我們認為,VR 是對過去 50 年一系列二維設備的全部生態的迭代。參考個人電腦與智能手機 發展經驗,未來 VR 普及的關鍵因素在于:用戶體驗的改善、技術壁壘的攻克、內容與應用 生態的全面起步。相較于智能手機,VR 硬件體驗的舒適度尤為重要,原因在于 VR 的近眼 顯示設計可提供逼真的視覺體驗,同時也更容易帶來眩暈感。因此,從 VR 問世的第一天起, 體驗問題一直備受關注,暈動癥是 VR 發展過程中的主要痛點之一。 由于 VR 與智能手機兩者在底層架構上的邏輯不同,實時渲染的要求使得 MTP(動顯延遲) 的概念被凸顯,MTP 數值越大越容易引起眩暈的問題。為解決延遲帶來的眩暈問題,各 VR 廠商無非是從硬件與軟件兩個角度去著手。
VR 硬件帶來的延遲主要是 4 個地方:傳感器、GPU、傳輸、顯示屏,其中在傳感器與 GPU 渲染方面,VR 與智能手機的運行邏輯存在巨大差異。從硬件角度,使用性能最好的硬件就 可以盡可能減少硬件層面的延遲問題。但現階段市場總體上還是認為 VR 硬件還不夠成熟, 原因在于,一是廠商要將成本納入重要的考量范圍,做出性價比較高的設備;二是在軟硬一 體大趨勢下,軟硬件的配套尤為凸顯。 從設備整體的角度來說,硬件與軟件結合的不完美也是造成暈眩的重要因素之一。因此不同 于智能手機時代的純堆砌硬件參數,目前來看,各大 VR 廠商均有在軟件算法領域去提出自 己的解決方案。
未來是硬件發揮的作用更大,還是軟件算法發揮的作用更大?這不能孤立來看。比如性能上, 芯片算力的增長一定程度可以預期,但是云計算的普及就非常難判斷;顯示上,顯示屏分辨 率的增長一定程度可以預期,但是光學的進展就很難判斷。 總結來說,相較于智能手機,VR 硬件架構的核心體現在光學、顯示與交互,未來重點關注 這三方面的進展突破。
(1)顯示:預計不太可能成為短板
VR 有一個長期發展的核心矛盾——顯示,VR 的顯示=顯+光。其中顯示屏是一個延續的進 展,可以借助過去幾十年的行業積累,目前顯示屏的成像質量預計已經不是最關鍵的因素, 比如即使到達不了 8K 的顯示質量,2K、4K 也能被消費者所接受。即顯示屏還不足以影響大 家對于 VR 的接受度,不太可能成為 VR 發展過程中的短板。
(2)光學:核心技術與難題
但 VR 顯示中的“光學”預計現階段比較大的限制因素,比如輕薄小型化、視覺輻輳問題等。 在 VR 設備結構中,光學模組作為連接顯示屏和人眼的重要橋梁,是最為關鍵的組件之一, 直接影響到最終的顯示效果與使用體驗。光學技術的發展緩慢,一直是 VR 快速擴張的瓶頸。 因光學技術的門檻高低不同,VR 目前的內容生態已經起步,而 AR 則依舊在解決光學技術難題的道路上摸索前進。
(3)交互:等待拐點發生
上一個定義人機交互的是蘋果 iPhone,目前 VR 的交互發展還較為緩慢。交互上的進展,分 兩方面,一是硬件上的進展,增加更多的傳感器,以調動更多的感官體驗,比如當前面部追 蹤、眼動追蹤等技術正在發展;二是軟件上的進展,就像 Windows 之于計算機、Android 與 iOS 之于手機,操作系統的本質是一種交互方式,需要有類似喬布斯這樣的天才制作人來進 行定義,等待拐點發生。 目前來看,VR 的競爭還還未達到操作系統這個階段。上半場的競爭是硬件與內容生態的競 爭,下半場才輪到操作系統。
2.1. Pancake 方案的輕薄化與支持屈光度調節,將大幅提升用戶體驗
VR 光學方案發展大致經過非球面透鏡—菲涅爾透鏡—折疊光路(Pancake)三大階段,目 前菲涅爾透鏡是市場主流方案,Pancake 方案是光學系統的重大創新,在 VR 頭顯輕薄化、 小型化等方面起到重要推動作用,將成為下一階段 VR 光學主要升級方向。 Pancake 主要思路在于通過反射元件進行光路折疊,從而壓縮光學模組厚度,使整機更加輕 薄。Pancake 光學方案以偏振光原理為基礎,利用線性偏振片對于不同偏振光選擇性反射和 投射的特性,配合 1/4 波片調整偏振光形態,實現光線在半透半反鏡與偏振分光片之間的來 回反射,并最終從偏振分光片透射入人眼。
Pancake 之所以會是中短期光學方案的主要升級方向,主要在于其從用戶體驗角度出發,解 決了困擾消費級 VR 大范圍普及的兩大問題,一是輕薄化,二是屈光度調節,有望帶來 VR 設備里程碑式的體驗提升。
輕薄化:Pancake 讓光路多次折返,大幅壓縮屏幕與透鏡之間的距離。
非球面透鏡基于凸透鏡優化而來,體積/重量偏大,應用逐漸減少。非球面透鏡方案縮短焦距 主要有兩條路徑,一是增加透鏡厚度以增加透鏡中央與邊緣厚度差,增強透鏡對光線的折射 能力;二是設臵多組透鏡疊加以縮短整體透鏡模組焦距。但是這兩條路徑在縮短焦距的同時 均增加了成像模組的體積,與輕薄化的設計訴求相悖,阻礙了其在 VR 頭顯領域的進一步應 用。 菲涅爾透鏡本質是扁平版凸透鏡,體積相對較小,生產工藝成熟,被市場廣泛采用。菲涅爾 透鏡是普通凸透鏡連續的曲面被截為一段段曲率不變的不連續曲面,可以被視作一系列的棱 鏡按照環形排列,邊緣尖銳而中心光滑,看上去有一圈圈的紋路。菲涅爾透鏡在傳統透鏡的 基礎上去掉直線傳播的部分而保留發生折射的曲面,從而達到省下大量材料同時又達到相同 的聚光效果。其光學原理是光傳播的方向在介質中不會改變(散射光除外),而是在介質的 表面偏離,因此,去掉透鏡中心的大部分材料不會影響成像。
Pancake 光學方案將光路多次折返,大幅壓縮 VR 光學總長(鏡頭中鏡片的第一面到像面的 距離)。Pancake 方案利用半透半反偏振膜的透鏡系統折疊光學路徑,光線在鏡片、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進入人眼。Pancake 方案的 核心思路是通過折疊光路壓縮屏幕與透鏡之間的距離,是當前 VR 頭顯輕薄化的主流選擇, 工藝成熟、成本可控,已可實現大規模量產,預計將在短中期內將迎來廣泛應用。據 Wellsenn XR,目前,非球面透鏡與菲涅爾透鏡的 TTL 約為 40-50mm,Pancake 光學方案的 TTL 約 為 18-25mm。
屈光度調節:Pancake 為組合透鏡,可以移動鏡片實現屈光度調節。
傳統單片非球面透鏡和菲涅爾透鏡方案下,VR 頭顯進行屈光調節更多采用的是更換鏡片的 方式,試戴過程麻煩且調檔選擇較為有限。Pancake 方案一般為多組透鏡的組合,可以通過 移動其中一組鏡片調整整個光學模組的折射率,從而滿足屈光度調節需求。目前 Pancake 模組普遍的可調節范圍在 0-700°之間。這種方式調節屈光度的優勢在于鏡頭的總長不會發生 改變,但由于移動組鏡片的移動會導致整個光路的系統參數如焦距等發生變化。Pancake 方 案下調節屈光度也可通過顯示屏幕朝向某一方向的移動來實現,這種調節方式的優勢在于系 統參數沒有被改變,左右眼焦距一致,圖像的一致性會更好,但其缺陷在于整個模組的總長會因此發生變化,頭顯設計時需要預留體積空間。 此外,相比傳統的非球面透鏡與菲涅爾透鏡方案,Pancake 通過透鏡組合還可以提高透鏡邊 緣成像質量,降低圖像畸變,提高成像的對比度、清晰度、細膩度。
此外,Pancake+機械式可變焦+眼動追蹤可以解決視覺輻輳調節沖突(VAC)問題。
相較于人眼自然成像,VR 頭顯屏幕發出的光線沒有深度信息,光學模組焦距固定。當設備 使用時候,人眼焦點調節與成像縱深感不匹配,由此產生視覺輻輳調節沖突(VAC),使得 用戶在佩戴 VR 頭顯一段時間后會感到頭暈或疲勞。視覺輻輳調節沖突的解決方案一般有兩 種,一種是在顯示屏幕中加入深度位臵信息,使人眼在看到圖像時能夠自由調節焦距,另一 種是通過 VR 光學變焦設計,根據顯示屏和眼睛觀看的位臵實時改變焦平面,讓二維屏幕實 現三維景深,從而實現輻輳和調焦協調。 VR 光學變焦方案中目前較為成熟的是機械式可變焦顯示,其原理是通過圖像處理技術,定 位瞳孔中心坐標,利用內臵算法推算人眼的注視點,通過電機+齒輪模組推動分光鏡完成可 變焦,以實現鏡片和注視點多個自由度的實時變化。機械式可變焦可與眼動追蹤技術相結合, 基于眼部細微特征變化校訂模組焦距,模擬人眼自然成像,可以明顯減緩 VAC 帶來的眩暈 問題。目前,Pancake 與機械式可變焦技術已經逐漸走向成熟,Pancake+可變焦+眼球追蹤 有望成為新一代 VR 頭顯的主流趨勢。Meta Half Dome 2 原型機,就是在折疊光路模組中加 入了機械式變焦系統,其采用了音圈致動器和彎曲鉸鏈陣列,配合眼動追蹤可實現無級變焦 調節。
2.2. Pancake 商用趨勢確定,仍存在透光率、鬼影、良率等工藝痛點
Pancake 方案加速商用化進程,為多款 VR/MR 新品采用。Pancake 方案在初期存在制造成 本高、光學效率低等問題,僅在部分分體式 VR 設備中采用。伴隨供應鏈及眾多終端品牌的 協同技術調整,目前生產良率和使用效果已得到大幅改善,有望逐步替代菲涅爾方案。近兩 年 Pancake 方案已被 arpara、HTC、YVR、創維等品牌應用于一體式 VR,HTC Flow 系列、 PICO VR Glasses、3Glasses X 系列、創維 S6 及 Pancake 1、arpara、Huawei、Shiftall 等頭顯設備均已采用 Pancake 方案,還包括行業龍頭的新一代產品,如近期發布的 PICO 4、 Meta Quest Pro,后續將發布的蘋果 MR、索尼 PS VR2 等。Pancake 光學方案能極大地提 升用戶的沉浸感和舒適感,未來 Pancake 方案有望為更多 VR 廠商采用,預計市場規模將持 續擴大。
但現有 Pancake 方案距離完美還有較大距離,目前存在的最大的三個難點在于光路多次折 射導致的光效損失、鬼影現象,以及 2P 式 Pancake 方案的視場角偏小。 光效較低,理論最高 25%,通常僅約 10%。受光學原理限制,光線在 Pancake 模組中每次 經過偏振/半反射環節,光效損失 50%。以兩片式 Pancake 簡易模組為例,光線從屏幕發出 后至少經過一次圓偏振鏡,兩次半透半反鏡,光效折損已到 12.5%,考慮光線傳播中不可避 免的其他損失,通常 Pancake 模組光效僅約 10%。因此,Pancake 光學方案通常對屏幕亮度要求更高,光學與顯示方案需配套迭代。
鬼影問題比傳統透鏡方案更嚴重。在光學成像系統中,透鏡界面多次反射、透鏡缺陷散射、 物理結構散射等因素造成的雜散光,在畫面中的某個位臵形成的“像”被稱為“鬼影”(ghost)。 鬼影現象會直接導致圖像質量的降低。Pancake 方案因為光線多次折返,鬼影問題相比常規 非球面/菲涅爾方案更為嚴重,一般通過改善透鏡材料、形狀等方式優化。 當前的 Pancake 方案能實現的視場角較小。盡管 Pancake 方案視場角理論上限較高,但目 前可實現的視場角(90°左右)明顯低于菲涅爾透鏡方案(100°以上)。曲面貼膜工藝能夠 擴大 FOV,改善 Pancake 視場角小的缺點,但是工藝難度較大。 以上提及的 Pancake 方案的三個難點中,光效低需通過配套高亮度顯示方案解決,但鬼影現 象、視場角小均可通過改進 Pancake 模組加工工藝解決/優化。 Pancake 模組的加工流程主要包括光學設計、透鏡加工、鍍膜/貼膜、組裝、點亮檢驗、調整、 檢驗、封裝,其中生產技術難度主要集中在膜材料質量、貼膜工藝和組裝調整三方面。Pancake 模組相比傳統非球面透鏡和菲涅爾透鏡,主要差異在于光路折疊,光學膜的質量與工藝、光 路的設計都會影響光路折疊。
膜材料質量:手握 Pancake 核心材料的公司美國 3M,其反射偏振模是目前 Pancake 模組廠 商難以繞開的關鍵材料。反射偏振片和 1/4 相位延遲片工作的準確性與穩定性對于 Pancake 光學成像質量構成關鍵影響,膜材質量的標準和對應要求較高,目前供應商以海外廠商 3M、 旭化成等,3M 也聯合華碩推出了基于 Pancake 方案的 VR 參考設計。 貼膜工藝:光學貼膜的方式可以分為平面貼膜和曲面貼膜兩種。平面貼膜技術難度較低,但 會犧牲部分光學性能和成像質量。曲面貼膜可以帶來更大的 FOV 和更優質的成像質量,但 是工藝難度較大,容易邊緣褶皺和翹起。
組裝調整:Pancake 方案光路設計復雜,細微差異便會導致光學模組整體的光路變化,因此 對組裝調整環節的要求較高。高精度 AA 設備在 Pancake 組裝過程中起到關鍵的效率和良率 提升作用。 由于手機產業鏈的映射,當前擁有 Pancake 專利或者模組廠商主要包括 ODM/OEM 廠商、 原光學廠商、屏幕廠商、整機廠商以及等。ODM/OEM 廠商,以歌爾股份、立訊精密為代表, 基于整機方案設計和生產制造能力,從整機往上游核心零部件延伸,也擁有相關的 Pancake專利和成品模組。光學廠商,如舜宇光學、歐菲光、多哚、惠牛、耐德佳、多普光電、鴻蟻 光電等,在光學設計、加工有長期的經驗積累和優秀的研發設計團隊。屏幕廠商,美國硅基 OLED 廠商 kopin,中國硅基 OLED 廠商視涯科技(未上市),TCL 華星光電等,都有擁有 Pancake 的相關專利或模組。
根據 Wellsenn XR 預測,2023 年全球 VR 光學市場規模將達到 22 億元,2030 年有望達到 500 億元。VR 光學模組是 VR 頭顯的核心元件,其市場規模取決于 VR 設備的出貨量和光學 模組價格。目前 Pancake 光學膜組的成本高、良率低、產量低,單個 Pancake 模組價格約 為 150-200 元。隨著未來方案的成熟和產量的提升,Pancake 光學模組的成本有望逐漸下降, VR 終端價格下沉進一步激發消費者購買欲,加速 VR 普及。
3.1. LCD&OLED 作為 VR 底層顯示技術持續演進,Fast LCD 為當前主流
顯示屏幕是決定沉浸體驗重要的決定因素之一,對分辨率/PPI/PPD 及刷新率要求較高。高 次像素排列密度 PPI 可以解決紗窗效應。紗窗效應是指在像素不足的情況下,實時渲染引發 的細線條舞動、高對比度邊緣出現分離式閃爍現象。造成紗窗效應主要與次像素排列密度不 足有關,次像素之間的間距越大,不發光的部分越明顯,透過 VR 看起來就像是在眼前蒙了 紗窗一般有種模糊感,影響 VR 的沉浸感及視覺清晰度。人眼正常視力下極限角分辨能力約 60PPD,而現有單屏4K(分辨率為3840×2160)、視場角120°的VR頭顯設備約為18PPD; 單屏 2K(分辨率為 1920×1080)、視場角 60°的 VR 頭顯設備約為 36.7PPD。 高刷新率降低余暉效應,減少畫面延遲與重影,同時緩解眩暈感。余暉效應指人眼在觀察景 物時,光信號傳導至人大腦神經,需經過一段短暫的時間,光的作用結束后視覺形象并不立 即消失從而產生眩暈感。為了降低暈眩感,VR 設備需要高刷新率來降低屏幕余暉。一般而 言 VR 設備不眩暈至少需要有 120Hz 及以上的刷新率以及 4K 及以上的分辨率。時延為刷新 率的倒數,120Hz 的刷新率對應的時延是 8.33ms,人眼可以明顯察覺 90-120Hz 到 160-180Hz 的提升,超過 250Hz 后,人眼對刷新率提升的敏感程度將逐步遞減。
早期 VR 頭戴式設備大部分采用普通 LCD,而后逐漸被 OLED 取代。但由于 LCD 屏響應速 度較慢等原因,導致用戶體驗感差,因此 VR 產品一直沒有被消費者真正接受。在實際應用 中,普通 LCD 響應速度只有 AMOLED 的 1/100~1/1000,當用戶戴上頭盔有比較大的頭部 轉動時,將會出現無法彌補的拖影。相比普通 LCD,OLED 響應速度更快,能有效避免屏幕 拖影。 因此,2016 年前后,OLED 技術嘗試用于 VR 設備中,并一度成為 VR 設備生產商的首選。 但當時采用的 OLED 技術是玻璃基的 OLED,受制于 FMM(精細金屬掩膜版)工藝,做到 超小像素極其困難,PPI(單位像素密度)不高導致畫面顆粒感比較明顯,VR 的沉浸感及視 覺清晰度不高,存在紗窗效應。
2018 年以后,Fast-LCD 技術的出現讓 LCD 逐漸成為主流選擇。改良后的 Fast-LCD 技術使用全新液晶材料(鐵電液晶材料)與超速驅動技術有效提升刷新率至 75~90Hz,響應速 度得到了明顯提高,大大縮短了與 OLED 之間的距離,且具有較高的量產穩定性及良率。與 AMOLED 相比,Fast LCD 可以實現更好的 PPI,并且價格更具優勢,最終在 2018-2021 年 取代 AMOLED 成為主流顯示技術。 自 2022 年起,顯示方案進一步迭代,行業龍頭開始使用帶有 Mini LED 背光的 Fast LCD 顯示面板,或者使用硅基 OLED (OLEDoS),來提升顯示性能,比如 Apple MR 將使用硅基 OLED 顯示方案,Quest Pro 將使用 Mini LED 背光的 Fast LCD 顯示面板等。
LCD&OLED 作為 VR 底層顯示技術持續演進,當前 Fast LCD 廣泛應用于主流 VR 設 備。
LCD(liquid-crystal display,液晶顯示屏幕),目前市場多使用 TFT-LCD 技術(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,當電流通過電晶體所產生的電場變化,使得液晶分子原本的旋轉排列發生 扭轉,進而改變光線通過的旋轉幅度,并以不同比例照射在彩色濾光片上,進而產生不同的 顏色。LCD 目前最致命問題是液晶層不能完全關合,顯示黑色時會有部分光穿過顏色層,因 此 LCD的黑色實際上是白色和黑色混合的灰色,而不是純黑,會影響VR的沉浸感與體驗感。 OLED(Organic Light-Emitting Diode,有機發光二極管),基本結構是在銦錫氧化物(ITO) 玻璃上制作一層有機材料發光層,并在發光層上再覆蓋一層低功函數的金屬電極。OLED 根 據驅動方式來分可以分為 AMOLED 和 PMOLED。通過外界電壓的驅動下,正極電子與陰極 電子便會在發光層中結合,產生能量并發出光,因材料特性不同而產生 R、G、B 三原色來 構成基本色彩。OLED 相比 LCD,有兩大核心優勢,一是 OLED 屏幕幾乎沒有任何拖影(畫 面快速滑動的時候像素點來不及從顏色 1 變成顏色 2 而導致出現畫面殘留,視覺上就會出現 拖影),二是 OLED 顯示黑色的時候可以直接關閉黑色區域的像素點,可以達到幾乎純黑的 效果。但 OLED 使用的有機材料會氧化,所以壽命相對較短,會出現色烙問題,成本與技術 含量也相對較高。
3.2. Mini LED 背光 Fast-LCD、Micro OLED(硅基 OLED)對比
LCD&OLED 作為 VR 底層顯示技術持續演進。當前 VR 顯示面板已從 AMOLED 發展到 Fast-LCD,未來幾年 Mini LED 背光 Fast-LCD、Micro OLED(硅基 OLED)均有望成為 VR 主流顯示應用方案。
Mini LED 背光 Fast-LCD、Micro OLED(硅基 OLED)預計將成為未來幾年 VR 主流 顯示應用方案。
Mini LED(Mini Light-Emitting Diode,次毫米發光二極管),指 100~300 微米大小的 LED 芯片,芯片間距在 0.1~1mm 之間,采用 SMD、COB 或 IMD 封裝形式的微型 LED 器件模塊, 往往應用于 RGB 顯示或者 LCD 背光。Mini LED 的應用主要分為作為使用 Mini LED 芯片 +LCD 的背光方案與直接使用 Mini RGB 顯示屏的自發光方案。當前 Mini LED 背光方案已經 進入爆發期,蘋果、三星等多家品牌廠商都已開始推出相關產品。OLED 相較于 LCD 而言 是顯示技術的替代創新,Mini LED 則是 LCD 的升級創新,用于對標競品 OLED。Fast-LCD 與 Mini LED 相結合,不僅可以很好的解決漏光難題,也能夠進一步提升 Fast-LCD 在高對比度、高刷新率、高亮度等方面的性能,輔以 HDR 功能,將更好地發揮 VR 產品近眼超清 顯示的畫質要求。 Micro OLED(又稱硅基 OLED,OLED on silicon),是半導體技術與OLED 技術的結合, Micro-OLED 光源模塊是通過使用氣相沉積將 OLED 沉積到襯底上而產生的。Micro OLED (硅基)包含了夾在兩個電極之間的有機發光材料,當電流流過時二極管發光。隨后通過濾 光片生成所需的顏色。硅基 OLED 創新性地結合了半導體與 OLED,顯示器件采用單晶硅芯 片基底。硅基 OLED 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 OLED 時 要克服的蒸鍍均勻性難題。Micro-OLED 微顯示器件具有 OLED 自發光、薄、輕、視角大、 響應時間短、發光效率高等優異特性,而且更容易實現高 PPI(像素密度)、體積小、易于 攜帶、功耗低等應用效果,特別適合應用于近眼顯示設備。
從 LCD、OLED 到 Fast-LCD,再到硅基 OLED,VR 對顯示技術提出了更高的要求,顯示技 術路線也在逐步前進。Mini LED 背光相比傳統 LED 大幅提升顯示屏亮度與對比度,可適配 折疊光路(Pancake)光學方案,同時 Mini LED 背光依托成熟 LCD 生產,產業鏈更成熟, 供給能力更強大。硅基 OLED 與現在主流 VR 產品使用的 Fast-LCD 相比,在亮度、對比度、 響應時間、功耗、體積等方面優勢巨大,也是 VR 頭顯顯示方案的新選擇。短中期來看,Mini LED背光Fast-LCD憑借性價比優勢和產能保證,將成為助力VR產業快速發展的主要推手, 而當產品向更高端發展時,硅基 OLED 將有望成為更主流的選擇。
截至目前,已發布的應用 Mini LED 的 VR 頭顯共有四款,為 Varjo Aero、Pimax Reality 12KQLED、Pimax Crystal、創維 Pancake 1pro。1)Varjo Aero:荷蘭品牌 Varjo 發布,具 有 35PPD 像素密度,刷新率 200Hz,主要供貨給飛行員及專業創作者,當前價格為 1990 美元。2)Pimax Reality 12K QLED:2021年由小派發布,雙眼分辨率 12K,搭載了 Mini LED 背光技術和 4400 個本地調光元件,包含 1.2 億子像素,屏幕刷新率最高可達 200Hz,價格 為 2399 美元。3)Pimax Crystal QLED 頭顯,在 2022 年 5 月 31 日由小派發布,顯示硬件 與 Reality 基本相似,仍然是 QLED+Mini LED,像素密度 42PPD,價格為 1899 美元。4) 創維 Pancake 1pro:2022 年 7 月發布,PANCAKE 1Pro 作為 PANCAKE 1 的升級版本,雙 目分辨率 2280x2280,同時支持眼球追蹤,手勢識別、RGB see-through、Mini LED 背光功能,預計在年底上市發售,價格目前暫未透露。 已發布的應用 Micro-OLED 的 VR 頭顯與一體機主要包括 arpara 5K VR 與 arpara AIO。1) arpara 5K VR 頭顯采用 Micro-OLED 屏幕達到雙眼 5K 分辨率與 3514PPI 的超高像素密度, 最高刷新率達 120HZ。2)arpara AIO 采用 1.03 英寸的 Micro-OLED 屏幕,最高支持 5120x2560 分辨率,PPI 像素密度為 3514,最高刷新率 120HZ。同時,100 萬:1 的對比 度與 sRGB 127%的色域范圍,可提供高于 Oculus Quest 2 所采用 LCD 屏幕的色彩鮮艷度 與顏色總和。arpara 5K VR 與 arpara AIO 官方零售價分別為 699 美元、1099 美元。
3.3. 硅基 OLED 具備性能參數、工藝制造、產業投資等多維優勢有望成為行業主 流
行業龍頭對技術路線的選擇往往具有引領供應鏈趨勢的作用。其中,據彭博社 Mark Gurman 預測,蘋果將于 2023 年推出首款 MR 設備,將搭載 2 片硅基 OLED 面板和一片普通 OLED 面板。硅基 OLED 面板由日本索尼供應,分辨率達 4K,像素密度達 3000PPI 以上;普通 OLED 面板則由 LG Display 供應。2022 年以來,LG Display 和三星 Display 正以向蘋果供 貨為目標開發硅基 OLED,不過其開發的硅基 OLED 是針對蘋果未來二代及其二代以上的虛 擬現實產品。Meta Connect 大會上,Meta 推出 Quest Pro,配備兩塊帶有局部調光的 LCD 面板(Mini LED 背光),包括用于改善 LCD 色域的量子點層,面板單眼分辨率為 2160x2160。 PICO 4 發布會上,PICO 推出 PICO 4 和 PICO 4 Pro,采用了兩塊 Fast LCD 屏幕,分辨率 為 2160x2160,背光模組未采用 Mini LED 模組,仍然采用了傳統的側背光模組。索尼官方 宣布將于 2023 年初推出 PlayStation VR2(850PPI),將采用 OLED 顯示屏,支持 4K 分辨 率(單眼 2000x2040),支持 90/120Hz 屏幕刷新率以及 HDR 選項等。
Micro LED 或成為顯示技術的終極形態,目前仍處于實驗室攻關階段。
Micro LED(Micro Light-Emitting Diode,微型發光二極管),指在一個芯片上集成的高密度 微小尺寸的 LED 陣列,如 LED 顯示屏每一個像素可定址、單獨驅動點亮,可看成是戶外 LED 顯示屏的微縮版,將像素點距離從毫米級降低至微米級。該技術將傳統的無機 LED 陣列微 小化,每個尺寸在 10 微米尺寸的 LED 像素點均可以被獨立的定位、點亮。也就是說,原本 小間距 LED 的尺寸可進一步縮小至 10 微米量級。Micro LED 技術將我們目前所見的 LED 微縮至長度僅 100 微米以下,是原本 LED 的 1%,比一粒沙還細小。通過巨量轉移技術,將 微米等級的RGB三色Micro LED搬到基板上,形成各種尺寸的Micro LED顯示器。Micro LED 的芯片到了肉眼難以分辨的等級,可以直接將 R、G、B 三原色的芯片拼成一個像素點,變 成“一個像素”的概念,不再需要濾光片和液晶層。也正因為這樣的技術特點與過往 LCD 顯示屏幕的發光結構完全不同,將為 LCD 產業帶來全新革命。但 Micro LED 技術卻存在許 多困難需要解決,從前期的磊晶(Epitaxy)技術瓶頸、巨量轉移(Mass Transfer)良率、 封裝測試問題,到后續的檢測、維修都是很大的挑戰,影響 Micro LED 能否量產。
硅基 OLED 與 Micro LED,微顯示器件對應重疊的市場需求空間,但硅基 OELD 整體技術 與產業鏈成熟度更高。硅基 OLED 與 Micro LED 在近眼微顯示設備的市場目標上有較高的重 合度,特別是在高端 VR 設備的市場,都是符合近眼顯示系統“高分辨率、高刷新率、大 FOV” 的“超級微顯示器件”。
Micro LED 與硅基 OLED 都是 TFT 結構上的自主發光產品,采用硅基 TFT(CMOS 電路) 是二者共同的選擇方向之一。這種相似性,讓二者可能處于完全重疊的市場需求空間之中。 微顯示器件都是低世代小尺寸線制造,OLED 產品的涂覆采用的蒸渡工藝,其蒸渡設備和工 藝成熟度非常高,成本也在整個 OLED工藝體系中處于低端。其與手機和電視用 OLED 產 品蒸渡技術的差異主要在于,采用更為精細的金屬蔭罩技術(超精細金屬蔭罩是一種比較成熟的技術產品,最早曾在 CRT 顯示器上大量應用),實現更小的像素尺寸。 而 Micro LED 用到的自主發光器件,即 LED 半導體燈珠,是一個正負極性明確、體積形狀 固定的固體小顆粒燈珠,再通過“巨量轉移”技術平面化集成大量的微小 LED 燈珠器件。“巨 量轉移”技術是 Micro LED 產業獨有技術,難以從其它相關產業獲得巨大的技術幫助。目前, Micro LED 巨量轉移技術依然處在實驗室攻關階段。
綜合對比硅基 OLED、Mini LED、Micro LED,硅基 OLED 憑借著性能參數與工藝制造的 優勢,將成為 VR 行業短中期主流的顯示方案選擇。從性能參數角度看,硅基 OLED 在 VR 應用上的綜合優勢較為突出,相比 Fast-LCD 和 Micro LED,硅基 OLED 色彩表現要更強, 沉浸體驗更好。并且由于 VR 是相對封閉的顯示環境,并不需要后兩者的超高亮度便可以滿 足要求。對比 LCD 屏幕來說,由于其擁有黑矩陣的工藝,因而限制了 LCD 的 PPI 提高,即 便像素密度提高到 1000ppi 以上也難以完全消除紗窗效應;對比 Micro LED 來說,尚存在工 藝和產業化問題,成熟度不夠高,而且也可能會存在像素點亮度不一致的問題。 從工藝制造角度看,硅基 OLED 已經進入成熟量產階段。其技術工藝主要分為單晶硅光刻的 基底驅動層技術和 OLED 蒸鍍技術。對于單晶硅光刻的基底驅動層技術而言,硅基 OLED 采用的是 28nm、55nm、或者 180nm 成熟的 CMOS 工藝,其工藝難度要遠低于目前的頂級 光刻單晶硅技術。由于 28nm、55nm 甚至更早的 CMOS 工藝制程此前被光電傳感器所廣泛 采用,已經踏入了成熟階段,因此硅基 OLED 可以采用半導體工藝成熟且低成本的技術和設 備便能夠滿足生產制造要求,享受半導體端的成熟體系紅利。
受 AR/VR 產業發展牽引,硅基 OLED 顯示面板市場規模有望迅速擴張。CINNO Research 統計數據顯示,2021 年全球 AR/VR 硅基 LED 顯示面板市場規模為 1.7 億美元,未來隨著 AR/VR 產業的發展以及硅基 OLED 技術的進一步滲透,預計至 2025 年全球 AR/VR 硅基 OLED 顯示面板市場規模將達到 16.7 億美元,2021 年至 2025 年年均復合增長率 CAGR 將 達到 77.1%。AR/VR 對顯示技術提出了更高的挑戰,而硅基 OLED 會成為 AR/VR 產業未來 發展的核心所在。
4.1. VR 的交互方式由頭手 6DOF 向支持眼球與全身追蹤進階,利好虛擬化身與 VR 社交
VR 的交互方式還沒有出現像 PC 上的“鼠標+鍵盤”、智能手機的“觸控+語音”的標準輸入 模式,硬件廠商們都在嘗試為 VR 開發新的輸入及交互設備。按照器官及輸入方式的不同, VR 的交互方式大致可以劃分為頭部運動追蹤、眼動追蹤、面部/表情識別、控制手柄、手勢 識別、全身動捕、腦機接口等。VR 頭顯設備發展至今,市場上主流產品的交互方案已從早 期的頭部 3DoF 升級為頭手 6DoF,新一代消費級 VR 產品在未來的交互設計上還將加入眼 球追蹤、面部識別、全身追蹤等技術。
融合 Inside-out 6DOF 頭動+ 6DOF 手柄交互的“6+6”交互路線是當前主流方案。
當前 Inside-out 已經取代 Outside-in 成為 VR 主流追蹤技術架構。定位追蹤技術在實現上主 要分為兩類,即“Outside-in”和“Inside-out”。Outside-in 追蹤定位技術需要在房間里布臵 傳感器的擺放或者懸掛位臵,最早實現產品化并開始大量用于體驗館、線下門店等商業場景。 2017 年,微軟 Hololens 采用 Inside-out 技術方案后,這種擺脫外部設備的追蹤技術受到關 注,隨后越來越多的大型廠商推出以 Inside-out 為基礎的設備。Inside-out 追蹤定位技術能 夠實現設備的無繩化,隨著機器視覺算法的逐步成熟,Inside-out 方案僅靠 VR 頭顯上的攝 像頭即可準確定位,有效降低了硬件成本及上手難度。
定位技術的原理簡單概括,就是“信號源+傳感器”,使用相應的算法計算出物體的位臵信息 (包括三軸及旋轉共六個自由度,6DOF)。隨著算法及算力的成熟,VR 設備從初期的 3DOF 向 6DOF 演進,如 Vive Focus 升級為 6DOF 手柄的 Vive Focus Plus;Oculus 推出首款 6DOF 一體機 Oculus Quest;PICO 將其 3DOF 的 PICO 小怪獸一體機升級為 6DOF 的 PICO Neo。 目前手柄控制依然是主流,融合 Inside-out 6DOF 頭動+ 6DOF 手柄交互的“6+6”交互路 線是主流方案,代表廠商包括 Oculus Quest、PICO、Nolo、Ximmerse 等。各廠商的 VR 手柄設計有較大不同,通常都會配臵搖桿,小型觸摸板,A、B 操作按鈕,以及握柄部分的 電容感測,可識別壓力、觸感、以及光學數據。
眼球追蹤技術逐步在 VR 頭顯設備中鋪開,硬件廠商多以與眼動技術提供商合作的形式 搭載眼球追蹤功能。
過去三年,HTC、惠普、PICO 等大廠,Pimax、Varjo 等高端 VR 廠商,已先行于市場在消 費級 VR 頭顯中搭載眼動追蹤模塊。2019 年,Pimax 8K VR、Varjo VR-1、HTC Vive;2020 年,PICO 2 Eye;2021 年,惠普 Reverb G2、PICO Neo 3 Pro Eye 等均定制或搭載眼動追 蹤功能。2022 年,索尼 PS VR2 宣布支持眼動追蹤、面部識別。 眼球追蹤可以應用于光學顯示、交互控制、目標識別、身份驗證、健康監測、社交和多人協 作多個方面,幾乎覆蓋 AR/VR 的所有環節。用于光學顯示:用眼動追蹤技術使用戶更清晰、 更流暢的觀看 AR/VR 眼鏡顯示的影像,具體包括注視點渲染、像差校正、影像深度信息、 視網膜成像、屈光度檢測、亮度調節等。目前國外所公開的專利和論文中,眼動追蹤技術絕大部分是應用在虛擬影像的顯示上。用于交互控制:目前 AR/VR 智能眼鏡的交互技術主要有手勢識別、語音識別、眼動追蹤、腦機接口、控制手柄這幾種交互技術,其中眼動追蹤是 其使用過程中最重要的交互方式之一。用于目標識別:傳統的眼動追蹤技術是將眼睛的注視點映射在傳統的平面顯示上,能做的應用大多是與心理學相關的實驗、廣告分析、用戶體驗 評估等。但是未來將眼動追蹤技術應用在近眼顯示設備上(AR 智能眼鏡),其特點是通過光學元件既可以看到虛擬的全息影像也可以看到真實的世界,用戶看到是一個被疊加了虛擬影 像的真實世界,智能眼鏡計算機能夠以用戶的第一人稱視角感知用戶的所聞所見。用于社交 和多人協作:在面對面的交流的應用程序中,利用眼動追蹤將真人眼睛與虛擬人物的眼睛映 射對應,實現眼球的同步運動,增強“社交臨場感”。
從眼睛生理結構的特性出發,目前全球主流的智能眼鏡公司的眼動追蹤方法有五種:瞳孔角 膜反射法、視網膜影像、對眼睛建模后計算視覺中心、視網膜反射光強度、角膜的反射光強 度。其中第一種和第二種都是通過計算機對眼睛的圖像進行處理、特征點提取,進而獲得的 眼睛視覺中心。第三種通過攝像頭(紅外相機、深度相機)對眼睛重建為三維模型再計算視 覺中心。第四種和第五種僅僅可以通過一個或者幾個光敏傳感器元件捕獲眼睛反射光的強度 獲取眼睛視覺中心,反射光可能來自角膜中心或者視網膜。
眼動追蹤技術早期主要由外設配件來輔助完成,逐步發展成為 VR 的集成配臵器件。從專利 披露情況來看,各大廠商均有在眼動追蹤方向有所研究,但其推出的硬件產品所搭載的眼動 追蹤功能還是以與眼動技術提供商合作為主。目前最常見的是以瑞典眼動追蹤廠商 Tobii 為 代表的技術提供商所采用的瞳孔角膜反射法。該方案下的眼動追蹤主要由眼動攝像機、光源 和算法共同完成。光源發射紅外光在眼角膜反射形成閃爍點,眼動攝像機捕捉眼睛的高分辨 率圖像,再經由算法解析,實時定位閃爍點與瞳孔的位臵,最后借助模型估算出用戶的視線 方向和落點。
眼動追蹤已經成為 XR 硬件的標配趨勢,其對 XR 交互體驗,以及智能化、輕量化和普及化 起著極其關鍵的作用,使 XR 設備性能更加強大、用戶體驗更為自然和沉浸,而 XR 硬件是公認的元宇宙入口。據 VR 陀螺,截至 2020 年底,Tobii 占有全球 70%的眼控溝通輔助技術 市場,以及 60%的行為研究眼動解決方案市場。Tobii 占據全球眼動追蹤技術服務商領先地 位可歸功于具備兩大優勢:1)整合方案適配度高:Tobii 打造了可滿足各類光學設計需求的 眼動追蹤集成平臺,可適用于幾乎所有主要硬件架構和操作系統的算法。無論 XR 頭顯設備 是基于菲涅爾鏡片 hot mirror 或是折疊光路 pancake 光學設計,是一體機或需要連接 PC, 用于虛擬現實或是增強現實,都可以得到 Tobii XR 解決方案的支持。2)人群覆蓋的精度與 準確度高:眼動追蹤技術從 B 端走向 C 端,從高端走向消費級,需要能夠在龐大的消費人群 中確保高精度與高準確度。相比其他方案提供商,Tobii 能夠在 90%~95%的人群覆蓋中保持 低于 2%的準確度誤差,這一指標明顯處于行業優勢地位。
Tobii 眼動追蹤技術已得到業內廣泛認可,與高通、英偉達、Valve、Unity、Unreal、OpenXR、 OpenBCI、惠普、小鳥看看/字節跳動、HTC、Pimax 等均有著長期的技術和產品合作。通 過 Tobii Spotlight 和 Tobii Ocumen 的中間件和解決方案,Tobii 提供了注視點渲染及傳輸技 術和高級應用分析工具。這些技術目前已整合在 PICO Neo 3 Pro Eye、HP Reverb G2 Omnicept Edition、 PICO Neo 2 Eye、HTC Vive Pro Eye 等多款已上市的主流 XR 設備中。
全身追蹤技術幫助建立元宇宙虛擬化身,進而推動 VR 社交,可借助 AI 的預測能力重建 運動姿態。
全身追蹤對于虛擬化身玩法很重要,也是未來 VR 社交必然的趨勢。現階段,全身追蹤距離 在 VR 中普及還有一段距離,由于技術的成本和使用門檻對新手并不算友好。在 PC VR 端, 即使搭配市面有售的 Vive Tracker,也需要一定的設臵過程,如果在腰部、膝蓋、腳部等位 臵固定追蹤模塊,不僅用額外的重量影響了 VR 體驗的靈活性,還大幅增加成本。而在 VR 一體機端,由于光學追蹤范圍局限等因素,市面上可供選擇的優質第三方追蹤方案不多。 當前常見的全身追蹤技術主要包括光學動作捕捉技術、慣性動作捕捉技術以及視覺動作捕捉 技術三種。光學動作捕捉技術:操作的時候會直接在人的身體上進行簡單的標記,標記點會 直接反射到提前設定好的攝像機上,然后再通過反射的不同位臵的成像信息來預算標記點的 空間運動信息,最終將信息進行簡單地定位以及輸出。慣性動作捕捉技術:會直接在人的身 上佩戴陀螺儀,人在運動的時候,陀螺儀也會跟著進行旋轉。此時,直接通過感知陀螺儀的 旋轉信息將人的運動推算出,然后實現動作捕捉。視覺動作捕捉技術:在操作的時候是不需 要標記和佩戴設備的,只要在人的活動范圍內通過普通的攝像頭進行動作的錄制,將人體關鍵信息進行識別,然后采用特殊 AI 算法實現動作捕捉。
光學動作捕捉技術和慣性動作捕捉技術有一定的使用門檻,在影視和游戲領域比較常見,雖 然呈現的效果非常精準,但存在兩個問題:第一,成本高。便宜的至少也需要幾萬,貴的則 需要幾十萬至幾百萬不等,只有大型影視和游戲工作室才能負擔得起這種成本。第二,使用 不方便。在制作現場,動捕演員身上往往穿戴很多設備,穿戴設備與動作捕捉需要團隊多人 配合。而更便于在普通消費者市場進行普及的視覺動作捕捉技術,近年來受到蘋果、Meta 等大廠的追逐。 據 VR 陀螺,美國專利商標局公布了蘋果公司的一項專利申請,題為“在三維環境中呈現虛 擬化身”。專利的一部分涵蓋了手部追蹤/手勢追蹤,該專利第二個涉及的方面還包括眼球追 蹤。 據映維網,Meta 提出了一種僅通過 Quest 實現全身動捕的解決方案。對于上半身追蹤,通 過在 AI 訓練過程中獲得的經驗,僅需來自現實世界的少量輸入就足以將雙手準確地轉換到 虛擬世界。例如,Quest 的攝像頭可以看到你的手臂,肘部,手掌,所以可以很好地根據肌 肉骨骼結構估計上半身的完整姿態。現在對于下半身,Meta 同樣在探索利用這一原理。使 用收集的追蹤數據訓練人工智能,僅使用來自 VR 頭顯和兩個控制器的傳感器數據,就可以 逼真地制作全身虛擬人動畫。也就是說,此前 VR 頭顯僅僅可以將面部表情進行動作捕捉, 而現在已經可以實現全身動作捕捉。
4.2. 新硬件的交互方式亟待重構,猜想蘋果 MR 的三種交互方式
VR 產品的交互場景設計是產品的核心壁壘之一。從感官體驗的角度,人的視覺、聽覺、觸 覺、嗅覺、味覺可以直接關系到 VR 的沉浸感,其中立體視覺與立體音效已經可以實現,觸 覺、嗅覺與味覺的交互反饋技術也在加快發展。每一次的技術革新及產品升級,都會帶來重 大的人機交互方式變化。在 PC 時代與移動互聯網時代,人們分別通過鍵盤鼠標與觸摸操作 與數字信息進行互動。這些都是建立在二維世界的 2D 界面交互,并不適用于 VR 中的 3D 虛擬世界,2D 交互遠遠不足以滿足沉浸感的需求。這就要求 VR 中的交互方式需被重構,一 方面是交互方式變得更加多樣化,另一方面是交互體驗更加自然。
基于現有配件與申報專利,三次方 AIRX 在蘋果 AR/VR 眼鏡交互方式大猜想一文中提到關于 蘋果 MR 三種交互方式的猜想——基于 Apple Watch、基于 Apple Ring、基于手套的交互。 第一種,基于 Apple Watch 的交互。Apple Watch 的 Assistive Touch 功能可通過檢測手的 握緊和捏緊以及基于加速度計的控制來實現對手表的單手控制。該系統看起來與 Apple 和 Facebook 在 XR 輸入上所做的工作非常相似。
第二種,基于 Apple Ring 的交互。自 2019 年以來,蘋果已經為可戴在手指上并用于控制 VR 或 AR 眼鏡的設備申請了多項專利。Apple Ring 描述了一種帶有 SMI 傳感器的指環。它 們發出的激光被物體反射并干擾傳感器中的光。這些干擾信號可用于測量到附近物理物體的 距離。SMI Sensors 傳感器可以在空間上定位并檢測附近的物體。因此,VR 或 AR 眼鏡可 以準確地知道手指在哪里以及它如何在空間中移動。Apple Rings 與 SMI 傳感器,相比目前 的控制手柄,重量和體積都明顯減小。
第三種,基于手套的交互。蘋果的 VR 手套能夠測量手指和拇指骨骼的運動,這款由智能織 物技術制成的 VR 手套可用于許多應用,包括游戲、教育和軍事訓練。在蘋果這項被授予的 專利中,可以使用一個或多個電子設備來模擬 VR / AR / MR 技術。一種電子設備可以是 VR 頭戴式設備,用戶可以在其中使用 VR 頭戴式設備查看模擬的虛擬環境。當用戶移動其頭部 向四周看時,頭戴式設備中包含的顯示模塊可以更新以反映用戶的頭部移動。另一電子設備 可以包括一個或多個攝像機。一個或多個攝像機可以用于在 AR 技術中捕獲用戶的真實環境 和/或用于位臵跟蹤。另一電子設備可以包括 VR 手套,VR 手套可以戴在用戶的手上,并且 可以允許用戶實時觸摸、感知和握持虛擬對象,這可能需要能夠準確地檢測用戶手和手指的 位臵以及運動。
5.1. 新一輪產品周期開啟,標桿型新品有望進一步打開 VR 消費市場
PICO 于 9 月 22 日發布 PICO 4/4 pro,Meta 10 月 11 日發布 Quest Pro,蘋果預計 23H1 發布 XR 新品,索尼預計 2023 年內發布 PS VR2,2022 年 AR/VR 新品數量已超過 20 款, 行業迎來新一輪產品迭代。此次由 PICO 引領,2022H2 及 2023H1 國內外 VR 主流廠商均 有新品發布計劃,隨著Pancake 光學方案、硅基OLED 顯示方案等核心技術的迭代和應用, VR 頭顯有望打開消費市場,市場迎來加速成長期。
PICO 4/4 pro:采用 Pancake 方案,Pro 版本支持眼球/面部追蹤,定價較為大眾化。
PICO 4 采用 Pancake 光學方案顯著減少體積、減輕重量。根據發布會信息,PICO 4 將采 用輕量化 Pancake 方案,與 Neo3 相比光學清晰度提升接近 86%,體積減少 43%,厚度減 少接近 40%,頭顯(不含電池與綁帶)重量也因此由 395g 降至 295g。相比于 Pico Neo 3, 新品在重量、光學方案、透視方案等維度實現大幅迭代。并且 Pico 4 Pro 額外內臵 3 顆紅 外攝像頭,可實現眼球/面部追蹤以及自動瞳距無極調節(IPD)。
PICO 4 亦通過創新手柄設計、新增裸手交互及體感追蹤等優化用戶交互體驗。與 Neo3 的傳 統手柄相比,PICO 4 采取的星環弧柱設計改善手部交互體驗并防止雙手碰撞等情形出現, 其內臵的 IMU 傳感器在性能上亦有近 100%的提升。此外,PICO 4 部分應用將支持裸手直 接交互,外臵體感追蹤器可實現多關節、多肢體的動作捕捉,Pro 版本還將額外增加三顆紅 外傳感器以支持眼動追蹤及面部追蹤。
Meta Quest pro:定位高端辦公協作機,搭載眼球/面部追蹤,支持彩色透視功能。
Quest Pro 芯片、光學、顯示、交互各環節均呈現技術迭代,支持全彩透視、眼動追蹤、面 部捕捉。Quest Pro 價格 1499 美元,10 月 25 日開始發貨。Quest Pro 與 Quest2 相比,光 機厚度減少 40%,PPI 增加 37%,對比度增加 75%。1)芯片:采用 Snapdragon XR2+處 理器,這是第一款與高通深度合作開發的芯片,算力提升 50%且散熱更好。2)光學:用 Pancake 折疊光路技術,光機厚度減少 40%。3)顯示:采用具有局部高光功能的 LCD 類 型面板(MiniLED),還包含一個量子點層以改善 LCD 的色域。4)交互:手柄中新的傳感 器能自追蹤手柄位臵不需要頭顯介入,可以 360°轉動使用,手柄還搭載新的觸覺觸控,能 夠給更精準的反饋。5)全彩透視、眼動追蹤、面部捕捉:Quest Pro 搭載高分辨率攝像頭傳 感器,獲取 4 倍于 Quest2 分辨率的透視影像;有一顆紅外深度傳感器切換 Passthrough 和 全彩模式。頭顯內部有 5 枚攝像頭,用于眼動追蹤和面部追蹤。
Quest Pro 的產品定位是辦公場景,是為建筑師、工程師、建設者、創造者和設計師等希望 通過 VR 增強其工作流程并增強其創造力的人而設計,是 Meta 高端設備系列中的第一款, 其設計重點考慮協作與生產力。Meta 的愿景是幫助人們實現遠程協作和提高工作效率,使 得人們無論身處何處,使用何種設備,都能建立連接,配套的內部工具/平臺包括 Workrooms, workplace,Meta Portal。
Connect 大會上,Meta 首席執行官馬克〃扎克伯與微軟首席執行官薩提亞〃納德拉共同分 享了對比元宇宙虛擬辦公的設想。Meta 擬深度合作微軟加速未來辦公,計劃引入微軟多生 產力工具。 1)Mesh for Microsoft Teams 將支持 Meta Quest 設備,Microsoft Mesh 允許不同物理位臵 的用戶加入協作和共享全息體驗,對于 Microsoft Teams,用戶可以加入虛擬會議、發送聊 天、協作共享文檔等。 2)Microsoft 365 應用程序將登陸 Meta Quest 設備,從而允許人們能夠在 VR 中與 Word、 Excel、PowerPoint、Outlook 和 SharePoint 等進行交互。 3)Microsoft Intune 和 Azure Active Directory 將支持 Quest Pro 和 Quest 2,IT 管理員可以 通過 Meta 的 Quest for Business 訂閱為用戶提供服務。 4)微軟和 Meta 正在探索將 Xbox Cloud Gaming 導入 Quest Store 的方法,從而允許玩家 將數百款高質量的 Xbox 游戲流式傳輸到 Quest 平臺。 此外,Meta 展示了與微軟、埃森哲在工作場景的合作成果,預計明年發布 Quest for Business服務更多企業,包含一系列工具,賬戶管理、申請管理、技術支持等等。
Meta 未來兩年已有四款 VR 新品儲備,兼顧中端與高端消費級市場。據 The Information 報 道的 Meta VR/AR 路線圖,Meta 未來兩年計劃推出四款 VR 頭顯產品,內部代號分別為 Cambria(高端旗艦 VR 頭顯,即 Quest Pro)、Funston(Cambria 的迭代版本)、Stinson (預計 2023 年推出)、Cardiff(Stinson 的迭代產品)。也就是說,Meta 將交替發布高端 VR 頭顯和低端 VR 頭顯,不同價格檔位的 VR 頭顯將幫助 Meta 搶占大部分 VR 市場份額。
索尼 PS VR2:相比一代參數明顯提升,已有成熟內容生態。
PSVR2 支持透視視圖。索尼的 PSVR2 透視視圖可以讓玩家保持佩戴頭顯的同時觀察周圍環 境,這要歸功于頭顯前部嵌入的攝像頭。索尼高級產品經理 Yasuo Takahashi 解釋說:“當 用戶想要輕松檢查 PSVR2 Sense 控制器在房間內的位臵時,它會派上用場,而無需摘下頭 顯。”該視圖聽起來很像 Meta 的 Quest 頭顯提供的視圖功能。 PSVR2 將有 VR 模式和電影模式兩種主要模式。VR 模式專為虛擬 360 度環境中的 VR 游戲 內容而設計,它將以4000x2040 HDR視頻(單目2000x2040)的最大分辨率和90Hz或120Hz 的幀速率顯示。而電影模式專為 VR 中的所有其他內容而設計,它將分辨率降至 1920x1080 HDR 視頻,具有 24Hz、60Hz 和 120Hz 幀速率選項。電影模式是為看視頻而設計的,玩家 將能夠看到 PS5 系統 UI,然后切換到虛擬影院屏幕觀看內容。
蘋果首款 MR:預計采用 Pancake 光學方案+硅基 OLED 顯示模塊。
目前蘋果首款 MR 設備的已知信息相比于前三家最少。 Apple 首款 MR 設備漸行漸近,關注 WWDC2022 發布最新信息。根據蘋果發布的專利信息 及外媒蘋果分析師,蘋果的首款 MR 設備或將 1)自有操作系統 realityOS(據 App Store 上 傳日志和蘋果開源代碼);2)顯示器的配臵將包括兩個微型 OLED 顯示器和一個 AMOLED 面板(據顯示器分析師 Ross Young);3)芯片將采用代號 Staten 的 M2 芯片衍生版本,外 加一個協處理器 Bora 芯片(據芯片供應鏈專家@Mobile chip Expert);4)價格被預測為 2000 美元或 3000 美元級別,需要額外的月度訂閱(據 TrendForce)。
5.2. 2023 年是硬件大年,有望真正迭代出爆款應用、場景、模式
新硬件是相對于智能手機及智能手機之前的歷代硬件的統稱;站在當下,基于元宇宙的新硬 件可以分為硬件入口與分布式垂類硬件兩大類。展望 2023 年新硬件的發展趨勢,我們認為 硬件入口、分布式垂類硬件在 2023 年,均是“大年”。
按照我們對元宇宙六大版圖輪動順序的分析,首先,硬件入口與內容先行,硬件作為第 一入口,硬件之上需要配套的內容相互促進發展,內容則以 VR 游戲、鏈游等元宇宙初 級內容形態為主;其次,底層架構要開始發揮作用,新內容/場景的制作、生產、運行、 交互,依賴底層架構的大力升級(游戲引擎/工具集成平臺等);再次,隨著底層架構的 升級帶動數據處理的量級大幅提升,后端基建與人工智能才能真正發揮大的功效;數據 洪流下,即物理世界充分數字化后,人工智能的作用將越來越大,人工智能不僅依賴于 底層架構與數字基建的完善,也非常依賴于內容與場景豐富的程度,此時 AI 將替代或輔 助人去發揮建設性的作用,成為元宇宙中的核心生產要素;最后落腳到內容與場景,相 較于其他板塊,內容與場景的變數最大,元宇宙將會催生出遠超我們當下所預期的新內 容、新場景、新業態,重塑內容產業的規模與競爭格局;過程中有大量繁榮整個生態的 技術、服務方,協同于每一輪輪動。基于上述判斷,全球范圍內,預計科技巨頭們率先 在硬件產業鏈、內容、底層架構上發力,繼 2021、2022 年硬件入口、內容、底層架構 的發力,2023 年后端基建、人工智能的加持下,有望真正迭代出爆款應用、場景、模式、 內容,以匹配性能持續升級的各硬件入口;
分布式垂類硬件中的人形機器人,核心仍然在于“基于現實世界的智能”,2023 年人形 機器人的進展,核心仍取決于“智能”的實現程度;
硬件入口 2023 年最大的變數,在于 Apple 的發力程度;人形機器人 2023 年的進展,也 取決于特斯拉的推進速度。
此外,與硬件入口相匹配的內容、應用、場景等,我們認為 2023 年有望真正跑出有元宇宙 部分“精氣神”的爆款,但順序可能先是應用、場景甚至是模式,最后才是真正的爆款內容 出現。目前的內容、應用、場景,更多是基于“沉浸感”去做升級,而非真正創新性的。 全球 VR 硬件加速放量,看好 PICO 新品發布進一步推動國內市場規模。1)全球:據智研 咨詢數據,2021 年全球 VR 頭顯出貨量達 1095 萬臺,預計 2022 年全球 VR 設備的出貨量 達到 1573 萬臺,同比增長 43.65%;2024 年全球 VR 設備的出貨量有望達到 2631 萬臺, 同比增長 20.74%。2)中國:據 IDC 數據,2021 年中國 VR 市場出貨量為 138 萬臺,發展 略滯后于海外市場;隨著中國市場潛力不斷激發,預計 2022 年中國市場出貨量將突破 300 萬臺,2025 年有望達到 1162 萬臺,4 年 CAGR 為 70.3%。2021Q2 以來隨著愛奇藝、華為、大朋等國內廠商相繼發布 VR頭顯,季度設備出貨量持續上升。考慮 PICO 新品亮點突出,背后字節跳動持續導入流量及內容資源,看好國內 VR 市場保持高速成長態勢。PICO 4 頭顯實現多處技術迭代,產品使用性能提升,價格接受度較高,看好其快速搶占用戶心智及 VR 硬件市場份額。考慮 PICO 4 以及未來 Meta、Apple 等大廠新品也將完成各項技術迭代升級,看好大廠新品的催化效應帶來 VR 軟硬件環節的主題投資機會。
回溯手機市場發展,我們認為當下 VR 市場的發展階段可類比于早期的智能手機市場。首先 是 VR 設備的整體升級方向是輕薄化、便攜化、提升用戶體驗,用戶量爬升速度不快,主要 由頭部產品提振。其次硬件產業鏈各環節的升級迭代趨勢較為明確,光學、顯示、交互等模 塊均存在較大的創新與進步空間,這一階段伴隨著技術的迭代標桿性的新品會陸續推出,如 PICO4、Meta Quest Pro、蘋果 MR 等,加速 VR 消費級市場成長。這一階段行業巨頭起到 重要引領作用,市場演進過程可能伴隨著量價雙升過程,內容豐富度的提升及商業模式的創 新有望催化這一進程。
(本文僅供參考,不代表我們的任何投資建議。如需使用相關信息,請參閱報告原文。)
精選報告來源:【未來智庫】。