如SideQuest等。（SideQuest平臺(tái)主要承接未在Quest上線的游戲）。Horizontalworlds則一方面歡迎創(chuàng)作者建立虛擬世界，另一方面是內(nèi)容創(chuàng)作者和使用者同步交互的社交網(wǎng)絡(luò)，形成傳播效應(yīng)。

Pico：國(guó)內(nèi)銷量領(lǐng)先，依靠字節(jié)跳動(dòng)流量?jī)?yōu)勢(shì)

從硬件角度而言，Pico在VR一體機(jī)領(lǐng)域技術(shù)迭代速度領(lǐng)先。2016年，Pico發(fā)布了全球第一臺(tái)搭載高通驍龍820的VR一體機(jī)PICONeoDK，它創(chuàng)新性的將手柄作為整個(gè)VR一體機(jī)的計(jì)算核心，將SoC、內(nèi)存和閃存集成在了“手柄”之上，然后把VR眼鏡與手柄通過(guò)一根Type-C線進(jìn)行連接，以此實(shí)現(xiàn)移動(dòng)VR形態(tài)。

2015年P(guān)ico獲得歌爾股份數(shù)千萬(wàn)元投資。2017年，PICO推出消費(fèi)級(jí)G系列一體機(jī)PICOGobin（小怪獸）。同年發(fā)布的還有PicoTracking，幫助VR頭顯定位的追蹤套件，它采用Outside-in定位方式，標(biāo)志著PICO交互技術(shù)進(jìn)入6DoF時(shí)代。

2017年12月，PICO發(fā)布了PicoNeo，是全球第一臺(tái)量產(chǎn)的Inside-Out6DoF一體機(jī)。2021年8月，字節(jié)跳動(dòng)收購(gòu)Pico，技術(shù)迭代加速。2022年9月，PICO舉辦“不止想象”新品發(fā)布會(huì)，正式發(fā)布了新一代6 DoF Pancake VR一體機(jī)PICO4和PICO4Pro，以及全新的內(nèi)容生態(tài)戰(zhàn)略，主打“運(yùn)動(dòng)、視頻、娛樂(lè)、創(chuàng)造”四大場(chǎng)景。新硬件采用Pancake大幅降低硬件厚度、重量，支持眼動(dòng)追蹤、面部識(shí)別、裸手交互。

軟件方面，截至22年3月，Pico總應(yīng)用數(shù)200余款，其中游戲占比約75%。PicoStore主打精品策略，1H22上線42款新作，大部分VR內(nèi)容來(lái)自海外引入，國(guó)內(nèi)作品僅占7款。Pico缺乏重度游戲品類，Pico占比最高的游戲類別是益智休閑類，高達(dá)42%，其次為動(dòng)作射擊、冒險(xiǎn)解密、運(yùn)動(dòng)健身等類目。PicoVR90%以上內(nèi)容付費(fèi)，價(jià)格在9元-140元之間，也明顯低于QuestStore游戲。

游戲開(kāi)發(fā)方面，盡管Pico有開(kāi)放的環(huán)境，但尚未看到Pico公開(kāi)層面的內(nèi)容審核規(guī)則。Quest為了避免出現(xiàn)“劣幣驅(qū)逐良幣”的利達(dá)雅式悲劇，建立了非常嚴(yán)格的審查機(jī)制，這也是SideQuest平臺(tái)存在的意義。根據(jù)ChrisPruett的演講，一個(gè)應(yīng)用要上線，必備流程包括：1）用不超過(guò)3張PPT來(lái)展示關(guān)于游戲的開(kāi)發(fā)設(shè)想和規(guī)劃；2）平臺(tái)內(nèi)容團(tuán)隊(duì)對(duì)其進(jìn)行審核，關(guān)注游戲的消費(fèi)者價(jià)值，以及經(jīng)濟(jì)價(jià)值（以10美元價(jià)值為標(biāo)準(zhǔn)）；3）通過(guò)后，游戲會(huì)被添加至Oculus開(kāi)發(fā)者計(jì)劃中，并配備專業(yè)的客戶經(jīng)理、工程團(tuán)隊(duì)進(jìn)行協(xié)助，從游戲性能法分析、設(shè)計(jì)、制作等各方面進(jìn)行優(yōu)化、維護(hù)；4）規(guī)劃和推廣游戲。一旦經(jīng)過(guò)審核，Oculus和第三方開(kāi)發(fā)商就站在了同一戰(zhàn)線，形成平臺(tái)、開(kāi)發(fā)商和消費(fèi)者共贏的局面，而Pico相對(duì)缺乏共同開(kāi)發(fā)的過(guò)程。

Pico強(qiáng)項(xiàng)在于視頻內(nèi)容制作。目前，字節(jié)已經(jīng)將PICO和抖音平臺(tái)打通，開(kāi)啟雙端直播，用戶可以通過(guò)手機(jī)端直接觀看VR直播，也可以通過(guò)VR一體機(jī)觀看。在內(nèi)容端上將PICO與抖音進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，試圖實(shí)現(xiàn)客戶導(dǎo)流。

Meta與Pico正在試圖打破推廣上的地域限制，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)加劇，由于中國(guó)（除港、澳、臺(tái)地區(qū)）無(wú)法訪問(wèn)Facebook，Oculus賬號(hào)是與Facebook綁定的，因此Oculus幾乎無(wú)法進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，而Pico在海外市場(chǎng)的渠道也不夠成熟，從而形成了兩家互聯(lián)網(wǎng)巨頭VR產(chǎn)品近乎獨(dú)立的在國(guó)內(nèi)外開(kāi)疆拓土的局面。不過(guò)2022年以來(lái)，格局開(kāi)始打破。22年1月Meta公開(kāi)招聘大中華區(qū)通訊經(jīng)理，下半年在中國(guó)香港推出元宇宙試點(diǎn)計(jì)劃，同時(shí)考慮與騰訊合作，由騰訊引入OculusQuest2。同年9月，PICO召開(kāi)全球新品發(fā)布會(huì)，領(lǐng)先國(guó)內(nèi)，面向歐美、日韓、東南亞地區(qū)發(fā)布PICO4，對(duì)海外市場(chǎng)給予高度重視。Pico3Q22銷量23萬(wàn)臺(tái)，其中PicoNeo3為19萬(wàn)臺(tái)，Pico4為2.4萬(wàn)臺(tái)。

HTC：主攻高性能專業(yè)化領(lǐng)域，PCVR是強(qiáng)項(xiàng)

HTCVR終端共分為5個(gè)系列，較強(qiáng)的是PCVR產(chǎn)品：1）ViveFlow：可折疊、機(jī)身緊湊、輕量級(jí)的VIVEFlow是一款便于隨身攜帶的VR設(shè)備；2）VivePro：高性能PCVR，主要面向狂熱游戲玩家或資深專業(yè)人士；3）ViveFocus：一體機(jī)解決方案，為企業(yè)提供獨(dú)立的VR解決方案，最新款Foucs3售價(jià)￥9888；4）ViveCosmos：翻蓋設(shè)計(jì)PCVR，Inside-out版本售價(jià)￥5899，Outside-in版本售價(jià)￥7988，提供更高精度交互；5）Vive：面向游戲玩家的主流消費(fèi)級(jí)PCVR，Outside-in定位方案，售價(jià)￥4888。2023年2月，CES2023是公司推出了首個(gè)MR產(chǎn)品，采用了高通驍龍XR2處理平臺(tái)，LCD屏支持單眼2K顯示，支持眼動(dòng)追蹤和面部追蹤，采用Pancake光學(xué)方案，眼鏡形態(tài)可折疊，電池可拆卸，官方售價(jià)1099美元。性能對(duì)標(biāo)OculusPro和尚未發(fā)售的蘋果MR，是MR領(lǐng)域的有力參與者。

HTC還基于自身定位算法優(yōu)勢(shì)積極向VR內(nèi)容生產(chǎn)端硬件拓展。22年下半年，HTC推出其虛擬制作系統(tǒng)“VIVEMarsCamTrack”，該方案通過(guò)將實(shí)體攝影機(jī)的位置追蹤工作流整合到一個(gè)具備專業(yè)級(jí)效果的實(shí)時(shí)渲染引擎中，整個(gè)虛擬制片過(guò)程將變得更快捷、更簡(jiǎn)單、更經(jīng)濟(jì)。VIVEMarsCamTrack是一個(gè)虛擬制作系統(tǒng)，在獲取攝像機(jī)跟蹤信息的同時(shí)，以3D形式實(shí)時(shí)合成真人演員和背景CG數(shù)據(jù)。通過(guò)利用HTC現(xiàn)有的產(chǎn)品，如VIVETracker，可以提供一個(gè)即使是小型制作工作室也可以輕松制作的環(huán)境。

PSVR：游戲主機(jī)廠硬件升級(jí)慢，3A大作豐富且注重體驗(yàn)感索尼的PSVR技術(shù)更新迭代速度較慢，2016年10月PSVR開(kāi)始發(fā)售，比Rift和Vive大概晚六個(gè)月。即便如此，從參數(shù)上看PSVR離前面兩款仍有差距，單眼分辨率1080×960低于Vive和Rift1080×1020，定位系統(tǒng)也有明顯缺陷，重量也比Rift高了200g，但是PSVR使用了OLED屏幕、更高的刷新率、更領(lǐng)先的人體工學(xué)設(shè)計(jì)，以及最重要的PS4主機(jī)內(nèi)容支持，使得其銷量表現(xiàn)不俗。根據(jù)SuperDataResearch估計(jì)，2016年，HTC銷售了42萬(wàn)臺(tái)Vives，而Oculus銷售了24.3萬(wàn)臺(tái)Rift頭盔，PSVR在上市三個(gè)月內(nèi)銷量就達(dá)到74.5萬(wàn)臺(tái)。2017年12月，索尼公布PSVR的全球銷量，突破200萬(wàn)臺(tái)，2019年底，全世界累計(jì)銷量500萬(wàn)臺(tái)。時(shí)隔7年，公司2023年2月全球發(fā)售PSVR2?；A(chǔ)套裝標(biāo)價(jià)549.99美元。首發(fā)內(nèi)容包括《地平線：山之呼喚》、《生化危機(jī)8》、《TheWalkingDead:Saints&Sinners–Chapter2:Retribution》、nDreams的《Fracked》、FastTravelGames的《ApexConstruct》、Coatsink的《Phogs》和《CakeBash》等合計(jì)37款游戲。

蘋果：預(yù)計(jì)23年WWDC開(kāi)發(fā)者大會(huì)發(fā)布首款VR/MR眼鏡

23年3月30日，蘋果宣布將于北京時(shí)間2023年6月6日至10日，以線上形式舉行年度全球開(kāi)發(fā)者大會(huì)（WWDC），WWDC23面向所有開(kāi)發(fā)者免費(fèi)開(kāi)放，旨在展示iOS、iPadOS、macOS、watchOS和tvOS的前沿創(chuàng)新，同時(shí)開(kāi)發(fā)者們也可以在活動(dòng)中與蘋果的工程師進(jìn)行交流，深入了解新技術(shù)和工具，以更好地實(shí)現(xiàn)愿景。從邀請(qǐng)函的設(shè)計(jì)來(lái)看，圖案類似于VR頭顯的光學(xué)透鏡，市場(chǎng)猜測(cè)本次WWDC將發(fā)布首款MR眼鏡。

三月下旬，蘋果內(nèi)部在喬布斯劇院向公司100位高管展示了蘋果首款MR設(shè)備，主要有四大看點(diǎn)：一鍵切換VR/AR模式、眼動(dòng)追蹤及手部追蹤功能（無(wú)額外控制器）、視頻會(huì)議功能（用戶擁有全身追蹤渲染）、作為外接生產(chǎn)力工具（空氣鍵盤）。目前，市場(chǎng)普遍預(yù)計(jì)這款產(chǎn)品售價(jià)將達(dá)到3000美金以上，未來(lái)的增長(zhǎng)曲線大概率會(huì)如同AppleWatch一樣，低開(kāi)高走，逐步培養(yǎng)大眾消費(fèi)習(xí)慣，并占據(jù)該賽道大多數(shù)份額。

其他品牌：市占率相近，全球Top10有7家為中國(guó)企業(yè)

NOLO（北京凌宇智控科技有限公司）：成立于2015年，核心班底由中科院博士領(lǐng)銜的技術(shù)專家組成，研發(fā)團(tuán)隊(duì)來(lái)自華為、小米、索尼、愛(ài)立信等全球頂尖公司。公司目前已經(jīng)擁有200余項(xiàng)全球行業(yè)技術(shù)專利，專利覆蓋超過(guò)12個(gè)主流國(guó)家。NOLO目前已經(jīng)發(fā)布產(chǎn)品有NOLOSonicVR一體機(jī)、NOLOX1一體機(jī)；NOLOM1手柄、NOLOCV1Air、NOLOCV1Pro、C1交互套件以及NOLON2、NOLORX1500交互組件。

DPVR（大朋VR）：2015年由陳朝陽(yáng)及其團(tuán)隊(duì)創(chuàng)立，是國(guó)際領(lǐng)先的軟硬件一體化的全棧XR技術(shù)與產(chǎn)品公司，致力于建設(shè)元宇宙的基礎(chǔ)設(shè)施，并在其中打造更加富有效率的交互內(nèi)容和形式，客戶遍及海外40+國(guó)家，服務(wù)全球13000+開(kāi)發(fā)者。

愛(ài)奇藝：公司成立于2016年12月，是一家由愛(ài)奇藝內(nèi)部孵化、獨(dú)立運(yùn)營(yíng)，專注于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、產(chǎn)品與內(nèi)容研發(fā)的科技企業(yè)。公司總部位于北京，自成立以來(lái)，公司即圍繞VR技術(shù)、硬件、內(nèi)容展開(kāi)全面布局，截止目前，夢(mèng)想綻放已先后推出了奇遇1、奇遇2、奇遇3、奇遇Dream、小閱悅等系列VR產(chǎn)品。

小派科技：主要產(chǎn)品為小派5K、8K（Pimax5K、8KSeries）系列VR高端頭顯設(shè)備，主打高性能PCVR頭顯，小派目前擁有數(shù)十項(xiàng)全球領(lǐng)先的專利技術(shù)，其VR頭顯的一大優(yōu)勢(shì)是良好的屏幕表現(xiàn)素質(zhì)。

創(chuàng)維：創(chuàng)維集團(tuán)布局虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)的子公司，國(guó)內(nèi)唯一的一家上市的VR終端廠商。團(tuán)隊(duì)均擁有10年以上相關(guān)產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)驗(yàn)。目前，創(chuàng)維VR已申請(qǐng)過(guò)百項(xiàng)虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)相關(guān)專利，研發(fā)量產(chǎn)多款VR頭戴顯示設(shè)備產(chǎn)品，參與了多項(xiàng)虛擬現(xiàn)實(shí)國(guó)標(biāo)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定，已承擔(dān)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“科技冬奧”重點(diǎn)專項(xiàng)課題“VR交互式智能終端與系統(tǒng)”。目前擁有VR一體機(jī)產(chǎn)品S6、S802、V901等。

弱交互領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)激烈，遠(yuǎn)期MR產(chǎn)生生產(chǎn)力

優(yōu)先布局弱交互場(chǎng)景，國(guó)內(nèi)廠商不落下風(fēng)根據(jù)WellsennXR數(shù)據(jù)，2021年全球VR出貨量達(dá)到1029萬(wàn)部，同比增長(zhǎng)72.4%。2022年受Quest2漲價(jià)，以及全球經(jīng)濟(jì)增速放緩壓制民眾消費(fèi)意愿影響，VR出貨量將同比下降4%至986萬(wàn)部。WellsennXR預(yù)計(jì)2025年全球VR出貨量有望達(dá)到3500萬(wàn)部(21-25年CAGR42.38%)。其中，國(guó)內(nèi)的VR銷售量占全球比例正快速上升，4Q22國(guó)內(nèi)出貨量占全球11.29%。

華為認(rèn)為在VR的諸多關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用形態(tài)中，基于全景視頻技術(shù)的VR360視頻將成為最先繁榮的在線應(yīng)用。而VR360視頻又分為弱交互和強(qiáng)交互，直播和短視頻都屬于弱交互，即用戶只能被動(dòng)的體驗(yàn)錄好的視頻，無(wú)法與環(huán)境互動(dòng)。根據(jù)高盛2016年發(fā)布的VR/AR產(chǎn)業(yè)報(bào)告，基于360全景技術(shù)的VR事件直播和VR視頻娛樂(lè)到2020年將擁有5200萬(wàn)用戶，其中事件直播2400萬(wàn)，視頻娛樂(lè)2800萬(wàn)，占VR應(yīng)用領(lǐng)域全部預(yù)期用戶13000萬(wàn)的40%，而到了2025年，VR360視頻的用戶群將達(dá)到17400萬(wàn)，其中事件直播9500萬(wàn)，視頻娛樂(lè)7900萬(wàn)。

長(zhǎng)期我們看好電影制作、醫(yī)療、教育等toB應(yīng)用，從游戲終端升級(jí)為生產(chǎn)力工具。2022年97%的VR為消費(fèi)端市場(chǎng)出貨，僅3%頭顯為B端場(chǎng)景出貨，B端場(chǎng)景主要集中在教育培訓(xùn)、線下游藝、文旅黨建等領(lǐng)域，VR產(chǎn)業(yè)部分實(shí)現(xiàn)了B端到C端市場(chǎng)的跨越。值得注意的是，2022年全球VR出貨產(chǎn)品的形態(tài)與該數(shù)字高度一致，分體式占比3%，一體式占比97%，我們認(rèn)為B端用戶要求產(chǎn)品性能更強(qiáng)、續(xù)航更長(zhǎng)，或是在某種性能上要求極為苛刻，但是便攜性上要求較低，從而給分體式VR留下了穩(wěn)定的市場(chǎng)空間。

VR在醫(yī)療領(lǐng)域已經(jīng)展現(xiàn)出了較強(qiáng)的生產(chǎn)力和必要性。用途包括醫(yī)療教育（模擬手術(shù)、360度手術(shù)直播、同理心教育）、患者輔助治療（減輕慢性患病者痛苦、部分代替阿片類止痛藥、自閉癥治療）、臨床研究（模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境、疫苗開(kāi)發(fā)）等。ResearchAndMarkets報(bào)告顯示，醫(yī)療保健領(lǐng)域的AR和VR市場(chǎng)規(guī)模2021年接近27億美元，有望到2027年D該市場(chǎng)增長(zhǎng)3.5倍，達(dá)到97.9億美元。

而國(guó)內(nèi)目前的醫(yī)療VR還集中于遠(yuǎn)程問(wèn)診、探視、鎮(zhèn)痛等領(lǐng)域。2022年8月，全球領(lǐng)先的VR醫(yī)療初創(chuàng)企業(yè)FundamentalVR完成2000萬(wàn)美元B輪融資，其累計(jì)融資額度達(dá)到3000萬(wàn)元。該公司發(fā)行了一種可以在VR頭顯上運(yùn)行的外科手術(shù)模擬軟件。用戶配合使用VR頭顯和手持觸覺(jué)工具，就可以獲得手術(shù)的沉浸式體驗(yàn)。借助這種軟件，外科醫(yī)生可以利用VR進(jìn)行模擬手術(shù)訓(xùn)練，并收到虛擬骨骼或虛擬肉體的觸感反饋。

教育方面，政策密集出臺(tái)，展現(xiàn)出國(guó)內(nèi)對(duì)于教育信息化的支持?！吨袊?guó)教育現(xiàn)代化2035》提出推動(dòng)各級(jí)教育高水平高質(zhì)量普及、實(shí)現(xiàn)基本公共教育服務(wù)均等化等戰(zhàn)略任務(wù)，對(duì)于線上教育的重視提升。2022年9月，中央制定“千億政策貼息+專項(xiàng)再貸款”組合拳，重點(diǎn)支持理論學(xué)習(xí)與實(shí)訓(xùn)操作的教育設(shè)備升級(jí)改造，推進(jìn)高校、職校教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型。按照中移動(dòng)“4G改變生活、5G改變社會(huì)”的5G產(chǎn)業(yè)意義解讀，在教育市場(chǎng)5G會(huì)帶來(lái)“真實(shí)體驗(yàn)式”教育的全面升級(jí)，并為遠(yuǎn)程VR教育提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)設(shè)施。

VR教育投入涉及硬件、軟件和空間建設(shè)費(fèi)用，這對(duì)于大多數(shù)中小學(xué)，都是不小的資金壓力。另外，內(nèi)容端建設(shè)問(wèn)題也是阻礙VR在教育中大規(guī)模應(yīng)用的障礙之一，包括不專業(yè)、無(wú)體系、難拓展、難維護(hù)等。因此，VR教室目前仍以“教學(xué)科研”的性質(zhì)為主。我們預(yù)計(jì)，隨著VR產(chǎn)業(yè)規(guī)?；?yīng)出現(xiàn)，成本下降至一般“PC教室”成本水平，內(nèi)容端建設(shè)初成體系時(shí)，VR教育投資將迎來(lái)大規(guī)模放量。據(jù)Researchandmarkets數(shù)據(jù)，全球教育虛擬現(xiàn)實(shí)市場(chǎng)預(yù)計(jì)將從2021年的63.7億美元同比增長(zhǎng)36%到2022年的86.6億美元。預(yù)計(jì)到2026年市場(chǎng)將達(dá)到329.4億美元，CAGR為39.7%。

ODM廠商紛紛布局，硬件成本中芯片和屏幕成本占比最高VR產(chǎn)業(yè)鏈從上游主要包括：芯片、光學(xué)模組、面板、PCB、結(jié)構(gòu)件、電池、傳感器、攝像頭等核心器件，中游為OEM廠商，下游為Oculus、Pico等終端廠商。就上游產(chǎn)業(yè)鏈而言，芯片、屏幕成本占比最大，光學(xué)模組為核心技術(shù)迭代領(lǐng)域。以Pico4為例，根據(jù)維深wellsennXR的統(tǒng)計(jì)，Pico4VR一體機(jī)8+128G版的BOM成本約為348.255美元，綜合硬件成本約為368.25美元，按美元匯率為7計(jì)算，Pico4稅后綜合成本約為2913元。其中，芯片成本最高，約為116.45美元，占比31%，屏幕成本為84美元，占比23%，光學(xué)成本44美元，占比12%，傳感器成本約為34美元，占比9%，ODM/OEM成本約為20美元，占比為5%，結(jié)構(gòu)件成本14.2美元，占比為4%。

售價(jià)1500美金QuestPro是目前最貴的VR頭顯，由于交互功能升級(jí)，攝像頭成本超過(guò)光學(xué)模組，根據(jù)WellsennXR數(shù)據(jù)，QuestProBOM成本約為587.6美元，綜合硬件成本約為617.6美元，是Quest2的兩倍以上。芯片成本最高，約228.美元，占比37%，屏幕成本約106美元，占比17%;攝像頭成本約80美元，占比約為14%，光學(xué)成本約50美元，占比8%，電池電源成本31美元，占比5%，ODM/OEM成本約30美元，占比約為5%，結(jié)構(gòu)件成本約27.5美元，占比為5%。

光學(xué)模組：長(zhǎng)期圍繞輕、薄、高質(zhì)量成像發(fā)展Pancake已成確定性技術(shù)方向

VR光學(xué)先后經(jīng)歷了非球面透鏡、菲涅爾透鏡和Pancake折疊光路三個(gè)階段。菲涅爾透鏡（FresnelLenses）具有低成本和可控的成像質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)，OculusQuest2、PicoNeo3、惠普ReverbG2和愛(ài)奇藝奇遇3等均為該光學(xué)方案的代表性產(chǎn)品。其設(shè)計(jì)原理是去掉光在透鏡中直線傳播的部分，只保留用來(lái)折射光線的透鏡曲面，在保留常規(guī)透鏡光學(xué)特征的同時(shí)，大幅壓縮鏡片厚度，實(shí)現(xiàn)鏡片的輕量化。然而，由于該方案需要將屏幕放置在透鏡的近焦面處，因此透鏡與屏幕之間的距離較長(zhǎng)，導(dǎo)致整個(gè)光學(xué)模組的體積較大。此外，由于菲涅爾透鏡采用單層鏡片設(shè)計(jì)，其物理性導(dǎo)致了成像邊緣模糊、易產(chǎn)生畸變，以及無(wú)法調(diào)節(jié)屈光度等問(wèn)題。

在此背景下，Pancake光學(xué)方案應(yīng)運(yùn)而生，并逐漸成為消費(fèi)級(jí)VR光學(xué)的發(fā)展與進(jìn)化方向。該方案基于折疊光路的原理，不僅能實(shí)現(xiàn)超短的光學(xué)對(duì)焦成像，從而極大地壓縮鏡片厚度和頭顯體積，還能克服傳統(tǒng)的菲涅爾透鏡光學(xué)方案邊緣模糊與畸變現(xiàn)象，有效減輕“余暉效應(yīng)”，實(shí)現(xiàn)零畸變的全域高清視覺(jué)體驗(yàn)。以Meta、Apple、Pico、華為等為代表的頭部企業(yè)已經(jīng)推出或即將推出以Pancake作為光學(xué)方案的VR頭顯。未來(lái)3-5年，Pancake將成為消費(fèi)級(jí)VR首選光學(xué)方案。

Pancake光學(xué)方案的核心設(shè)計(jì)思路是通過(guò)偏振光的反射與折射進(jìn)行光路折疊。Pancake光學(xué)方案，又被稱為折疊光路方案，屬于VR短焦光學(xué)方案的一種。該方案的原理是顯示屏發(fā)出的圖像源進(jìn)入具有半透半反功能的鏡片之后，光線在鏡片、1/4相位延遲片以及反射式偏振片之間多次折返，最終從反射式偏振片射出后進(jìn)入人眼。也就是說(shuō)，該方案通過(guò)折疊式光學(xué)元件使光線在更窄的空間內(nèi)穿越同樣的距離，將原本光路“折疊”，從而實(shí)現(xiàn)光學(xué)鏡頭和顯示屏之間空間的壓縮，進(jìn)而顯著縮小VR頭顯體積。通過(guò)此種光學(xué)方案，理論上能將VR頭顯的體積縮小到菲涅爾透鏡方案的1/4。

核心器件：半透半反鏡、1/4相位延遲片、反射式偏振片

Pancake光學(xué)方案的核心器件包括半透半反鏡、1/4相位延遲片和反射式偏振片：

1）半透半反鏡：對(duì)入射光線做二次反射。半透半反鏡（HalfMirrorLens）是一種輕薄半透的光學(xué)材料，屬于分束鏡（BeamSplitter）的一種特例，通過(guò)在光學(xué)玻璃表面鍍上一層或多層的介電質(zhì)或金屬薄膜制備得到，用于將入射光束按透射與反射比為50/50的比例分成兩道獨(dú)立的光束。在Pancake光學(xué)方案中，半透半反鏡主要用來(lái)對(duì)入射光線做二次反射，這一過(guò)程中不改變光的偏振特性，并且理論上光線每次經(jīng)過(guò)半透半反鏡后能量都會(huì)損失50%。

2）1/4相位延遲片（λ/4片）：用于調(diào)整光束的偏振狀態(tài)，使偏振光在線偏振態(tài)和圓偏振態(tài)之間相互變換。波動(dòng)是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的重要形式，廣泛存在于自然界中。按照振動(dòng)方向與傳播方向的關(guān)系，波可以分為橫波與縱波兩大類：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的方向跟波的傳播方向垂直的波叫做橫波，例如電磁波；質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的方向跟波的傳播方向平行的波叫縱波，例如聲波。振動(dòng)方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚?duì)稱性叫做偏振（polarization），只有橫波才能產(chǎn)生偏振現(xiàn)象，這也是橫波區(qū)別于其他縱波的一個(gè)最明顯的標(biāo)志。光波是電磁波，因此，光波的傳播方向就是電磁波的傳播方向。光波中的電振動(dòng)矢量（E）和磁振動(dòng)矢量（H）都與傳播速度（ν）垂直，因此光波是橫波，它具有偏振性。具有偏振性的光則稱為偏振光。

3）反射式偏振片：選擇性的反射與透射偏振光。反射式偏振片（ReflectingPolarizer）是偏光片的一種，通常由多層功能性光學(xué)薄膜在透鏡表面上貼合而成。通過(guò)調(diào)整光學(xué)薄膜的種類與貼合順序，反射式偏振片能夠選擇性的反射與透射偏振光，實(shí)現(xiàn)一種偏振態(tài)被透射而另一種偏振態(tài)被反射的功能。在Pancake光學(xué)方案中，通常設(shè)置成反射p偏振光，透射s偏振光。反射式偏振片中的光學(xué)薄膜通常采用金屬色線柵，例如鋁質(zhì)金屬線柵，或采用具有雙折射功能的多層聚合物，后者相對(duì)于前者而言具有如下優(yōu)勢(shì)：a）在較寬的入射角范圍內(nèi)，多層聚合物薄膜具有較高的偏振反射率，以及較低的色彩推移；b)由于具有高消光和高透射效率，多層聚合物偏振器的可見(jiàn)光譜偏振對(duì)比度可以非常高；c）由于聚合物樹(shù)脂具有粘彈性，因此多層聚合物薄膜可以形成各種復(fù)雜的曲面，包括非球面甚至自由曲面，而非球面的形態(tài)可以顯著提高Pancake光學(xué)透鏡的分辨率。

光路系統(tǒng)的設(shè)置與具體工作原理

在設(shè)計(jì)以及評(píng)估不同結(jié)構(gòu)的Pancake光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，需考量大量的設(shè)計(jì)指標(biāo)并做出權(quán)衡，包括成像質(zhì)量、視場(chǎng)角（FOV）、眼動(dòng)范圍（EyeBox）、景深、出瞳距離（EyeRelief）、佩戴舒適性、工藝難度、成本、是否解決輻輳調(diào)節(jié)沖突（VAC）以及是否配備眼動(dòng)追蹤功能等。在此基礎(chǔ)上，Pancake光學(xué)系統(tǒng)可分為一片式、兩片式以及多片式，其中兩片式結(jié)構(gòu)最為常見(jiàn)。光學(xué)膜可以貼在不同的透鏡表面上，也可以互相疊加貼合。根據(jù)光路系統(tǒng)設(shè)置的原理，三類光學(xué)膜貼合的位置次序必須保持固定不變，從顯示屏向人眼方向依次為半透半反膜、1/4相位延遲膜和反射式偏振膜，否則該光學(xué)系統(tǒng)不能正常工作。

偏振光在Pancake光學(xué)系統(tǒng)中的具體傳播路徑如下：

①顯示屏發(fā)出右旋圓偏振光。Pancake光學(xué)模組的入射光必須為圓偏振光，若采用的顯示屏為L(zhǎng)CD，則其發(fā)出的光為線偏振光，需在顯示屏上增加一個(gè)1/4相位延遲片，將線偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)閳A偏振光；若采用的顯示屏為OLED，自發(fā)光原理使其發(fā)出的光為非偏振光，需在屏幕上先增加一個(gè)線偏光片（LP）將其轉(zhuǎn)化為線偏振光，再增加一片1/4相位延遲片將其轉(zhuǎn)化為圓偏振光。

②右旋圓偏振光透過(guò)半透半反鏡后，偏振態(tài)不發(fā)生變化，但光效損失50%。

③右旋圓偏振光以45°角第一次通過(guò)1/4相位延遲片后，變?yōu)檎駝?dòng)方向平行于紙面的p線偏振光。這是因?yàn)樵谕ㄟ^(guò)1/4相位延遲片之前，可以沿著o光和e光的方向（即1/4相位延遲片的快軸和慢軸方向），將右旋圓偏振光矢量分解成兩束頻率相同、振動(dòng)方向互相垂直、且相位差為-π/2的線偏振光。在通過(guò)1/4相位延遲片時(shí)，由于雙折射現(xiàn)象，在o光和e光的方向上進(jìn)一步引入+π/2的相位差，此時(shí)，兩束線偏振光的相位差為0。最后將振幅相同的o光和e光疊加為振動(dòng)方向平行于紙面的p線偏振光。

④p線偏振光到達(dá)反射式偏振膜后發(fā)生反射，偏振態(tài)保持不變。

⑤p線偏振光以45°角第二次通過(guò)1/4相位延遲片后，變回右旋圓偏振光。

⑥右旋圓偏振光到達(dá)半透半反鏡后發(fā)生二次反射，變成左旋圓偏振光，同時(shí)光效再次損失50%。這是因?yàn)榉瓷涔庀鄬?duì)于入射面而言有-π的相位突變，因此會(huì)改變旋轉(zhuǎn)方向，從右旋變?yōu)樽笮?/p>

⑦左旋圓偏振光以45°角第三次通過(guò)1/4相位延遲片后，變?yōu)檎駝?dòng)方向垂直于紙面的s線偏振光。

⑧s線偏振光到達(dá)反射式偏振膜后發(fā)生透射，最終進(jìn)入到人眼當(dāng)中。

技術(shù)壁壘：光學(xué)膜材料

光學(xué)膜材料的性能與貼合工藝是Pancake光學(xué)方案的技術(shù)壁壘，尤其是1/4相位延遲片和反射式偏振膜，其中反射式偏振膜價(jià)值量最高，其膜材成本高且市場(chǎng)被海外光學(xué)膜巨頭壟斷，是制約當(dāng)前VR光學(xué)發(fā)展的主要因素。1）Pancake折疊光路系統(tǒng)的光學(xué)膜要求。由于Pancake的核心設(shè)計(jì)思路是通過(guò)反射與偏振進(jìn)行光路折疊，最終的光學(xué)效果十分依賴偏振光的偏振態(tài)，因此需要更低的雙折射以及更穩(wěn)定的偏振態(tài)傳輸。1/4相位延時(shí)片和反射偏振膜的質(zhì)量是成像質(zhì)量的關(guān)鍵因素，目前全球范圍內(nèi)只有3M、旭化成等少數(shù)企業(yè)的膜材性能能夠達(dá)到Pancake設(shè)計(jì)要求，因而具有較大的議價(jià)權(quán)，一組透鏡的貼膜材料的成本達(dá)到70-100元。

2）在Pancake光學(xué)模組加工流程中，貼膜環(huán)節(jié)壁壘最高。根據(jù)光路系統(tǒng)設(shè)置，可分為曲面貼膜和平面貼膜兩種方式。雖然平面貼膜技術(shù)難度較低，但會(huì)犧牲部分光學(xué)性能和成像質(zhì)量。曲面貼膜工藝通過(guò)事先制備好的平面膜層，通過(guò)熱彎成型技術(shù)使其成為特定的二維曲面，貼于透鏡表面，有別于傳統(tǒng)的鍍膜技術(shù)。雖然曲面貼膜能夠帶來(lái)更大的視場(chǎng)角和更優(yōu)的成像質(zhì)量，但曲面貼膜工藝難度較大，各項(xiàng)角度精度要求極高，容易邊緣褶皺和翹起，因此良率低。目前膜供應(yīng)商3M等開(kāi)始推出貼膜交付方案，三利譜也將曲面貼合工藝列為公司的后續(xù)重點(diǎn)研發(fā)方向之一。

優(yōu)勢(shì)：輕薄化、成像質(zhì)量高、可調(diào)節(jié)屈光度

Pancake光學(xué)方案輕薄化優(yōu)勢(shì)顯著，更適合拓展C端市場(chǎng)。Pancake光學(xué)方案最大的優(yōu)勢(shì)在于利用多次折返的方式擴(kuò)大光路總長(zhǎng)，有效壓縮了顯示屏與光學(xué)透鏡之間的距離，進(jìn)而大幅降低了VR顯的重量和體積，顯著提升了產(chǎn)品佩戴舒適度和使用時(shí)長(zhǎng)。對(duì)比市面上的主流VR頭顯產(chǎn)品，OculusQuest2和HTCVivePro2均采用菲涅爾透鏡方案，頭顯的重量分別為503g和785g，厚度分別為80.1mm和73.5mm；而ArparaVR和HuaweiVRGlass采用Pancake光學(xué)方案，頭顯的重量分別為200g和166g，厚度分別為30.0mm和26.6mm，產(chǎn)品形態(tài)更加趨于日常佩戴的眼鏡。搭載Pancake方案的VR頭顯設(shè)備重量和厚度顯著低于搭載菲涅爾透鏡方案的產(chǎn)品。

在Pancake光學(xué)方案中，通過(guò)透鏡組合，可以提高邊緣成像質(zhì)量，降低圖像畸變，提高圖像對(duì)比度、清晰度以及細(xì)膩度。Pancake光學(xué)的解析能力相對(duì)于菲涅爾光學(xué)提升了50%，同時(shí)克服了菲涅爾光學(xué)固有的視野邊緣模糊與畸變現(xiàn)象，有效減少邊緣眩光，帶來(lái)了視野全域范圍的清晰體驗(yàn)。值得一提的是，YVR2光學(xué)鏡組的透過(guò)率達(dá)到了19%，在高透光性能下的清晰度達(dá)到了全新水平。目前業(yè)內(nèi)平均水平約為13-16%。

Pancake光學(xué)方案支持屈光度調(diào)節(jié)。目前普遍Pancake模組的屈光度調(diào)節(jié)范圍在0-700°之間，對(duì)于絕大部分近視的用戶而言，無(wú)需佩戴眼鏡即可使用。而對(duì)于單透鏡的菲涅爾和非球面方案，如果不增加透鏡則無(wú)法實(shí)現(xiàn)屈光度調(diào)節(jié)。目前實(shí)現(xiàn)屈光度調(diào)節(jié)有內(nèi)調(diào)焦和外調(diào)焦兩種方式：

1）內(nèi)調(diào)焦方式。將其中一組鏡片作為移動(dòng)組，移動(dòng)組鏡片通過(guò)朝向某一方向移動(dòng)實(shí)現(xiàn)屈光度的調(diào)節(jié)。這種方式的優(yōu)勢(shì)在于鏡頭的總長(zhǎng)不會(huì)發(fā)生改變；缺陷在于移動(dòng)鏡片會(huì)導(dǎo)致整個(gè)光路的系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化，如焦距等。此外，如果用戶雙眼視力差異較大，那么左右眼內(nèi)調(diào)焦的一致性將不一致，進(jìn)而引起雙目合像等問(wèn)題。

2）外調(diào)焦方式。通過(guò)顯示屏朝向某一方向的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)屈光度的調(diào)節(jié)。這種方式的優(yōu)勢(shì)在于系統(tǒng)參數(shù)沒(méi)有改變，因此左右眼的焦距是一致的，左右眼圖像的一致性會(huì)更好，更容易實(shí)現(xiàn)合像；其缺陷在于由于移動(dòng)屏幕，整個(gè)模組的總長(zhǎng)會(huì)因此發(fā)生變化。

雖然Pancake光學(xué)方案支持屈光度調(diào)節(jié)，但仍然需要借助可變焦設(shè)計(jì)，結(jié)合液晶器件，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)全局調(diào)控，根據(jù)顯示屏的內(nèi)容和眼睛觀看的位置，實(shí)時(shí)改變焦平面，讓二維屏幕產(chǎn)生三維景深信息，才能改善由輻輳調(diào)節(jié)沖突（VAC）帶來(lái)的眩暈問(wèn)題。

Pancake技術(shù)難點(diǎn)：光損高、視場(chǎng)角小、存在鬼影、成本高

光損高，理論上最高光效僅為25%，因此對(duì)顯示屏幕亮度要求高。多次折返的光路存在效率損失的問(wèn)題，光線兩次經(jīng)過(guò)半透半反膜，所以其理論最高光效僅有25%，再加上反射偏振膜的損失，總體光利用率只有10-20%，因此需要搭配高亮度屏幕，例如MicroOLED/MicroLED，以改善折疊光路方案的效果。相比之下，菲涅爾透鏡的光學(xué)效率可高達(dá)80-90%。大視場(chǎng)角與設(shè)備輕量化難以兼得。據(jù)Oculus首席科學(xué)家表述，菲涅爾透鏡的視場(chǎng)角（FOV）理論上限為140°，而Pancake的FOV有望實(shí)現(xiàn)220°。然而，Pancake光學(xué)方案采用了較小的顯示屏幕，較小的屏幕需要更長(zhǎng)的光路來(lái)擴(kuò)大視場(chǎng)角，這與折疊光路壓縮光學(xué)模組總長(zhǎng)這一設(shè)計(jì)理念相悖。因此，在Pancake光學(xué)方案中，大視場(chǎng)角與設(shè)備輕薄化無(wú)法兼得，需要在兩者之間做出權(quán)衡。當(dāng)前量產(chǎn)的Pancake光學(xué)方案的FOV在60-90°之間，距理論上限220°仍有較大差距，且小于市場(chǎng)上菲涅爾光學(xué)方案的視場(chǎng)角。

易出現(xiàn)“鬼影”，降低呈像質(zhì)量，影響用戶體驗(yàn)。在成像光學(xué)系統(tǒng)中，往往存在一些非理想因素帶來(lái)的雜散光，這些雜散光通常是由透鏡界面多次反射、透鏡缺陷散射、物理結(jié)構(gòu)散射等造成的。實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中，這些雜散光往往會(huì)在畫面中的某個(gè)位置形成像，被稱為“鬼影”(GhostImage)。Pancake光學(xué)方案的中諸多鬼影，在畫面中的表現(xiàn)不一而足，有的能清晰成像，有的則以光斑的形態(tài)存在，這嚴(yán)重影響了用戶對(duì)于圖像對(duì)比度的感知。

造成鬼影的因素有很多，其中最易造成的因素是雙折射。由于雙折射現(xiàn)象與透鏡的材料有關(guān)，塑料材料通常具有較明顯的雙折射，因此可以通過(guò)增加透鏡或改變透鏡的形狀、改善透鏡材料，優(yōu)化光路來(lái)降低其雙折射現(xiàn)象來(lái)抑制鬼影現(xiàn)象。

Pancake光學(xué)方案成本高。主要因素有四個(gè)方面：1）對(duì)光學(xué)膜核心材料的性能與質(zhì)量要求高，尤其是1/4相位延遲膜和反射式偏振膜，全球范圍內(nèi)只有3M、旭化成等少數(shù)企業(yè)的產(chǎn)品能夠達(dá)到Pancake設(shè)計(jì)要求；2）由于產(chǎn)品由多種膜材貼合而成，對(duì)各項(xiàng)角度精度和平滑度要求極高，目前依賴人工貼膜，效率較低；3）由于鬼影的存在，需要通過(guò)增加透鏡或改變透鏡的材料和形狀的方式來(lái)改善，相應(yīng)的材料成本也會(huì)增加；4）Pancake光學(xué)方案的光損高，需要搭配更高亮度的顯示屏幕使用，也使成本增加。目前,一組透鏡(單目)的光學(xué)膜成本達(dá)到700-100元，單個(gè)Pancake模組價(jià)格約為150-200元。

屏幕：多種方案共存，解決眩暈是核心訴求

清晰度與刷新率提高改善眩暈，但對(duì)芯片算力和功耗提出要求VR顯示屏幕的核心要求就是解決眩暈，這是用戶愿意長(zhǎng)時(shí)間使用VR的首要前提。圍繞“不眩暈”這一核心訴求，各大屏幕廠商從多維度進(jìn)行提升，主要方法包括提升視場(chǎng)角、像素密度、頭動(dòng)和視野延遲等。1）FOV（FieldofView，視場(chǎng)角）：視場(chǎng)角定義為雙眼看到圖像的最大角度范圍。人類平均而言，水平雙眼視場(chǎng)角是200度，其中有120度的重疊，這部分重疊對(duì)于構(gòu)建立體視覺(jué)和估計(jì)深度尤為重要，垂直的視場(chǎng)角約為100~130度。

2)PPD（PixelPerDegree）：像素密度通常以每英寸像素(PPI)為單位測(cè)量，即顯示器上每英寸的像素?cái)?shù)。但PPI并不能單獨(dú)用作清晰度的標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)檠劬惋@示器之間的距離也很重要。當(dāng)眼球離屏幕足夠遠(yuǎn)時(shí)，高像素密度的設(shè)備是冗余的，增加的像素密度并不會(huì)被察覺(jué)。因此，不同的設(shè)備，需要匹配不同的PPI來(lái)達(dá)到相同的感知清晰度。

相比之下，每度像素?cái)?shù)(PPD)則考慮到了眼球與屏幕的距離，同時(shí)也更適用于VR球形顯示的實(shí)際情況，因此被更多的使用在VR頭顯的清晰度討論中。PPD定義為1°視場(chǎng)角中所包含的像素?cái)?shù)量。當(dāng)PPD大于60時(shí)，我們通常就感覺(jué)不到像素感。每個(gè)格子代表水平視場(chǎng)角上的1°和垂直視場(chǎng)角上的1°的小方格。

由于VR顯示屏離人眼足夠近，當(dāng)分辨率低時(shí)，人眼會(huì)直接看到顯示屏的像素點(diǎn)，以及點(diǎn)間的間距，就好比在紗窗之后看東西一樣，即紗窗效應(yīng)。且當(dāng)像素密度不夠時(shí)，VR中有圖像邊緣出現(xiàn)很強(qiáng)的鋸齒（aliasing）,從而產(chǎn)生了粗糙邊緣。疊加VR實(shí)時(shí)渲染，當(dāng)用戶頭轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，原本應(yīng)該靜止的細(xì)線，或者某些物體的邊緣線，像在閃爍或者舞動(dòng)一般,也叫高對(duì)比度邊緣出現(xiàn)分離式閃爍。解決紗窗效應(yīng)主要就是提高分辨率。

目前，“視網(wǎng)膜效果”是一個(gè)沒(méi)有清晰定義的概念，根據(jù)史蒂夫喬布斯發(fā)布iPhone4時(shí)的概念，它是指像素密度為300PPI的設(shè)備，放在10~12英寸距離的效果，1單位PPD即12英寸距離下300ppi的像素密度。根據(jù)PPD=2dxtan0.5°xPPI，d為眼睛到屏幕的距離也就是12英寸，則視網(wǎng)膜效果大約需要60PPD以上。

由于VRHMD擁有遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)終端的視場(chǎng)角，決定了要達(dá)到同樣等級(jí)的畫質(zhì)體驗(yàn)，相同的PPD要求VR視頻具有更高的單眼分辨率和全視角分辨率。用戶在虛擬環(huán)境中的視野可以認(rèn)為是一個(gè)空間球，左右橫向全視角展開(kāi)是360度，上下縱向展開(kāi)180度。用戶在使用終端時(shí)，單眼實(shí)際看到的視覺(jué)信息只是全部球面數(shù)據(jù)的一部分，這部分面積由終端提供的FOV決定。如FOV為90度，則單眼可視信息僅為球面信息的1/8。而真正決定VR360視頻畫質(zhì)體驗(yàn)的是單眼分辨率(FOV分辨率)，可換算為在FOV區(qū)域的PPD。

全視角的4K分辨率遠(yuǎn)不能達(dá)到滿意的視頻質(zhì)量，加大分辨率到8K及以上是必須的。以FOV=90為例，全視角分辨率達(dá)到8K時(shí)，單眼分辨率為1920*1920，對(duì)應(yīng)PPD=22；全視角分辨率升級(jí)12K時(shí)，單眼分辨率為2880*2880，PPD也僅提高到32，屏幕分辨率達(dá)到16K才能真正對(duì)應(yīng)平面4K顯示效果。我們認(rèn)為3-5年內(nèi)，各家廠商將迭代至8K分辨率，10年維度有望達(dá)到16K。

除了屏幕本身的像素密度提升對(duì)于技術(shù)提出挑戰(zhàn)，還有像素提升帶來(lái)的帶寬、傳輸問(wèn)題。根據(jù)華為的測(cè)算，普通寬帶上網(wǎng)，一般峰值在20M~30M就可以獲得相當(dāng)好的上網(wǎng)體驗(yàn)，但對(duì)于4K/8K視頻，要獲得良好體驗(yàn)，必須有持續(xù)的30M~100M帶寬保證，而對(duì)于VR視頻，要獲得極佳使用體驗(yàn)，需要超Gbit的入戶帶寬。如果一個(gè)用戶家里同時(shí)存在幾路VR業(yè)務(wù)，相比于大屏4K/8K視頻的家庭式觀看，VR業(yè)務(wù)消耗的帶寬還可能繼續(xù)翻倍。雖然未來(lái)技術(shù)的發(fā)展，壓縮算法的改進(jìn)，單路VR業(yè)務(wù)需要的傳輸帶寬還有進(jìn)一步的降低空間，但入戶帶寬超Gbit，甚至10Gbit是大概率事件。

3）頭動(dòng)和視野延遲（Motion-to-PhotonsLatency,MTP）：業(yè)界的主流觀點(diǎn)認(rèn)為，MTP延遲不能超過(guò)20ms，否則會(huì)引起眩暈感。目前領(lǐng)先的VR終端廠商如Oculus、HTCVive已經(jīng)通過(guò)提升端到端軟硬件性能，從傳感追蹤元件、顯示屏技術(shù)、GPU入手，已經(jīng)將MTP本地化削減至了20ms。

4）其他顯示屏參數(shù)：對(duì)比度：是屏幕最白和最黑亮度的比值，決定屏幕呈現(xiàn)的色彩飽和程度；亮度：亮度高有利于提升對(duì)比度，豐富圖像細(xì)節(jié)，電視屏亮度多在200-500nit，日光下應(yīng)達(dá)到700nit。但VR的入眼亮度由屏幕亮度和光學(xué)效率決定，因此，若采用光效低的光學(xué)方案，應(yīng)搭配高亮度的顯示屏；功耗：低功耗的顯示屏，可減少散熱，延長(zhǎng)續(xù)航時(shí)間，提升舒適性需求。除以上重要指標(biāo)外，顯示屏的色域、壽命、重量和厚度等也可做輔助參考。

Fast-LCD仍為VR消費(fèi)級(jí)主流，專業(yè)級(jí)產(chǎn)品看好MicroOLED

LCD、MiniLED、MicroLED、OLED、MicroOLED技術(shù)梳理

LCD（liquid-crystaldisplay）：目前市場(chǎng)大都使用TFT-LCD技術(shù)（薄膜電晶體液晶顯示器），由兩片玻璃基板中間夾著一層液晶，上層玻璃基板是彩色濾光片、下層玻璃則鑲嵌著電晶體，當(dāng)電流通過(guò)電晶體所產(chǎn)生的電場(chǎng)變化，使得液晶分子原本的旋轉(zhuǎn)排列發(fā)生扭轉(zhuǎn)，進(jìn)而改變光線通過(guò)的旋轉(zhuǎn)幅度，并以不同比例照射在彩色濾光片上，進(jìn)而產(chǎn)生不同的顏色。

OLED（OrganicLight-EmittingDiode）：OLED與LCD最大的差異在于，LCD需要LED背板和濾光片，而OLED能夠自體發(fā)光?；窘Y(jié)構(gòu)是在銦錫氧化物(ITO)玻璃上制作一層有機(jī)材料發(fā)光層，并在發(fā)光層上再覆蓋一層低功函數(shù)的金屬電極。透過(guò)外界電壓的驅(qū)動(dòng)下，正極電洞與陰極電子便會(huì)在發(fā)光層中結(jié)合，產(chǎn)生能量并發(fā)出光，因材料特性不同而產(chǎn)生R、G和B三原色，來(lái)構(gòu)成基本色彩。

MicroLED（微發(fā)光二極體）：將LED背光源微縮化、矩陣化，單獨(dú)驅(qū)動(dòng)無(wú)機(jī)自發(fā)光(自發(fā)光)、讓產(chǎn)品壽命更長(zhǎng)。因?yàn)镸icroLED的晶粒到了肉眼難以分辨的等級(jí)，可以直接將R、G、B三原色的晶粒拼成一個(gè)像素點(diǎn)，不再需要濾光片和液晶層。但目前MicroLED的大規(guī)模量產(chǎn)技術(shù)還有較多瓶頸，從前期的磊晶技術(shù)瓶頸、巨量轉(zhuǎn)移(MassTransfer)良率、封裝測(cè)試問(wèn)題，到后續(xù)的檢測(cè)、維修都是很大的挑戰(zhàn)，影響MicroLED能否量產(chǎn)。MicroOLED：是通過(guò)將紅、綠、藍(lán)(RGB)有機(jī)發(fā)光二極管像素沉積在由硅制成的半導(dǎo)體晶片上制成的，它們比玻璃基板更薄，可以容納更多像素，尺寸只有幾十微米。MicroOLED設(shè)計(jì)之初就是用于通過(guò)鏡頭將其放大或安裝在投影儀上，目前的取景器大多使用MicroOLED，顯色性和圖像響應(yīng)速度堪稱完美。MicroOLED優(yōu)點(diǎn)是小而輕、具有高分辨率、高像素密度。但由于制作工藝限制，不可能進(jìn)行大尺寸生產(chǎn)，因此對(duì)于FOV有限制。

LCD向Fast-LCD發(fā)展，解決響應(yīng)速度慢的缺點(diǎn)。改良后的Fast-LCD技術(shù)使用新的液晶材料（鐵電液晶材料）與超速驅(qū)動(dòng)技術(shù)有效提升刷新率至75～90Hz，響應(yīng)速度得到了明顯提高，大大縮短了與OLED之間的距離，且具有較高的量產(chǎn)穩(wěn)定性及良率。但色彩顯示不如OLED屏幕飽滿鮮艷，且容易出現(xiàn)漏光現(xiàn)象，此外，如何處理好功耗和分辨率二者的平衡，都是Fast-LCD需要面對(duì)的挑戰(zhàn)。目前的主流配置是Fast-LCD疊加MiniLED背光技術(shù)，不僅可以解決漏光問(wèn)題，還進(jìn)一步提了顯示性能。

MiniLED背光具備獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，是LCD顯示技術(shù)路徑的重要?jiǎng)?chuàng)新方向。MiniLED目前有背光、直顯兩種發(fā)展路徑，直顯由于對(duì)成本、良率、一致性有更高的要求，目前仍處于小規(guī)模量產(chǎn)階段，而MiniLED背光技術(shù)已經(jīng)處于商業(yè)化落地的成熟時(shí)期。相比傳統(tǒng)LCD，MiniLED產(chǎn)品具有超高亮度、使用壽命長(zhǎng)、高對(duì)比度、HDR寬動(dòng)態(tài)顯示范圍、節(jié)能等諸多優(yōu)點(diǎn)；相比OLED，高端MiniLED顯示畫面媲美OLED，且沒(méi)有OLED壽命、殘影等隱患，并且具有成本低、應(yīng)用廣的特點(diǎn)。

OLED向硅基OLED發(fā)展，解決分辨率較低的問(wèn)題。硅基OLED創(chuàng)新性結(jié)合半導(dǎo)體與OLED，顯示器件采用單晶硅芯片基底。MicroOLED作為其中的一種，是在兩層電極之間使用能夠發(fā)光的螢光有機(jī)材料，電流通過(guò)后會(huì)發(fā)出單色光，再透過(guò)濾色器生成所需的顏色。除了帶有OLED自發(fā)光優(yōu)勢(shì)，面板厚度和體積也比以前更薄、更小、耗能更低，再加上響應(yīng)時(shí)間短、發(fā)光效率高等特性，更容易實(shí)現(xiàn)高像素密度。

因?yàn)楣杌鵒LED都是在6英寸、8英寸的晶圓上小面積蒸鍍，大大減小了生產(chǎn)OLED時(shí)要克服的蒸鍍均勻性難題。硅基OLED無(wú)論是亮度，還是像素密度表現(xiàn)都有明顯提升，像素密度可以達(dá)到在3000～4000PPI。另外，由于綜合良率偏低，驅(qū)動(dòng)芯片技術(shù)不成熟等問(wèn)題，這一技術(shù)的成本較高，行業(yè)普遍良率最高僅有50%左右。

追蹤定位：IMU+攝像頭方案成熟，算法是核心技術(shù)

肢體追蹤：紅外光學(xué)定位配合MEMSIMU，Inside-Out成主流位置跟蹤及動(dòng)作捕捉技術(shù)可以讓設(shè)備估算其相對(duì)于周圍環(huán)境的位置。它使用硬件和軟件的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)其絕對(duì)位置的檢測(cè)，目前算法的開(kāi)發(fā)是定位能力提升的主要?jiǎng)恿ΑＮ恢酶櫴翘摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）的基本技術(shù)，可以用六個(gè)自由度（6DOF）跟蹤移動(dòng)確定位置。同時(shí)，通過(guò)定位不同特征點(diǎn)的位置，經(jīng)過(guò)分析可以得出相應(yīng)的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)動(dòng)作捕捉。

6DoF（DegreeofFreedom）指，圍繞X、Y、Z三個(gè)軸可平移（3DoF）和旋轉(zhuǎn)（3DoF）。無(wú)論有多復(fù)雜，剛體的任何可能性運(yùn)動(dòng)都可以通過(guò)6自由度的組合進(jìn)行表達(dá)。定位追蹤是硬件與軟件的組合，能夠監(jiān)測(cè)物體的絕對(duì)位置。由于虛擬現(xiàn)實(shí)是模擬、修改現(xiàn)實(shí)，所以我們需要準(zhǔn)確地追蹤對(duì)象（如頭部或手部）是如何在現(xiàn)實(shí)世界中移動(dòng)，這樣系統(tǒng)才能在VR世界中實(shí)現(xiàn)精確的映射。

從硬件技術(shù)的角度分類，可以分為：

1）聲學(xué)追蹤：測(cè)量聲學(xué)信號(hào)在發(fā)射器和接收器之間傳播所花費(fèi)的時(shí)間的方式被稱為聲學(xué)跟蹤。一般來(lái)說(shuō)，有幾個(gè)發(fā)射器放置在跟蹤區(qū)域，而各種接收器放置在跟蹤目標(biāo)上。接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間的距離是根據(jù)聲音信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間來(lái)計(jì)算的。其缺點(diǎn)是時(shí)延較長(zhǎng)、刷新慢、易受噪音干擾。

2）慣性與磁性追蹤：IMU（InertialMeasurementUnit，慣性測(cè)量單元）是一種通過(guò)傳感器組合來(lái)測(cè)量和報(bào)告速度、方向和重力的電子設(shè)備。IMU通常包括一個(gè)3軸加速度計(jì)、一個(gè)3軸陀螺儀，較高級(jí)的會(huì)再加一個(gè)3軸磁力計(jì)。加速度計(jì)可以測(cè)量物體在其坐標(biāo)系下的三軸加速度，陀螺儀的三軸角速度，通過(guò)積分運(yùn)算，可以解算出物體相對(duì)的定位信息。受制于成本高昂，IMU過(guò)去主要應(yīng)用于飛機(jī)火箭儀表等軍用設(shè)備，隨著價(jià)格更加親民的MEMS加速度計(jì)和陀螺儀出現(xiàn)，IMU開(kāi)始廣泛經(jīng)應(yīng)用于消費(fèi)級(jí)電子設(shè)備。但I(xiàn)MU只能準(zhǔn)確地測(cè)量和報(bào)告方向值（旋轉(zhuǎn)），無(wú)法處理平移，隨著時(shí)間推移，如果沒(méi)有外部校準(zhǔn)，IMU很快會(huì)出現(xiàn)漂移的情況，需要結(jié)合算法進(jìn)行校準(zhǔn)。

3）光學(xué)追蹤：對(duì)于光學(xué)跟蹤，有多種方法可用。它們之間的共同點(diǎn)就是使用光學(xué)攝像頭來(lái)收集位置信息。具體又可以分為跟蹤標(biāo)記、深度地圖跟蹤等。

從硬件排布的角度上，技術(shù)方案又可以分為Outside-in和Inside-out：

1）Outside-in就是由外向內(nèi)追蹤。這種追蹤方法的特點(diǎn)就是追蹤平移移動(dòng)的傳感器在外部。放置在靜止位置并朝向被跟蹤對(duì)象的攝像機(jī)或其他傳感器，該物體在攝像機(jī)相交的視覺(jué)范圍定義的指定區(qū)域內(nèi)自由移動(dòng)。

Outside-In的代表產(chǎn)品就是當(dāng)年VR元年的三大PCVR設(shè)備：OculusRiftCV1星座系統(tǒng)、Vive和HTC的Lighthouse基站系統(tǒng)、PSVR的單攝像頭光球系統(tǒng)。其中PSVR的追蹤是單攝像頭，搭配可見(jiàn)光光球追蹤，效果非常差。另外兩種系統(tǒng)至今依然比Inside-out方案精度更高，并且因?yàn)槭窃谶@個(gè)攝像頭基站的范圍內(nèi)是無(wú)死角的360度追蹤，在某些游戲和企業(yè)應(yīng)用中，還是這兩者占優(yōu)。

Outside-in具有更高的精度，例如HTC的燈塔系統(tǒng)。每個(gè)Lighthouse基站都包含兩個(gè)激光器。一個(gè)激光器投射出一條水平光線，從下到上掃；另一個(gè)激光器投射一條垂直的光線，從左到右掃。兩個(gè)激光器都以3,600rpm或每秒60轉(zhuǎn)的速度圍繞各自的軸旋轉(zhuǎn)。由于在任何時(shí)候都只能有一個(gè)激光掃過(guò)跟蹤體積，因此一個(gè)基站內(nèi)的兩個(gè)激光和兩個(gè)鏈接基站（A和B）的四個(gè)激光是交錯(cuò)的：第一個(gè)基站A的垂直激光從左到右掃過(guò)→A的水平激光從下到上掃過(guò)→A的激光關(guān)閉，B的垂直激光從左向右掃過(guò)→B的水平激光從下到上掃描→重復(fù)。每個(gè)過(guò)程間隔為半圈或8.333毫秒，但實(shí)際上通過(guò)清除冗余數(shù)據(jù)、捆綁數(shù)據(jù)后，作為IMU的增量進(jìn)行計(jì)算，實(shí)際反饋間隔，最壞延遲約4毫秒。

2）Inside-out就是從內(nèi)向外追蹤。在由內(nèi)而外的位置跟蹤中，攝像頭或傳感器位于被跟蹤的設(shè)備上，定位的范圍幾乎是無(wú)限大的。隨著VR一體機(jī)的興盛，Inside-out是現(xiàn)在的主流方向。但因?yàn)閿z像頭在頭上，背后和其他地方有死角，這對(duì)廠家的SLAM算法（同步定位與建圖，SimultaneousLocalizationandMapping）提出了很高要求。Inside-out方案中，手柄追蹤方案經(jīng)過(guò)幾代更迭，目前紅外光追蹤方案較為成熟，也是近兩年VR新款產(chǎn)品主流方案。

PicoNeo1采用的超聲波解決方案。優(yōu)點(diǎn)是基本不用占用移動(dòng)芯片的性能，功耗相對(duì)攝像頭定位非常低。但超聲波信號(hào)容易受距離約束，距離越大信號(hào)衰減越快，容易導(dǎo)致控制器6DoF位姿信息精度誤差變大，而且超聲波雖然可以不受外界環(huán)境光干擾，但也會(huì)受超聲波相關(guān)的干擾（比如風(fēng)吹），或是在接近一些物體時(shí)，比如墻面，超聲波的回聲干擾會(huì)影響整個(gè)定位的精度。

PicoNeo2采用的電磁解決方案。優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有FOV限制，可以進(jìn)行360°的追蹤定位交互，但電磁波沒(méi)可見(jiàn)光那么精準(zhǔn)，原地不動(dòng)的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生輕微抖動(dòng)，雖幅度小，但還是會(huì)影響精準(zhǔn)度。如果想達(dá)到高精度，電磁傳感器功耗會(huì)較大，容易造成控制器發(fā)熱、手部出汗，PICONEO2在手柄內(nèi)置了一顆巨大的電磁線圈，通過(guò)產(chǎn)生不同方向的電磁信號(hào)，讓頭盔中的接收單元接收并運(yùn)算，從而定位手柄。另外，該方案成本較高。這項(xiàng)技術(shù)是PICO采購(gòu)自NorthernDigital后，并加以改進(jìn)。專利授權(quán)費(fèi)和特殊采購(gòu)的接收單元，還有線圈和18650鋰電池，讓每臺(tái)NEO2的成本較高。

PicoNeo3采用了基于光學(xué)的控制器定位追蹤解決方案。不需要額外或者特殊傳感器，可直接用頭戴追蹤傳感器解決控制器的6DoF位姿計(jì)算，使得產(chǎn)品的成本更低，也可以降低控制器的功耗。通過(guò)在控制器上按照一定規(guī)則布置LED燈，復(fù)用頭戴端內(nèi)置的四路追蹤相機(jī)，使其控制器端的LED發(fā)光光斑的閃爍頻率和頭戴Camera拍攝頻率完全同步。結(jié)合高頻率的IMU和低頻率輸出的Camera數(shù)據(jù)，再結(jié)合實(shí)時(shí)高精度獲取控制器的MTP（Motion-to-Picture），通過(guò)高精度運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)模型，對(duì)控制器的追蹤運(yùn)動(dòng)延時(shí)做了很大程度的補(bǔ)償和優(yōu)化。

PICO4沿用了基于光學(xué)定位+IMU融合的追蹤方式。頭顯4個(gè)邊角各放置了一顆VGA攝像頭。攝像頭采用豪威OVM7251傳感器，基于3微米OmniPixel?3-GS全局快門架構(gòu)。1/7.5英寸光學(xué)格式，提供小尺寸、低功耗、高效率的120fps、640x480VGA分辨率相機(jī)模塊，工作模式下，模塊的全局快門可實(shí)現(xiàn)快速圖像捕捉。傳感器采用TDKICM-42688包含高精度3軸電子陀螺傳感器和3軸加速度計(jì)，配合電子羅盤AKMAK09918C的3軸磁場(chǎng)感應(yīng)數(shù)據(jù)，形成HDMIMU系統(tǒng)。

手柄采用全新的星環(huán)弧柱的設(shè)計(jì)，使用了16顆紅外LED，通過(guò)FPC排布在手柄環(huán)上，此外，手柄頭部外圈還有4顆LED，形成的類拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)保證了無(wú)死角追蹤，特別是在兩個(gè)手柄重疊的時(shí)候也能保證不被遮擋。頭顯上的6DoF攝像頭通過(guò)拍攝紅外燈帶的位置和姿態(tài)，來(lái)定位和追蹤手柄。傳感器方面，手柄搭載TDKIMU芯片ICM-42688-P,包含高精度3軸電子陀螺傳感器和3軸加速器，融合CV追蹤算法實(shí)現(xiàn)對(duì)手柄更準(zhǔn)確的定位和追蹤機(jī)器的運(yùn)動(dòng)和姿態(tài)。

手勢(shì)識(shí)別：傳感器、RGB攝像頭、3D攝像頭

如果要更加精確到手部的詳細(xì)動(dòng)作，有依靠傳感器的手套式方案，也有依靠計(jì)算機(jī)視覺(jué)的裸手識(shí)別方案。例如蘋果公司申請(qǐng)的“基于IMU的手套”專利，摘要顯示該手套包括多個(gè)IMU，其中可包括一個(gè)或多個(gè)運(yùn)動(dòng)傳感器，可測(cè)量對(duì)應(yīng)指節(jié)的慣性運(yùn)動(dòng)。在一些示例中，該VR手套除了包括磁力儀以確定地磁場(chǎng)的方向，還可包括多個(gè)電極，用于實(shí)現(xiàn)電容式觸摸或指尖之間的接觸感測(cè)。

Quest則是典型的計(jì)算機(jī)視覺(jué)方案，采用了黑白第一人稱攝像頭追蹤手部節(jié)點(diǎn)的VR方案，不含深度測(cè)量傳感器。當(dāng)時(shí)，市面上常見(jiàn)的是單目RGB攝像頭和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的手勢(shì)識(shí)別方案，但單目方案難以直接識(shí)別3D手勢(shì)，需要搭配關(guān)鍵點(diǎn)回歸和實(shí)時(shí)姿態(tài)算法，時(shí)間上難以達(dá)到連貫和低抖動(dòng)等。因此，F(xiàn)RL提出了一種基于4顆黑白攝像頭的手勢(shì)追蹤方案。該方案無(wú)須深度攝像頭，對(duì)算力和功耗的要求更小，在光線暗和雙手形狀等變量影響下依然能穩(wěn)定運(yùn)行，延時(shí)和抖動(dòng)的情況足夠少。4顆同步的VGA廣角攝像頭，每顆攝像頭的FOV可達(dá)150°（寬）x120°（高）x175°（對(duì)角線）。廣角攝像頭采用等距投影模型，光線的參數(shù)由與攝像頭主軸之間的角度來(lái)決定，因此也更適合預(yù)測(cè)手部關(guān)節(jié)點(diǎn)的距離而不是深度。

3D攝像頭，即包含深度信息傳感器的攝像頭模組，能有效提升定位精度，優(yōu)化VR頭顯使用體驗(yàn)感。3D攝像頭有三種主流方案：結(jié)構(gòu)光、TOF（飛行發(fā)）以及雙目立體成像方案。三種方案工作原理均為紅外激光發(fā)射器發(fā)射出近紅外光，經(jīng)過(guò)反射后，紅外信息被紅外光CMOS圖像處理器接收，并將信息匯總至圖像處理芯片，得到三維數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)空間定位。但三者不同之處在于發(fā)射近紅外光取得三維數(shù)據(jù)的方式，結(jié)構(gòu)光發(fā)射的是散斑，TOF是發(fā)射面光源，而雙目立體成像則是通過(guò)雙目匹配，進(jìn)行視差算法。

TOF方案響應(yīng)速度快，深度信息精度高，識(shí)別距離范圍大，不易受環(huán)境光線干擾，因此是移動(dòng)端3D視覺(jué)比較可行的方案；結(jié)構(gòu)光方案由于技術(shù)較為成熟，工業(yè)化產(chǎn)品較多，也被部分廠商所采用；雙目立體成像是比較新的技術(shù)，參與的廠商較少，更適合室外強(qiáng)光條件和高分辨率應(yīng)用，常見(jiàn)于機(jī)器人視覺(jué)、自動(dòng)駕駛等方面。

其他傳感器：眼動(dòng)追蹤、面部識(shí)別將成標(biāo)配

1）眼動(dòng)追蹤：動(dòng)態(tài)渲染技術(shù)的基石

眼球追蹤是AR/VR頭顯的一項(xiàng)關(guān)鍵功能，它可以豐富用戶之間的交互，同時(shí)也是動(dòng)態(tài)注視點(diǎn)渲染技術(shù)的基礎(chǔ)，提升AR/VR視覺(jué)觀感。由于眼睛收集的視覺(jué)信息質(zhì)量在視野的一小塊區(qū)域（稱為中心凹區(qū)域）內(nèi)是最高質(zhì)量的，該區(qū)域以外的視力會(huì)迅速下降，因此僅對(duì)用戶注視的中心區(qū)域進(jìn)行高精度渲染，而對(duì)其他區(qū)域進(jìn)行低分辨率渲染，可降低GPU著色負(fù)載的同時(shí)保持高幀率，以此更好配置有限的算力資源。同時(shí)，結(jié)合注視點(diǎn)和手勢(shì)識(shí)別，用戶可以與虛擬環(huán)境更精準(zhǔn)的互動(dòng)，如實(shí)現(xiàn)抓取、隔空打字等功能。

注視點(diǎn)渲染又分為固定和動(dòng)態(tài)兩種類型。采用固定注視點(diǎn)渲染，XR設(shè)備會(huì)預(yù)設(shè)顯示器中心部分為高質(zhì)渲染區(qū)域。因此用戶的注視點(diǎn)需始終處于該區(qū)域位置，靠頭部轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)移視線，如2018年OculusGo。而動(dòng)態(tài)注視點(diǎn)渲染則可在眼球轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)捕捉注視點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的實(shí)時(shí)渲染。Tobii曾在不同設(shè)備和環(huán)境下做過(guò)一系列基準(zhǔn)測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)表明，動(dòng)態(tài)注視點(diǎn)渲染比固定注視點(diǎn)渲染能降低兩倍的GPU著色負(fù)載，能更有效地維持高幀率和優(yōu)化系統(tǒng)資源。在PicoNeo3ProEye的硬件環(huán)境下，Tobii的動(dòng)態(tài)注視點(diǎn)技術(shù)能將幀率提高78%，一體機(jī)能耗降低10%。

眼動(dòng)追蹤技術(shù)的基本原理并不算復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)方式也不只一種。目前最常見(jiàn)的是以Tobii為代表的技術(shù)提供商所采用的瞳孔角膜反射法（PCCR）。該方案主要包括三個(gè)模塊：眼動(dòng)攝像機(jī)、光源、模型及算法。光源發(fā)射紅外光在眼角膜反射形成閃爍點(diǎn)，眼動(dòng)攝像機(jī)捕捉眼睛的高分辨率圖像，再經(jīng)由算法解析，實(shí)時(shí)定位閃爍點(diǎn)與瞳孔的位置，最后借助模型估算出用戶的視線方向和落點(diǎn)。

目前，市面大多數(shù)眼球追蹤系統(tǒng)都采用PCCR。例如最新的OculusPro，其眼部追蹤采用角膜瞳孔法，在pancake模組的透鏡外圍分布了9個(gè)紅外LED和1個(gè)攝像頭。

2）面部追蹤：光+攝像頭方案為主

OculusPro面部追蹤模組由左右臉和額頭三個(gè)模組構(gòu)成，底框?yàn)榧t外透過(guò)材料，面部追蹤模組共有4個(gè)LED和1個(gè)攝像頭，額頭追蹤模組3個(gè)紅外LED和1個(gè)攝像頭。

3）腿部追蹤：硬件成本高，AI或成主流方案

Meta在2022年9月，宣布成功以頭顯和手柄控制器的位置和方向數(shù)據(jù)作為輸入，其他數(shù)據(jù)全靠AI預(yù)測(cè)，使得元宇宙中的虛擬人物有了腿。他們?cè)O(shè)置了4000個(gè)身高不同的仿真人形機(jī)器人，每個(gè)機(jī)器人具有33個(gè)自由度。隨后，將這些機(jī)器人在英偉達(dá)的IsaacGym（一個(gè)專門用于強(qiáng)化學(xué)習(xí)研究的機(jī)器人物理模擬環(huán)境）中同時(shí)進(jìn)行訓(xùn)練，2天后，這只框架就能基于這個(gè)強(qiáng)化學(xué)習(xí)策略，根據(jù)頭顯和手柄數(shù)據(jù)直接預(yù)測(cè)用戶全身動(dòng)作了。

芯片：賦能VR硬件性能，專用度不斷提升

芯片為賦能VR硬件性能的核心部件，從而成為支撐用戶體驗(yàn)的關(guān)鍵。VR頭顯和手柄都有芯片組支撐其功能，其總體架構(gòu)和芯片類型和智能手機(jī)等其他智能終端類似，其中數(shù)字芯片涉及到主控SoC、存儲(chǔ)、音頻編解碼芯片、微控制器MCU和連接芯片等；模擬芯片涉及到電源管理PMIC、LED驅(qū)動(dòng)芯片、射頻FEM、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)芯片、音頻功放芯片等；傳感器芯片涉及到CMOS圖像傳感器、陀螺儀等。

芯片成本占VR整機(jī)成本超30%。根據(jù)WellsennXR拆解報(bào)告預(yù)測(cè)，PICO4芯片成本約為112.7美元，占據(jù)硬件綜合成本31%，QuestProVR芯片成本約為228.1美元，占據(jù)硬件綜合成本37%。其中QuestPro芯片成本增加主要來(lái)源于交互手柄使用一顆11nm驍龍662手機(jī)SoC作為主芯片（PICO4及其他主流產(chǎn)品為藍(lán)牙MCU）和較大內(nèi)存，以及攝像頭增加提升了交互性能。

SoC：芯片平臺(tái)實(shí)現(xiàn)專用化，未來(lái)多方有望并起與高通爭(zhēng)雄

VR主芯片主要任務(wù)利用運(yùn)行操作系統(tǒng)并掌控整個(gè)硬件系統(tǒng)。從架構(gòu)上來(lái)說(shuō)，VR芯片的架構(gòu)基本和其他智能設(shè)備的SoC類似，主要集成系統(tǒng)級(jí)芯片控制邏輯模塊、微處理器/微控制器CPU內(nèi)核模塊、數(shù)字信號(hào)處理器DSP模塊、嵌入的存儲(chǔ)器模塊、和外部進(jìn)行通訊的接口模塊、含有ADC/DAC的模擬前端模塊、電源提供和功耗管理模塊。

提升GPU效能比成為VR主芯片升級(jí)重心。GPU是SoC中負(fù)責(zé)渲染和顯示的核心IP，決定了VR設(shè)備的3D效果和顯示分辨率。一方面，隨著VR游戲市場(chǎng)的擴(kuò)大和生態(tài)的形成，游戲圖像質(zhì)量和超高分辨率將會(huì)成為主機(jī)之間競(jìng)爭(zhēng)的核心指標(biāo)，推動(dòng)對(duì)于VR芯片中GPU渲染能力的需求，另一方面，由于目前主流的VR設(shè)備都是依靠電池來(lái)供電，因此能效比將決定VR設(shè)備的續(xù)航時(shí)間，同時(shí)也需要保證VR設(shè)備散熱沒(méi)有問(wèn)題。

NPU算力大幅提升支持交互體驗(yàn)升級(jí)。與手機(jī)中不同，VR設(shè)備中的眾多交互都需要人工智能的介入，例如設(shè)備和用戶的定位和追蹤，并且把這個(gè)信息融合到虛擬環(huán)境中，需要使用人工智能中的SLAM技術(shù)才能高質(zhì)量地實(shí)現(xiàn)。另外，目前VR設(shè)備中，交互越來(lái)越多地使用手部追蹤和眼部追蹤等先進(jìn)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)自然的交互，而這些追蹤都需要使用人工智能模型，而且隨著追蹤精度的增加，模型需要的算力也在上升。人工智能算法結(jié)合眼部追蹤技術(shù)判斷眼睛聚焦位置，對(duì)聚焦位置進(jìn)行高質(zhì)量渲染，對(duì)未關(guān)注到位置進(jìn)行低質(zhì)量渲染，解決GPU渲染能力瓶頸。

手機(jī)SoC優(yōu)勢(shì)助高通成為VR主芯片市場(chǎng)霸主。2015年，HTC發(fā)布的HTCVive使用STM32F072R8MCU和AIT8328ISP搭配作為中控芯片方案；2016年起，高通智能手機(jī)SoC驍龍821、驍龍835、驍龍845成為當(dāng)年主流VR產(chǎn)品芯片方案，VR主芯片進(jìn)入手機(jī)SoC時(shí)代，同期如三星Exynos8895、聯(lián)發(fā)科HelioX30等智能手機(jī)SoC也獲得少量VR產(chǎn)品搭載。

XR芯片專業(yè)化夯實(shí)高通優(yōu)勢(shì)。2019年，隨著高通發(fā)布驍龍XR1平臺(tái)，VR設(shè)備正式踏入XR專用芯片平臺(tái)時(shí)代，相較于手機(jī)SoC，初代XR平臺(tái)減少了基帶，使成本顯著下降，而其他關(guān)鍵模塊如CPU、GPU、DSP、ISP等和手機(jī)芯片別無(wú)二致。但由于高通除了芯片以外，同時(shí)發(fā)布了包括XR軟件服務(wù)層、機(jī)器學(xué)習(xí)、XRSDK等一系列軟件支持，加之其智能手機(jī)業(yè)務(wù)積累的軟硬件生態(tài)優(yōu)勢(shì)，驍龍XR1一舉奠定高通在XR領(lǐng)域絕對(duì)龍頭地位。

索尼PSVR2將首發(fā)聯(lián)發(fā)科VR芯片，聯(lián)發(fā)科入局或激活行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)。11月聯(lián)發(fā)科正式宣布于2023年2月22日上市的索尼PSVR2將搭載其首款VR芯片，目前尚未透露該芯片設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，我們預(yù)測(cè)這顆芯片有望基于公司ARM架構(gòu)手機(jī)SoC針對(duì)VR應(yīng)用優(yōu)化而來(lái)。聯(lián)發(fā)科自2004年從DVD芯片切入功能機(jī)市場(chǎng)推出Turnkey模式占住山寨機(jī)市場(chǎng)，到2011年進(jìn)入Andriod智能手機(jī)市場(chǎng)，抓住國(guó)產(chǎn)智能手機(jī)爆發(fā)機(jī)遇。目前聯(lián)發(fā)科既是電視芯片市場(chǎng)霸主，并在手機(jī)芯片領(lǐng)域與高通形成兩強(qiáng)局面，根據(jù)Countpoint數(shù)據(jù)，2Q22聯(lián)發(fā)科以39%全球市場(chǎng)份額領(lǐng)先高通。聯(lián)發(fā)科攜視頻娛樂(lè)、智能手機(jī)芯片技術(shù)能力，在首顆VR專用芯片即獲索尼使用，有望未來(lái)在XR領(lǐng)域繼續(xù)和高通角逐。

構(gòu)建軟硬一體生態(tài)，系統(tǒng)廠商或加強(qiáng)自研芯片開(kāi)發(fā)。Meta在2018年開(kāi)始就成立了專門的團(tuán)隊(duì)去研發(fā)XR芯片，當(dāng)時(shí)Meta挖來(lái)了谷歌芯片產(chǎn)品負(fù)責(zé)人沙赫里阿爾·瑞比，并任命其為芯片自研項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，專注于構(gòu)建支持增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)的芯片。雖然Meta與高通今年簽署長(zhǎng)期合作協(xié)議，我們認(rèn)為Meta仍然會(huì)推進(jìn)自研XR芯片，主因：1)增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈話語(yǔ)權(quán)；2）打造差異化產(chǎn)品；3）構(gòu)建軟硬件一體生態(tài)；4）提升品牌形象。除此之外，未來(lái)潛在強(qiáng)有力競(jìng)爭(zhēng)者蘋果入局XR行業(yè)，其設(shè)備必然搭載自研A系列或M系列主芯片以及完善軟硬件生態(tài)。

國(guó)內(nèi)芯片廠商成長(zhǎng)需與主流終端品牌加強(qiáng)合作。目前國(guó)內(nèi)擁有XR主芯片產(chǎn)品的芯片廠商主要有來(lái)自智能手機(jī)芯片領(lǐng)域的海思和展銳以及AIoT芯片設(shè)計(jì)公司晶晨、瑞芯微和全志科技等。其中全志和瑞芯微擁有專用VR芯片產(chǎn)品布局，獲得少數(shù)機(jī)型搭載，除此之外晶晨S和A系列芯片有在AR產(chǎn)品量產(chǎn)出貨。目前國(guó)內(nèi)廠商在XR領(lǐng)域投入相對(duì)有限，未來(lái)成長(zhǎng)需與市場(chǎng)主流設(shè)備公司加強(qiáng)合作。

CMOS圖像傳感器：VR交互需求增長(zhǎng)推動(dòng)重要性提升

CMOS圖像傳感器（CIS，CMOSImageSensor）主要采用感光單元陣列和輔助控制電路獲取對(duì)象景物的亮度和色彩信號(hào)，并通過(guò)復(fù)雜的信號(hào)處理和圖像處理技術(shù)輸出數(shù)字化的圖像信息。CMOS圖像傳感器中的感光單元一般采用感光二極管（Photodiode）實(shí)現(xiàn)光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。感光二極管在接受光線照射之后能夠產(chǎn)生電流信號(hào)，電流的強(qiáng)度與光照的強(qiáng)度成正比例關(guān)系。每個(gè)感光單元對(duì)應(yīng)圖像傳感器中的一個(gè)像元，像元也被稱為像素單元（Pixel）。CIS每一個(gè)感光元件都可以直接集成放大電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，當(dāng)感光二極管接受光照、產(chǎn)生模擬的電信號(hào)之后，電信號(hào)首先被該感光元件中的放大器放大，然后直接轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，并進(jìn)行片上圖像處理。

攝像頭模組成像能力主要由CMOS圖像傳感器關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)決定。CMOS圖像傳感器的像素?cái)?shù)目、像素尺寸、光學(xué)尺寸、幀率、信噪比、動(dòng)態(tài)范圍、感光度、量子效率等關(guān)鍵參數(shù)直接決定了攝像頭成像的分辨率、清晰度、流暢度、暗光下性能、噪點(diǎn)控制能力的高低。由于應(yīng)用和使用場(chǎng)景不同，加之成本上的考量，針對(duì)不同下游應(yīng)用的CIS會(huì)進(jìn)行參數(shù)上的取舍，如智能手機(jī)為滿足分辨率、清晰度、美觀度和全場(chǎng)景適應(yīng)能力，對(duì)CMOS圖像傳感器的超高像素的要求非常高。

全局曝光為VR追蹤定位主要CMOS圖像傳感器主要核心快門技術(shù)。主流CIS快門技術(shù)為卷簾快門和全局快門，其中卷簾快門的設(shè)計(jì)是為了捕捉靜態(tài)圖像和視頻拍攝，因此擁有非常高的分辨率和顏色處理能力，主要用于手機(jī)、單反等。但其缺點(diǎn)在于逐行拍攝圖像，拍攝和曝光時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，在VR使用場(chǎng)景中手勢(shì)、頭部追蹤、臉部和眼球動(dòng)態(tài)追蹤等移動(dòng)物體捕捉時(shí)，圖像可能發(fā)生扭曲，而且功耗過(guò)高，因此不適合用于VR。而全局快門的原理則完全不同，它是一次拍攝整幅圖像，所有像素同時(shí)曝光，因此成像效果準(zhǔn)確、曝光時(shí)間短、功耗低，滿足VR需求。

VR交互升級(jí)，CMOS圖像傳感器數(shù)量和種類需求擴(kuò)容。以2022年發(fā)布的部分主流VR產(chǎn)品為例，PICONeo3頭顯四個(gè)邊角各放置一顆的VGA攝像頭搭載韋爾（豪威）OVM7251全局快門CIS，實(shí)現(xiàn)快速圖像捕捉；PICO4再次基礎(chǔ)上增加一顆單目VST攝像頭，搭載了索尼1600萬(wàn)像素IMX471傳感器。QuestPro進(jìn)一步提升設(shè)備交互體驗(yàn)，總計(jì)裝備16顆攝像頭（頭顯10顆、手柄6顆），在6DOF追蹤定位和VST基礎(chǔ)上再增加深度識(shí)別、面部(頭部+額部)追蹤、眼球追蹤等，引入了OVM6211、OG01A1B等CIS。

審核編輯 ：李倩