乘“元宇宙”東風，VR軟硬件生態(tài)加速成熟

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

“元宇宙”（Metaverse）指的是一個源于現(xiàn)實世界，與現(xiàn)實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行娛樂、社交、生產(chǎn)生活?；谔摂M現(xiàn)實（VR）或混合現(xiàn)實（MR）終端所實現(xiàn)的“元宇宙”是人類通信交互經(jīng)歷了文字、語音、圖像、視頻之后的下一代升級方向，即實現(xiàn)3D實景信息的共享。MR設備商業(yè)化的嘗試從未停止，其中VR涉及技術相對成熟，早于AR試水消費級市場，并有望在AI、區(qū)塊鏈等新興技術催化下進入爆發(fā)期。

VR設備最早可以追溯到上世紀50年代，一位美國攝影師發(fā)明了第一臺VR設備，此后，第一臺頭顯（俗稱“達摩克里斯之劍”）等一些原始設計相繼涌現(xiàn)。20世紀90年代，商用設備開始出現(xiàn)，例如任天堂的VortualBoy游戲機，1991年甚至出現(xiàn)了VR街機。另外，軍事領域的應用也是VR設備發(fā)展的重要驅動力。但當時的技術沒有跟上市場的想象，游戲畫質差、設備價格高、畫面延遲、設備計算能力不足、使用不舒服等缺點難以攻克，阻礙了VR設備的進一步發(fā)展，即使到了當下，這些問題仍是VR產(chǎn)品的核心痛點。

對比智能手機發(fā)展歷史，VR設備處于加速迭代期回顧智能手機的歷史，現(xiàn)在“無所不能”的手機也是從看起來“并不智能”的階段發(fā)展而來，從1994年第一部智能機發(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，接受市場檢驗，最終保留市場需要的功能，這些功能由點，及線，至面，最終迎來行業(yè)大爆發(fā)：

原點萌芽期（1991年~2000年）：最核心的觸摸屏和網(wǎng)絡連接功能出現(xiàn)，但因配套環(huán)境不成熟難以推廣。1991年2G正式商用，智能手機開始萌芽，1994年，IBM的SPC開始發(fā)售，它是世界上第一部智能機，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)絡瀏覽器和GSM互聯(lián)網(wǎng)接入的智能手機問世，盡管互聯(lián)網(wǎng)接入功能具有劃時代的意義，后續(xù)大部分智能機都配備該功能，但由于當時移動數(shù)據(jù)價格高昂，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將成為移動終端的長期趨勢，手機功能開始高頻率創(chuàng)新迭代，期間不乏賣的不錯的款式，但并未形成全民換機需求。一些重要功能經(jīng)過市場的篩選，逐漸累計在智能手機上，比如彩屏、攝像頭、MP3等。2000年，多款帶有攝像頭的手機出現(xiàn)；2001年，西門子推出了第一款帶有可更換存儲卡和集成MP3播放器的手機“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；同年，索尼愛立信P800發(fā)布，這是第一部搭載彩色觸摸屏的智能手機。

全面爆發(fā)期（2008年~2017年）：2007年，專用手機系統(tǒng)IOS和安卓推出，智能機的核心擴展能力出現(xiàn)，配合第一代iPhone的出世，智能手機基本穩(wěn)定了去物理鍵盤、可擴展應用系統(tǒng)的成熟形態(tài)，在C端市場激發(fā)了客戶需求，形成強大的換機驅動力。2007年1月，蘋果CEO展示了第一部iPhone，將移動電話、iPod、電子郵箱、Internet瀏覽器、導航和眾多其他功能結合在一起，并完全摒棄物理鍵盤，首推手勢控制，采用3.5英寸高清屏幕，在硬件和軟件方面都達到新高度。盡管2007年蘋果的銷量僅139萬臺，但蘋果開始改變消費者對手機的認知，2008年iPhone3G推出，全年銷量1200萬臺，同比增幅737%；同年，Android操作系統(tǒng)推出，AppStore和GooglePlayStore依次面世，智能手機進入爆發(fā)增長期。

回顧近幾十年VR頭顯商業(yè)進程，我們認為VR行業(yè)現(xiàn)階段對應智能手機的加速迭代期。2012年前，對應智能機原點萌芽期，產(chǎn)品核心開始商業(yè)化嘗試，Oculus等品牌開始研發(fā)原型機，從實驗室走向市場；2013年后，行業(yè)進入加速迭代期，各大廠商開始重視MR成為下一代終端的潛力，F(xiàn)acebook收購Oculus，三星、Google、HTC相繼發(fā)布產(chǎn)品；2017-2020年，更多的企業(yè)宣布進入VR行業(yè)，硬件迭代加速，一些高質量VR游戲出現(xiàn)；2021年，疊加疫情推動的電子產(chǎn)品消費需求，Oculus2成為圣誕節(jié)期間最受歡迎的VR設備，累計銷量突破1000萬臺，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迭代，即使是銷量最好的Quest短時間內(nèi)也無法盈利。4Q22Meta凈利潤46.52億美元，同比下降55%。其中，元宇宙部門RealityLab繼續(xù)虧損，4Q22實現(xiàn)營收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)績不佳，導致4Q22至今大量裁員，并削減23年預算，降低50億至890-950億美元，但Meta已經(jīng)做好了未來四年的產(chǎn)品規(guī)劃。

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

AI——VR的隱形核心技術，推動交互方式變革

AI升級可能帶來人機交互的變革。在VR技術中，實現(xiàn)智能人機交互有三個關鍵要素——多模感知能力、深度理解能力和多維表達能力。精細的多模態(tài)、高智慧模型可以幫助VR頭顯以消費級的成本實現(xiàn)以語音控制為輔，以肢體動作為主的全新交互方式。

通過引入多模態(tài)識別系統(tǒng)，在語音識別的基礎上，結合人臉識別、嘴部唇語識別、眼動追蹤，把多種維度的感知結合成為多模態(tài)系統(tǒng)，從而提升復雜場景識別效果。

AI在VR肢體定位和手勢交互技術上大有可為，讓高精度手勢識別成為可能。當前，VR設備主要通過紅外攝像頭+陀螺儀的硬件組合，結合機器學習來實現(xiàn)肢體定位，需要手柄輔助。存在成本高、配件多、缺失下半身等問題，精細度也較差，難以實現(xiàn)高精度手勢識別。我們認為未來肢體定位和手勢交互的升級主要依賴于算法模型的升級，2019年Meta發(fā)布了手勢交互1.0，可以進行一些簡單的裸手交互，但是用戶雙手重疊或移動過快都會造成跟蹤丟失，2022年，Meta發(fā)布手勢交互2.0，解決了上述問題，并在公告中表示：主要是基于重新設計的計算機視覺和機器學習方法。

而在內(nèi)容方面，AI可以縮短創(chuàng)作時間，為元宇宙提供底層支持。以虛擬人為例，AI作為虛擬人驅動的大腦之一，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，也是其掌握與學習技能的關鍵所在。亞馬遜云科技的AI服務在此領域有很多的應用實踐，包括圖像AI生成（自動上色、場景調(diào)整、圖像二次元化）、模型自動生成（動畫自動生成、場景道具生成）、游戲機器人（游戲AINPC、文本交互、語音驅動口型動畫、動作補抓、表情遷移）、偶像營銷運營（聊天觀察、流行搭配、反外掛）等。

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

內(nèi)容方面，Meta已經(jīng)在內(nèi)容產(chǎn)生、技術更迭、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：QuestStore主要為VR內(nèi)容應用分發(fā)平臺，面向獨立工作室、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，更側重前沿內(nèi)容、測試性VR應用開發(fā)的平臺，AppLab應用并不顯示在Quest商店中，開發(fā)者只能通過鏈接在已有的分發(fā)渠道與用戶分享，比如SideQuest等。（SideQuest平臺主要承接未在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，形成傳播效應。

Pico：國內(nèi)銷量領先，依靠字節(jié)跳動流量優(yōu)勢

從硬件角度而言，Pico在VR一體機領域技術迭代速度領先。2016年，Pico發(fā)布了全球第一臺搭載高通驍龍820的VR一體機PICONeoDK，它創(chuàng)新性的將手柄作為整個VR一體機的計算核心，將SoC、內(nèi)存和閃存集成在了“手柄”之上，然后把VR眼鏡與手柄通過一根Type-C線進行連接，以此實現(xiàn)移動VR形態(tài)。

2015年Pico獲得歌爾股份數(shù)千萬元投資。2017年，PICO推出消費級G系列一體機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，標志著PICO交互技術進入6DoF時代。

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

軟件方面，截至22年3月，Pico總應用數(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)容來自海外引入，國內(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42%，其次為動作射擊、冒險解密、運動健身等類目。PicoVR90%以上內(nèi)容付費，價格在9元-140元之間，也明顯低于QuestStore游戲。

游戲開發(fā)方面，盡管Pico有開放的環(huán)境，但尚未看到Pico公開層面的內(nèi)容審核規(guī)則。Quest為了避免出現(xiàn)“劣幣驅逐良幣”的利達雅式悲劇，建立了非常嚴格的審查機制，這也是SideQuest平臺存在的意義。根據(jù)ChrisPruett的演講，一個應用要上線，必備流程包括：1）用不超過3張PPT來展示關于游戲的開發(fā)設想和規(guī)劃；2）平臺內(nèi)容團隊對其進行審核，關注游戲的消費者價值，以及經(jīng)濟價值（以10美元價值為標準）；3）通過后，游戲會被添加至Oculus開發(fā)者計劃中，并配備專業(yè)的客戶經(jīng)理、工程團隊進行協(xié)助，從游戲性能法分析、設計、制作等各方面進行優(yōu)化、維護；4）規(guī)劃和推廣游戲。一旦經(jīng)過審核，Oculus和第三方開發(fā)商就站在了同一戰(zhàn)線，形成平臺、開發(fā)商和消費者共贏的局面，而Pico相對缺乏共同開發(fā)的過程。

Pico強項在于視頻內(nèi)容制作。目前，字節(jié)已經(jīng)將PICO和抖音平臺打通，開啟雙端直播，用戶可以通過手機端直接觀看VR直播，也可以通過VR一體機觀看。在內(nèi)容端上將PICO與抖音進行聯(lián)動，試圖實現(xiàn)客戶導流。

Meta與Pico正在試圖打破推廣上的地域限制，行業(yè)競爭加劇，由于中國（除港、澳、臺地區(qū)）無法訪問Facebook，Oculus賬號是與Facebook綁定的，因此Oculus幾乎無法進入中國市場，而Pico在海外市場的渠道也不夠成熟，從而形成了兩家互聯(lián)網(wǎng)巨頭VR產(chǎn)品近乎獨立的在國內(nèi)外開疆拓土的局面。不過2022年以來，格局開始打破。22年1月Meta公開招聘大中華區(qū)通訊經(jīng)理，下半年在中國香港推出元宇宙試點計劃，同時考慮與騰訊合作，由騰訊引入OculusQuest2。同年9月，PICO召開全球新品發(fā)布會，領先國內(nèi)，面向歐美、日韓、東南亞地區(qū)發(fā)布PICO4，對海外市場給予高度重視。Pico3Q22銷量23萬臺，其中PicoNeo3為19萬臺，Pico4為2.4萬臺。

HTC：主攻高性能專業(yè)化領域，PCVR是強項

HTCVR終端共分為5個系列，較強的是PCVR產(chǎn)品：1）ViveFlow：可折疊、機身緊湊、輕量級的VIVEFlow是一款便于隨身攜帶的VR設備；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：一體機解決方案，為企業(yè)提供獨立的VR解決方案，最新款Foucs3售價￥9888；4）ViveCosmos：翻蓋設計PCVR，Inside-out版本售價￥5899，Outside-in版本售價￥7988，提供更高精度交互；5）Vive：面向游戲玩家的主流消費級PCVR，Outside-in定位方案，售價￥4888。2023年2月，CES2023是公司推出了首個MR產(chǎn)品，采用了高通驍龍XR2處理平臺，LCD屏支持單眼2K顯示，支持眼動追蹤和面部追蹤，采用Pancake光學方案，眼鏡形態(tài)可折疊，電池可拆卸，官方售價1099美元。性能對標OculusPro和尚未發(fā)售的蘋果MR，是MR領域的有力參與者。

HTC還基于自身定位算法優(yōu)勢積極向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”，該方案通過將實體攝影機的位置追蹤工作流整合到一個具備專業(yè)級效果的實時渲染引擎中，整個虛擬制片過程將變得更快捷、更簡單、更經(jīng)濟。VIVEMarsCamTrack是一個虛擬制作系統(tǒng)，在獲取攝像機跟蹤信息的同時，以3D形式實時合成真人演員和背景CG數(shù)據(jù)。通過利用HTC現(xiàn)有的產(chǎn)品，如VIVETracker，可以提供一個即使是小型制作工作室也可以輕松制作的環(huán)境。

PSVR：游戲主機廠硬件升級慢，3A大作豐富且注重體驗感索尼的PSVR技術更新迭代速度較慢，2016年10月PSVR開始發(fā)售，比Rift和Vive大概晚六個月。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、更領先的人體工學設計，以及最重要的PS4主機內(nèi)容支持，使得其銷量表現(xiàn)不俗。根據(jù)SuperDataResearch估計，2016年，HTC銷售了42萬臺Vives，而Oculus銷售了24.3萬臺Rift頭盔，PSVR在上市三個月內(nèi)銷量就達到74.5萬臺。2017年12月，索尼公布PSVR的全球銷量，突破200萬臺，2019年底，全世界累計銷量500萬臺。時隔7年，公司2023年2月全球發(fā)售PSVR2?；A套裝標價549.99美元。首發(fā)內(nèi)容包括《地平線：山之呼喚》、《生化危機8》、《TheWalkingDead:Saints&Sinners–Chapter2:Retribution》、nDreams的《Fracked》、FastTravelGames的《ApexConstruct》、Coatsink的《Phogs》和《CakeBash》等合計37款游戲。

蘋果：預計23年WWDC開發(fā)者大會發(fā)布首款VR/MR眼鏡

23年3月30日，蘋果宣布將于北京時間2023年6月6日至10日，以線上形式舉行年度全球開發(fā)者大會（WWDC），WWDC23面向所有開發(fā)者免費開放，旨在展示iOS、iPadOS、macOS、watchOS和tvOS的前沿創(chuàng)新，同時開發(fā)者們也可以在活動中與蘋果的工程師進行交流，深入了解新技術和工具，以更好地實現(xiàn)愿景。從邀請函的設計來看，圖案類似于VR頭顯的光學透鏡，市場猜測本次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設備，主要有四大看點：一鍵切換VR/AR模式、眼動追蹤及手部追蹤功能（無額外控制器）、視頻會議功能（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，市場普遍預計這款產(chǎn)品售價將達到3000美金以上，未來的增長曲線大概率會如同AppleWatch一樣，低開高走，逐步培養(yǎng)大眾消費習慣，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銜的技術專家組成，研發(fā)團隊來自華為、小米、索尼、愛立信等全球頂尖公司。公司目前已經(jīng)擁有200余項全球行業(yè)技術專利，專利覆蓋超過12個主流國家。NOLO目前已經(jīng)發(fā)布產(chǎn)品有NOLOSonicVR一體機、NOLOX1一體機；NOLOM1手柄、NOLOCV1Air、NOLOCV1Pro、C1交互套件以及NOLON2、NOLORX1500交互組件。

DPVR（大朋VR）：2015年由陳朝陽及其團隊創(chuàng)立，是國際領先的軟硬件一體化的全棧XR技術與產(chǎn)品公司，致力于建設元宇宙的基礎設施，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+國家，服務全球13000+開發(fā)者。

愛奇藝：公司成立于2016年12月，是一家由愛奇藝內(nèi)部孵化、獨立運營，專注于虛擬現(xiàn)實技術、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，公司即圍繞VR技術、硬件、內(nèi)容展開全面布局，截止目前，夢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高端頭顯設備，主打高性能PCVR頭顯，小派目前擁有數(shù)十項全球領先的專利技術，其VR頭顯的一大優(yōu)勢是良好的屏幕表現(xiàn)素質。

創(chuàng)維：創(chuàng)維集團布局虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)的子公司，國內(nèi)唯一的一家上市的VR終端廠商。團隊均擁有10年以上相關產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)驗。目前，創(chuàng)維VR已申請過百項虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實相關專利，研發(fā)量產(chǎn)多款VR頭戴顯示設備產(chǎn)品，參與了多項虛擬現(xiàn)實國標和行業(yè)標準的制定，已承擔國家重點研發(fā)計劃“科技冬奧”重點專項課題“VR交互式智能終端與系統(tǒng)”。目前擁有VR一體機產(chǎn)品S6、S802、V901等。

弱交互領域競爭激烈，遠期MR產(chǎn)生生產(chǎn)力

優(yōu)先布局弱交互場景，國內(nèi)廠商不落下風根據(jù)WellsennXR數(shù)據(jù)，2021年全球VR出貨量達到1029萬部，同比增長72.4%。2022年受Quest2漲價，以及全球經(jīng)濟增速放緩壓制民眾消費意愿影響，VR出貨量將同比下降4%至986萬部。WellsennXR預計2025年全球VR出貨量有望達到3500萬部(21-25年CAGR42.38%)。其中，國內(nèi)的VR銷售量占全球比例正快速上升，4Q22國內(nèi)出貨量占全球11.29%。

華為認為在VR的諸多關鍵技術和應用形態(tài)中，基于全景視頻技術的VR360視頻將成為最先繁榮的在線應用。而VR360視頻又分為弱交互和強交互，直播和短視頻都屬于弱交互，即用戶只能被動的體驗錄好的視頻，無法與環(huán)境互動。根據(jù)高盛2016年發(fā)布的VR/AR產(chǎn)業(yè)報告，基于360全景技術的VR事件直播和VR視頻娛樂到2020年將擁有5200萬用戶，其中事件直播2400萬，視頻娛樂2800萬，占VR應用領域全部預期用戶13000萬的40%，而到了2025年，VR360視頻的用戶群將達到17400萬，其中事件直播9500萬，視頻娛樂7900萬。

長期我們看好電影制作、醫(yī)療、教育等toB應用，從游戲終端升級為生產(chǎn)力工具。2022年97%的VR為消費端市場出貨，僅3%頭顯為B端場景出貨，B端場景主要集中在教育培訓、線下游藝、文旅黨建等領域，VR產(chǎn)業(yè)部分實現(xiàn)了B端到C端市場的跨越。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%，我們認為B端用戶要求產(chǎn)品性能更強、續(xù)航更長，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)定的市場空間。

VR在醫(yī)療領域已經(jīng)展現(xiàn)出了較強的生產(chǎn)力和必要性。用途包括醫(yī)療教育（模擬手術、360度手術直播、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（模擬實驗環(huán)境、疫苗開發(fā)）等。ResearchAndMarkets報告顯示，醫(yī)療保健領域的AR和VR市場規(guī)模2021年接近27億美元，有望到2027年D該市場增長3.5倍，達到97.9億美元。

而國內(nèi)目前的醫(yī)療VR還集中于遠程問診、探視、鎮(zhèn)痛等領域。2022年8月，全球領先的VR醫(yī)療初創(chuàng)企業(yè)FundamentalVR完成2000萬美元B輪融資，其累計融資額度達到3000萬元。該公司發(fā)行了一種可以在VR頭顯上運行的外科手術模擬軟件。用戶配合使用VR頭顯和手持觸覺工具，就可以獲得手術的沉浸式體驗。借助這種軟件，外科醫(yī)生可以利用VR進行模擬手術訓練，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，展現(xiàn)出國內(nèi)對于教育信息化的支持。《中國教育現(xiàn)代化2035》提出推動各級教育高水平高質量普及、實現(xiàn)基本公共教育服務均等化等戰(zhàn)略任務，對于線上教育的重視提升。2022年9月，中央制定“千億政策貼息+專項再貸款”組合拳，重點支持理論學習與實訓操作的教育設備升級改造，推進高校、職校教育數(shù)字化轉型。按照中移動“4G改變生活、5G改變社會”的5G產(chǎn)業(yè)意義解讀，在教育市場5G會帶來“真實體驗式”教育的全面升級，并為遠程VR教育提供堅實的基礎設施。

VR教育投入涉及硬件、軟件和空間建設費用，這對于大多數(shù)中小學，都是不小的資金壓力。另外，內(nèi)容端建設問題也是阻礙VR在教育中大規(guī)模應用的障礙之一，包括不專業(yè)、無體系、難拓展、難維護等。因此，VR教室目前仍以“教學科研”的性質為主。我們預計，隨著VR產(chǎn)業(yè)規(guī)?；霈F(xiàn)，成本下降至一般“PC教室”成本水平，內(nèi)容端建設初成體系時，VR教育投資將迎來大規(guī)模放量。據(jù)Researchandmarkets數(shù)據(jù)，全球教育虛擬現(xiàn)實市場預計將從2021年的63.7億美元同比增長36%到2022年的86.6億美元。預計到2026年市場將達到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、光學模組、面板、PCB、結構件、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，光學模組為核心技術迭代領域。以Pico4為例，根據(jù)維深wellsennXR的統(tǒng)計，Pico4VR一體機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%，結構件成本14.2美元，占比為4%。

售價1500美金QuestPro是目前最貴的VR頭顯，由于交互功能升級，攝像頭成本超過光學模組，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%，結構件成本約27.5美元，占比為5%。

光學模組：長期圍繞輕、薄、高質量成像發(fā)展Pancake已成確定性技術方向

VR光學先后經(jīng)歷了非球面透鏡、菲涅爾透鏡和Pancake折疊光路三個階段。菲涅爾透鏡（FresnelLenses）具有低成本和可控的成像質量優(yōu)勢，OculusQuest2、PicoNeo3、惠普ReverbG2和愛奇藝奇遇3等均為該光學方案的代表性產(chǎn)品。其設計原理是去掉光在透鏡中直線傳播的部分，只保留用來折射光線的透鏡曲面，在保留常規(guī)透鏡光學特征的同時，大幅壓縮鏡片厚度，實現(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，導致整個光學模組的體積較大。此外，由于菲涅爾透鏡采用單層鏡片設計，其物理性導致了成像邊緣模糊、易產(chǎn)生畸變，以及無法調(diào)節(jié)屈光度等問題。

在此背景下，Pancake光學方案應運而生，并逐漸成為消費級VR光學的發(fā)展與進化方向。該方案基于折疊光路的原理，不僅能實現(xiàn)超短的光學對焦成像，從而極大地壓縮鏡片厚度和頭顯體積，還能克服傳統(tǒng)的菲涅爾透鏡光學方案邊緣模糊與畸變現(xiàn)象，有效減輕“余暉效應”，實現(xiàn)零畸變的全域高清視覺體驗。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作為光學方案的VR頭顯。未來3-5年，Pancake將成為消費級VR首選光學方案。

Pancake光學方案的核心設計思路是通過偏振光的反射與折射進行光路折疊。Pancake光學方案，又被稱為折疊光路方案，屬于VR短焦光學方案的一種。該方案的原理是顯示屏發(fā)出的圖像源進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入人眼。也就是說，該方案通過折疊式光學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”，從而實現(xiàn)光學鏡頭和顯示屏之間空間的壓縮，進而顯著縮小VR頭顯體積。通過此種光學方案，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材料，屬于分束鏡（BeamSplitter）的一種特例，通過在光學玻璃表面鍍上一層或多層的介電質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的比例分成兩道獨立的光束。在Pancake光學方案中，半透半反鏡主要用來對入射光線做二次反射，這一過程中不改變光的偏振特性，并且理論上光線每次經(jīng)過半透半反鏡后能量都會損失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。波動是物質運動的重要形式，廣泛存在于自然界中。按照振動方向與傳播方向的關系，波可以分為橫波與縱波兩大類：質點振動的方向跟波的傳播方向垂直的波叫做橫波，例如電磁波；質點振動的方向跟波的傳播方向平行的波叫縱波，例如聲波。振動方向對于傳播方向的不對稱性叫做偏振（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最明顯的標志。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。光波中的電振動矢量（E）和磁振動矢量（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薄膜在透鏡表面上貼合而成。通過調(diào)整光學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光學方案中，通常設置成反射p偏振光，透射s偏振光。反射式偏振片中的光學薄膜通常采用金屬色線柵，例如鋁質金屬線柵，或采用具有雙折射功能的多層聚合物，后者相對于前者而言具有如下優(yōu)勢：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光譜偏振對比度可以非常高；c）由于聚合物樹脂具有粘彈性，因此多層聚合物薄膜可以形成各種復雜的曲面，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光學透鏡的分辨率。

光路系統(tǒng)的設置與具體工作原理

在設計以及評估不同結構的Pancake光學系統(tǒng)時，需考量大量的設計指標并做出權衡，包括成像質量、視場角（FOV）、眼動范圍（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）以及是否配備眼動追蹤功能等。在此基礎上，Pancake光學系統(tǒng)可分為一片式、兩片式以及多片式，其中兩片式結構最為常見。光學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)設置的原理，三類光學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，否則該光學系統(tǒng)不能正常工作。

偏振光在Pancake光學系統(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光學模組的入射光必須為圓偏振光，若采用的顯示屏為LCD，則其發(fā)出的光為線偏振光，需在顯示屏上增加一個1/4相位延遲片，將線偏振光轉變?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線偏光片（LP）將其轉化為線偏振光，再增加一片1/4相位延遲片將其轉化為圓偏振光。

②右旋圓偏振光透過半透半反鏡后，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1/4相位延遲片后，變?yōu)檎駝臃较蚱叫杏诩埫娴膒線偏振光。這是因為在通過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、振動方向互相垂直、且相位差為-π/2的線偏振光。在通過1/4相位延遲片時，由于雙折射現(xiàn)象，在o光和e光的方向上進一步引入+π/2的相位差，此時，兩束線偏振光的相位差為0。最后將振幅相同的o光和e光疊加為振動方向平行于紙面的p線偏振光。

④p線偏振光到達反射式偏振膜后發(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右旋圓偏振光到達半透半反鏡后發(fā)生二次反射，變成左旋圓偏振光，同時光效再次損失50%。這是因為反射光相對于入射面而言有-π的相位突變，因此會改變旋轉方向，從右旋變?yōu)樽笮?/p>

⑦左旋圓偏振光以45°角第三次通過1/4相位延遲片后，變?yōu)檎駝臃较虼怪庇诩埫娴膕線偏振光。

⑧s線偏振光到達反射式偏振膜后發(fā)生透射，最終進入到人眼當中。

技術壁壘：光學膜材料

光學膜材料的性能與貼合工藝是Pancake光學方案的技術壁壘，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值量最高，其膜材成本高且市場被海外光學膜巨頭壟斷，是制約當前VR光學發(fā)展的主要因素。1）Pancake折疊光路系統(tǒng)的光學膜要求。由于Pancake的核心設計思路是通過反射與偏振進行光路折疊，最終的光學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相位延時片和反射偏振膜的質量是成像質量的關鍵因素，目前全球范圍內(nèi)只有3M、旭化成等少數(shù)企業(yè)的膜材性能能夠達到Pancake設計要求，因而具有較大的議價權，一組透鏡的貼膜材料的成本達到70-100元。

2）在Pancake光學模組加工流程中，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。雖然平面貼膜技術難度較低，但會犧牲部分光學性能和成像質量。曲面貼膜工藝通過事先制備好的平面膜層，通過熱彎成型技術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。雖然曲面貼膜能夠帶來更大的視場角和更優(yōu)的成像質量，但曲面貼膜工藝難度較大，各項角度精度要求極高，容易邊緣褶皺和翹起，因此良率低。目前膜供應商3M等開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)重點研發(fā)方向之一。

優(yōu)勢：輕薄化、成像質量高、可調(diào)節(jié)屈光度

Pancake光學方案輕薄化優(yōu)勢顯著，更適合拓展C端市場。Pancake光學方案最大的優(yōu)勢在于利用多次折返的方式擴大光路總長，有效壓縮了顯示屏與光學透鏡之間的距離，進而大幅降低了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長。對比市面上的主流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光學方案中，通過透鏡組合，可以提高邊緣成像質量，降低圖像畸變，提高圖像對比度、清晰度以及細膩度。Pancake光學的解析能力相對于菲涅爾光學提升了50%，同時克服了菲涅爾光學固有的視野邊緣模糊與畸變現(xiàn)象，有效減少邊緣眩光，帶來了視野全域范圍的清晰體驗。值得一提的是，YVR2光學鏡組的透過率達到了19%，在高透光性能下的清晰度達到了全新水平。目前業(yè)內(nèi)平均水平約為13-16%。

Pancake光學方案支持屈光度調(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，對于絕大部分近視的用戶而言，無需佩戴眼鏡即可使用。而對于單透鏡的菲涅爾和非球面方案，如果不增加透鏡則無法實現(xiàn)屈光度調(diào)節(jié)。目前實現(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組，移動組鏡片通過朝向某一方向移動實現(xiàn)屈光度的調(diào)節(jié)。這種方式的優(yōu)勢在于鏡頭的總長不會發(fā)生改變；缺陷在于移動鏡片會導致整個光路的系統(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，進而引起雙目合像等問題。

2）外調(diào)焦方式。通過顯示屏朝向某一方向的移動來實現(xiàn)屈光度的調(diào)節(jié)。這種方式的優(yōu)勢在于系統(tǒng)參數(shù)沒有改變，因此左右眼的焦距是一致的，左右眼圖像的一致性會更好，更容易實現(xiàn)合像；其缺陷在于由于移動屏幕，整個模組的總長會因此發(fā)生變化。

雖然Pancake光學方案支持屈光度調(diào)節(jié)，但仍然需要借助可變焦設計，結合液晶器件，實現(xiàn)動態(tài)全局調(diào)控，根據(jù)顯示屏的內(nèi)容和眼睛觀看的位置，實時改變焦平面，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）帶來的眩暈問題。

Pancake技術難點：光損高、視場角小、存在鬼影、成本高

光損高，理論上最高光效僅為25%，因此對顯示屏幕亮度要求高。多次折返的光路存在效率損失的問題，光線兩次經(jīng)過半透半反膜，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，菲涅爾透鏡的光學效率可高達80-90%。大視場角與設備輕量化難以兼得。據(jù)Oculus首席科學家表述，菲涅爾透鏡的視場角（FOV）理論上限為140°，而Pancake的FOV有望實現(xiàn)220°。然而，Pancake光學方案采用了較小的顯示屏幕，較小的屏幕需要更長的光路來擴大視場角，這與折疊光路壓縮光學模組總長這一設計理念相悖。因此，在Pancake光學方案中，大視場角與設備輕薄化無法兼得，需要在兩者之間做出權衡。當前量產(chǎn)的Pancake光學方案的FOV在60-90°之間，距理論上限220°仍有較大差距，且小于市場上菲涅爾光學方案的視場角。

易出現(xiàn)“鬼影”，降低呈像質量，影響用戶體驗。在成像光學系統(tǒng)中，往往存在一些非理想因素帶來的雜散光，這些雜散光通常是由透鏡界面多次反射、透鏡缺陷散射、物理結構散射等造成的。實際應用場景中，這些雜散光往往會在畫面中的某個位置形成像，被稱為“鬼影”(GhostImage)。Pancake光學方案的中諸多鬼影，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，這嚴重影響了用戶對于圖像對比度的感知。

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，塑料材料通常具有較明顯的雙折射，因此可以通過增加透鏡或改變透鏡的形狀、改善透鏡材料，優(yōu)化光路來降低其雙折射現(xiàn)象來抑制鬼影現(xiàn)象。

Pancake光學方案成本高。主要因素有四個方面：1）對光學膜核心材料的性能與質量要求高，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)品能夠達到Pancake設計要求；2）由于產(chǎn)品由多種膜材貼合而成，對各項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，需要通過增加透鏡或改變透鏡的材料和形狀的方式來改善，相應的材料成本也會增加；4）Pancake光學方案的光損高，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)的光學膜成本達到700-100元，單個Pancake模組價格約為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，這是用戶愿意長時間使用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行提升，主要方法包括提升視場角、像素密度、頭動和視野延遲等。1）FOV（FieldofView，視場角）：視場角定義為雙眼看到圖像的最大角度范圍。人類平均而言，水平雙眼視場角是200度，其中有120度的重疊，這部分重疊對于構建立體視覺和估計深度尤為重要，垂直的視場角約為100~130度。

2)PPD（PixelPerDegree）：像素密度通常以每英寸像素(PPI)為單位測量，即顯示器上每英寸的像素數(shù)。但PPI并不能單獨用作清晰度的標準，因為眼睛和顯示器之間的距離也很重要。當眼球離屏幕足夠遠時，高像素密度的設備是冗余的，增加的像素密度并不會被察覺。因此，不同的設備，需要匹配不同的PPI來達到相同的感知清晰度。

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

由于VR顯示屏離人眼足夠近，當分辨率低時，人眼會直接看到顯示屏的像素點，以及點間的間距，就好比在紗窗之后看東西一樣，即紗窗效應。且當像素密度不夠時，VR中有圖像邊緣出現(xiàn)很強的鋸齒（aliasing）,從而產(chǎn)生了粗糙邊緣。疊加VR實時渲染，當用戶頭轉動時，原本應該靜止的細線，或者某些物體的邊緣線，像在閃爍或者舞動一般,也叫高對比度邊緣出現(xiàn)分離式閃爍。解決紗窗效應主要就是提高分辨率。

目前，“視網(wǎng)膜效果”是一個沒有清晰定義的概念，根據(jù)史蒂夫喬布斯發(fā)布iPhone4時的概念，它是指像素密度為300PPI的設備，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擁有遠高于傳統(tǒng)終端的視場角，決定了要達到同樣等級的畫質體驗，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)境中的視野可以認為是一個空間球，左右橫向全視角展開是360度，上下縱向展開180度。用戶在使用終端時，單眼實際看到的視覺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視頻畫質體驗的是單眼分辨率(FOV分辨率)，可換算為在FOV區(qū)域的PPD。

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

除了屏幕本身的像素密度提升對于技術提出挑戰(zhàn)，還有像素提升帶來的帶寬、傳輸問題。根據(jù)華為的測算，普通寬帶上網(wǎng)，一般峰值在20M~30M就可以獲得相當好的上網(wǎng)體驗，但對于4K/8K視頻，要獲得良好體驗，必須有持續(xù)的30M~100M帶寬保證，而對于VR視頻，要獲得極佳使用體驗，需要超Gbit的入戶帶寬。如果一個用戶家里同時存在幾路VR業(yè)務，相比于大屏4K/8K視頻的家庭式觀看，VR業(yè)務消耗的帶寬還可能繼續(xù)翻倍。雖然未來技術的發(fā)展，壓縮算法的改進，單路VR業(yè)務需要的傳輸帶寬還有進一步的降低空間，但入戶帶寬超Gbit，甚至10Gbit是大概率事件。

3）頭動和視野延遲（Motion-to-PhotonsLatency,MTP）：業(yè)界的主流觀點認為，MTP延遲不能超過20ms，否則會引起眩暈感。目前領先的VR終端廠商如Oculus、HTCVive已經(jīng)通過提升端到端軟硬件性能，從傳感追蹤元件、顯示屏技術、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比度，豐富圖像細節(jié)，電視屏亮度多在200-500nit，日光下應達到700nit。但VR的入眼亮度由屏幕亮度和光學效率決定，因此，若采用光效低的光學方案，應搭配高亮度的顯示屏；功耗：低功耗的顯示屏，可減少散熱，延長續(xù)航時間，提升舒適性需求。除以上重要指標外，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消費級主流，專業(yè)級產(chǎn)品看好MicroOLED

LCD、MiniLED、MicroLED、OLED、MicroOLED技術梳理

LCD（liquid-crystaldisplay）：目前市場大都使用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(chǎn)生的電場變化，使得液晶分子原本的旋轉排列發(fā)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(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。基本結構是在銦錫氧化物(ITO)玻璃上制作一層有機材料發(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。透過外界電壓的驅動下，正極電洞與陰極電子便會在發(fā)光層中結合，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，來構成基本色彩。

MicroLED（微發(fā)光二極體）：將LED背光源微縮化、矩陣化，單獨驅動無機自發(fā)光(自發(fā)光)、讓產(chǎn)品壽命更長。因為MicroLED的晶粒到了肉眼難以分辨的等級，可以直接將R、G、B三原色的晶粒拼成一個像素點，不再需要濾光片和液晶層。但目前MicroLED的大規(guī)模量產(chǎn)技術還有較多瓶頸，從前期的磊晶技術瓶頸、巨量轉移(MassTransfer)良率、封裝測試問題，到后續(xù)的檢測、維修都是很大的挑戰(zhàn)，影響MicroLED能否量產(chǎn)。MicroOLED：是通過將紅、綠、藍(RGB)有機發(fā)光二極管像素沉積在由硅制成的半導體晶片上制成的，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設計之初就是用于通過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，顯色性和圖像響應速度堪稱完美。MicroOLED優(yōu)點是小而輕、具有高分辨率、高像素密度。但由于制作工藝限制，不可能進行大尺寸生產(chǎn)，因此對于FOV有限制。

LCD向Fast-LCD發(fā)展，解決響應速度慢的缺點。改良后的Fast-LCD技術使用新的液晶材料（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(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需要面對的挑戰(zhàn)。目前的主流配置是Fast-LCD疊加MiniLED背光技術，不僅可以解決漏光問題，還進一步提了顯示性能。

MiniLED背光具備獨特優(yōu)勢，是LCD顯示技術路徑的重要創(chuàng)新方向。MiniLED目前有背光、直顯兩種發(fā)展路徑，直顯由于對成本、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背光技術已經(jīng)處于商業(yè)化落地的成熟時期。相比傳統(tǒng)LCD，MiniLED產(chǎn)品具有超高亮度、使用壽命長、高對比度、HDR寬動態(tài)顯示范圍、節(jié)能等諸多優(yōu)點；相比OLED，高端MiniLED顯示畫面媲美OLED，且沒有OLED壽命、殘影等隱患，并且具有成本低、應用廣的特點。

OLED向硅基OLED發(fā)展，解決分辨率較低的問題。硅基OLED創(chuàng)新性結合半導體與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)光的螢光有機材料，電流通過后會發(fā)出單色光，再透過濾色器生成所需的顏色。除了帶有OLED自發(fā)光優(yōu)勢，面板厚度和體積也比以前更薄、更小、耗能更低，再加上響應時間短、發(fā)光效率高等特性，更容易實現(xiàn)高像素密度。

因為硅基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(chǎn)OLED時要克服的蒸鍍均勻性難題。硅基OLED無論是亮度，還是像素密度表現(xiàn)都有明顯提升，像素密度可以達到在3000～4000PPI。另外，由于綜合良率偏低，驅動芯片技術不成熟等問題，這一技術的成本較高，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

肢體追蹤：紅外光學定位配合MEMSIMU，Inside-Out成主流位置跟蹤及動作捕捉技術可以讓設備估算其相對于周圍環(huán)境的位置。它使用硬件和軟件的組合來實現(xiàn)其絕對位置的檢測，目前算法的開發(fā)是定位能力提升的主要動力。位置跟蹤是虛擬現(xiàn)實技術（VR）的基本技術，可以用六個自由度（6DOF）跟蹤移動確定位置。同時，通過定位不同特征點的位置，經(jīng)過分析可以得出相應的動作，實現(xiàn)動作捕捉。

6DoF（DegreeofFreedom）指，圍繞X、Y、Z三個軸可平移（3DoF）和旋轉（3DoF）。無論有多復雜，剛體的任何可能性運動都可以通過6自由度的組合進行表達。定位追蹤是硬件與軟件的組合，能夠監(jiān)測物體的絕對位置。由于虛擬現(xiàn)實是模擬、修改現(xiàn)實，所以我們需要準確地追蹤對象（如頭部或手部）是如何在現(xiàn)實世界中移動，這樣系統(tǒng)才能在VR世界中實現(xiàn)精確的映射。

從硬件技術的角度分類，可以分為：

1）聲學追蹤：測量聲學信號在發(fā)射器和接收器之間傳播所花費的時間的方式被稱為聲學跟蹤。一般來說，有幾個發(fā)射器放置在跟蹤區(qū)域，而各種接收器放置在跟蹤目標上。接收機和發(fā)射機之間的距離是根據(jù)聲音信號到達接收機的時間來計算的。其缺點是時延較長、刷新慢、易受噪音干擾。

2）慣性與磁性追蹤：IMU（InertialMeasurementUnit，慣性測量單元）是一種通過傳感器組合來測量和報告速度、方向和重力的電子設備。IMU通常包括一個3軸加速度計、一個3軸陀螺儀，較高級的會再加一個3軸磁力計。加速度計可以測量物體在其坐標系下的三軸加速度，陀螺儀的三軸角速度，通過積分運算，可以解算出物體相對的定位信息。受制于成本高昂，IMU過去主要應用于飛機火箭儀表等軍用設備，隨著價格更加親民的MEMS加速度計和陀螺儀出現(xiàn)，IMU開始廣泛經(jīng)應用于消費級電子設備。但IMU只能準確地測量和報告方向值（旋轉），無法處理平移，隨著時間推移，如果沒有外部校準，IMU很快會出現(xiàn)漂移的情況，需要結合算法進行校準。

3）光學追蹤：對于光學跟蹤，有多種方法可用。它們之間的共同點就是使用光學攝像頭來收集位置信息。具體又可以分為跟蹤標記、深度地圖跟蹤等。

從硬件排布的角度上，技術方案又可以分為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就是追蹤平移移動的傳感器在外部。放置在靜止位置并朝向被跟蹤對象的攝像機或其他傳感器，該物體在攝像機相交的視覺范圍定義的指定區(qū)域內(nèi)自由移動。

Outside-In的代表產(chǎn)品就是當年VR元年的三大PCVR設備：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，并且因為是在這個攝像頭基站的范圍內(nèi)是無死角的360度追蹤，在某些游戲和企業(yè)應用中，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Lighthouse基站都包含兩個激光器。一個激光器投射出一條水平光線，從下到上掃；另一個激光器投射一條垂直的光線，從左到右掃。兩個激光器都以3,600rpm或每秒60轉的速度圍繞各自的軸旋轉。由于在任何時候都只能有一個激光掃過跟蹤體積，因此一個基站內(nèi)的兩個激光和兩個鏈接基站（A和B）的四個激光是交錯的：第一個基站A的垂直激光從左到右掃過→A的水平激光從下到上掃過→A的激光關閉，B的垂直激光從左向右掃過→B的水平激光從下到上掃描→重復。每個過程間隔為半圈或8.333毫秒，但實際上通過清除冗余數(shù)據(jù)、捆綁數(shù)據(jù)后，作為IMU的增量進行計算，實際反饋間隔，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備上，定位的范圍幾乎是無限大的。隨著VR一體機的興盛，Inside-out是現(xiàn)在的主流方向。但因為攝像頭在頭上，背后和其他地方有死角，這對廠家的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)點是基本不用占用移動芯片的性能，功耗相對攝像頭定位非常低。但超聲波信號容易受距離約束，距離越大信號衰減越快，容易導致控制器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，但也會受超聲波相關的干擾（比如風吹），或是在接近一些物體時，比如墻面，超聲波的回聲干擾會影響整個定位的精度。

PicoNeo2采用的電磁解決方案。優(yōu)點是沒有FOV限制，可以進行360°的追蹤定位交互，但電磁波沒可見光那么精準，原地不動的時候，會產(chǎn)生輕微抖動，雖幅度小，但還是會影響精準度。如果想達到高精度，電磁傳感器功耗會較大，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，通過產(chǎn)生不同方向的電磁信號，讓頭盔中的接收單元接收并運算，從而定位手柄。另外，該方案成本較高。這項技術是PICO采購自NorthernDigital后，并加以改進。專利授權費和特殊采購的接收單元，還有線圈和18650鋰電池，讓每臺NEO2的成本較高。

PicoNeo3采用了基于光學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位姿計算，使得產(chǎn)品的成本更低，也可以降低控制器的功耗。通過在控制器上按照一定規(guī)則布置LED燈，復用頭戴端內(nèi)置的四路追蹤相機，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。結合高頻率的IMU和低頻率輸出的Camera數(shù)據(jù)，再結合實時高精度獲取控制器的MTP（Motion-to-Picture），通過高精度運動預測模型，對控制器的追蹤運動延時做了很大程度的補償和優(yōu)化。

PICO4沿用了基于光學定位+IMU融合的追蹤方式。頭顯4個邊角各放置了一顆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。1/7.5英寸光學格式，提供小尺寸、低功耗、高效率的120fps、640x480VGA分辨率相機模塊，工作模式下，模塊的全局快門可實現(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，配合電子羅盤AKMAK09918C的3軸磁場感應數(shù)據(jù)，形成HDMIMU系統(tǒng)。

手柄采用全新的星環(huán)弧柱的設計，使用了16顆紅外LED，通過FPC排布在手柄環(huán)上，此外，手柄頭部外圈還有4顆LED，形成的類拓撲結構保證了無死角追蹤，特別是在兩個手柄重疊的時候也能保證不被遮擋。頭顯上的6DoF攝像頭通過拍攝紅外燈帶的位置和姿態(tài)，來定位和追蹤手柄。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追蹤算法實現(xiàn)對手柄更準確的定位和追蹤機器的運動和姿態(tài)。

手勢識別：傳感器、RGB攝像頭、3D攝像頭

如果要更加精確到手部的詳細動作，有依靠傳感器的手套式方案，也有依靠計算機視覺的裸手識別方案。例如蘋果公司申請的“基于IMU的手套”專利，摘要顯示該手套包括多個IMU，其中可包括一個或多個運動傳感器，可測量對應指節(jié)的慣性運動。在一些示例中，該VR手套除了包括磁力儀以確定地磁場的方向，還可包括多個電極，用于實現(xiàn)電容式觸摸或指尖之間的接觸感測。

Quest則是典型的計算機視覺方案，采用了黑白第一人稱攝像頭追蹤手部節(jié)點的VR方案，不含深度測量傳感器。當時，市面上常見的是單目RGB攝像頭和神經(jīng)網(wǎng)絡算法的手勢識別方案，但單目方案難以直接識別3D手勢，需要搭配關鍵點回歸和實時姿態(tài)算法，時間上難以達到連貫和低抖動等。因此，F(xiàn)RL提出了一種基于4顆黑白攝像頭的手勢追蹤方案。該方案無須深度攝像頭，對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)定運行，延時和抖動的情況足夠少。4顆同步的VGA廣角攝像頭，每顆攝像頭的FOV可達150°（寬）x120°（高）x175°（對角線）。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決定，因此也更適合預測手部關節(jié)點的距離而不是深度。

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頭顯使用體驗感。3D攝像頭有三種主流方案：結構光、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，結構光發(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雙目匹配，進行視差算法。

TOF方案響應速度快，深度信息精度高，識別距離范圍大，不易受環(huán)境光線干擾，因此是移動端3D視覺比較可行的方案；結構光方案由于技術較為成熟，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，參與的廠商較少，更適合室外強光條件和高分辨率應用，常見于機器人視覺、自動駕駛等方面。

其他傳感器：眼動追蹤、面部識別將成標配

1）眼動追蹤：動態(tài)渲染技術的基石

眼球追蹤是AR/VR頭顯的一項關鍵功能，它可以豐富用戶之間的交互，同時也是動態(tài)注視點渲染技術的基礎，提升AR/VR視覺觀感。由于眼睛收集的視覺信息質量在視野的一小塊區(qū)域（稱為中心凹區(qū)域）內(nèi)是最高質量的，該區(qū)域以外的視力會迅速下降，因此僅對用戶注視的中心區(qū)域進行高精度渲染，而對其他區(qū)域進行低分辨率渲染，可降低GPU著色負載的同時保持高幀率，以此更好配置有限的算力資源。同時，結合注視點和手勢識別，用戶可以與虛擬環(huán)境更精準的互動，如實現(xiàn)抓取、隔空打字等功能。

注視點渲染又分為固定和動態(tài)兩種類型。采用固定注視點渲染，XR設備會預設顯示器中心部分為高質渲染區(qū)域。因此用戶的注視點需始終處于該區(qū)域位置，靠頭部轉動轉移視線，如2018年OculusGo。而動態(tài)注視點渲染則可在眼球轉動時捕捉注視點以實現(xiàn)更精準的實時渲染。Tobii曾在不同設備和環(huán)境下做過一系列基準測試，測試數(shù)據(jù)表明，動態(tài)注視點渲染比固定注視點渲染能降低兩倍的GPU著色負載，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的動態(tài)注視點技術能將幀率提高78%，一體機能耗降低10%。

眼動追蹤技術的基本原理并不算復雜，實現(xiàn)方式也不只一種。目前最常見的是以Tobii為代表的技術提供商所采用的瞳孔角膜反射法（PCCR）。該方案主要包括三個模塊：眼動攝像機、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，眼動攝像機捕捉眼睛的高分辨率圖像，再經(jīng)由算法解析，實時定位閃爍點與瞳孔的位置，最后借助模型估算出用戶的視線方向和落點。

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個紅外LED和1個攝像頭。

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模組構成，底框為紅外透過材料，面部追蹤模組共有4個LED和1個攝像頭，額頭追蹤模組3個紅外LED和1個攝像頭。

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預測，使得元宇宙中的虛擬人物有了腿。他們設置了4000個身高不同的仿真人形機器人，每個機器人具有33個自由度。隨后，將這些機器人在英偉達的IsaacGym（一個專門用于強化學習研究的機器人物理模擬環(huán)境）中同時進行訓練，2天后，這只框架就能基于這個強化學習策略，根據(jù)頭顯和手柄數(shù)據(jù)直接預測用戶全身動作了。

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的關鍵。VR頭顯和手柄都有芯片組支撐其功能，其總體架構和芯片類型和智能手機等其他智能終端類似，其中數(shù)字芯片涉及到主控SoC、存儲、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驅動芯片、射頻FEM、馬達驅動芯片、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整機成本超30%。根據(jù)WellsennXR拆解報告預測，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源于交互手柄使用一顆11nm驍龍662手機SoC作為主芯片（PICO4及其他主流產(chǎn)品為藍牙MCU）和較大內(nèi)存，以及攝像頭增加提升了交互性能。

SoC：芯片平臺實現(xiàn)專用化，未來多方有望并起與高通爭雄

VR主芯片主要任務利用運行操作系統(tǒng)并掌控整個硬件系統(tǒng)。從架構上來說，VR芯片的架構基本和其他智能設備的SoC類似，主要集成系統(tǒng)級芯片控制邏輯模塊、微處理器/微控制器CPU內(nèi)核模塊、數(shù)字信號處理器DSP模塊、嵌入的存儲器模塊、和外部進行通訊的接口模塊、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主芯片升級重心。GPU是SoC中負責渲染和顯示的核心IP，決定了VR設備的3D效果和顯示分辨率。一方面，隨著VR游戲市場的擴大和生態(tài)的形成，游戲圖像質量和超高分辨率將會成為主機之間競爭的核心指標，推動對于VR芯片中GPU渲染能力的需求，另一方面，由于目前主流的VR設備都是依靠電池來供電，因此能效比將決定VR設備的續(xù)航時間，同時也需要保證VR設備散熱沒有問題。

NPU算力大幅提升支持交互體驗升級。與手機中不同，VR設備中的眾多交互都需要人工智能的介入，例如設備和用戶的定位和追蹤，并且把這個信息融合到虛擬環(huán)境中，需要使用人工智能中的SLAM技術才能高質量地實現(xiàn)。另外，目前VR設備中，交互越來越多地使用手部追蹤和眼部追蹤等先進技術來實現(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。人工智能算法結合眼部追蹤技術判斷眼睛聚焦位置，對聚焦位置進行高質量渲染，對未關注到位置進行低質量渲染，解決GPU渲染能力瓶頸。

手機SoC優(yōu)勢助高通成為VR主芯片市場霸主。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SoC驍龍821、驍龍835、驍龍845成為當年主流VR產(chǎn)品芯片方案，VR主芯片進入手機SoC時代，同期如三星Exynos8895、聯(lián)發(fā)科HelioX30等智能手機SoC也獲得少量VR產(chǎn)品搭載。

XR芯片專業(yè)化夯實高通優(yōu)勢。2019年，隨著高通發(fā)布驍龍XR1平臺，VR設備正式踏入XR專用芯片平臺時代，相較于手機SoC，初代XR平臺減少了基帶，使成本顯著下降，而其他關鍵模塊如CPU、GPU、DSP、ISP等和手機芯片別無二致。但由于高通除了芯片以外，同時發(fā)布了包括XR軟件服務層、機器學習、XRSDK等一系列軟件支持，加之其智能手機業(yè)務積累的軟硬件生態(tài)優(yōu)勢，驍龍XR1一舉奠定高通在XR領域絕對龍頭地位。

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)競爭。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計細節(jié)，我們預測這顆芯片有望基于公司ARM架構手機SoC針對VR應用優(yōu)化而來。聯(lián)發(fā)科自2004年從DVD芯片切入功能機市場推出Turnkey模式占住山寨機市場，到2011年進入Andriod智能手機市場，抓住國產(chǎn)智能手機爆發(fā)機遇。目前聯(lián)發(fā)科既是電視芯片市場霸主，并在手機芯片領域與高通形成兩強局面，根據(jù)Countpoint數(shù)據(jù)，2Q22聯(lián)發(fā)科以39%全球市場份額領先高通。聯(lián)發(fā)科攜視頻娛樂、智能手機芯片技術能力，在首顆VR專用芯片即獲索尼使用，有望未來在XR領域繼續(xù)和高通角逐。

構建軟硬一體生態(tài)，系統(tǒng)廠商或加強自研芯片開發(fā)。Meta在2018年開始就成立了專門的團隊去研發(fā)XR芯片，當時Meta挖來了谷歌芯片產(chǎn)品負責人沙赫里阿爾·瑞比，并任命其為芯片自研項目負責人，專注于構建支持增強現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實的芯片。雖然Meta與高通今年簽署長期合作協(xié)議，我們認為Meta仍然會推進自研XR芯片，主因：1)增強產(chǎn)業(yè)鏈話語權；2）打造差異化產(chǎn)品；3）構建軟硬件一體生態(tài)；4）提升品牌形象。除此之外，未來潛在強有力競爭者蘋果入局XR行業(yè)，其設備必然搭載自研A系列或M系列主芯片以及完善軟硬件生態(tài)。

國內(nèi)芯片廠商成長需與主流終端品牌加強合作。目前國內(nèi)擁有XR主芯片產(chǎn)品的芯片廠商主要有來自智能手機芯片領域的海思和展銳以及AIoT芯片設計公司晶晨、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。目前國內(nèi)廠商在XR領域投入相對有限，未來成長需與市場主流設備公司加強合作。

CMOS圖像傳感器：VR交互需求增長推動重要性提升

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象景物的亮度和色彩信號，并通過復雜的信號處理和圖像處理技術輸出數(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）實現(xiàn)光電信號的轉換。感光二極管在接受光線照射之后能夠產(chǎn)生電流信號，電流的強度與光照的強度成正比例關系。每個感光單元對應圖像傳感器中的一個像元，像元也被稱為像素單元（Pixel）。CIS每一個感光元件都可以直接集成放大電路和模數(shù)轉換電路，當感光二極管接受光照、產(chǎn)生模擬的電信號之后，電信號首先被該感光元件中的放大器放大，然后直接轉換成對應的數(shù)字信號，并進行片上圖像處理。

攝像頭模組成像能力主要由CMOS圖像傳感器關鍵技術參數(shù)決定。CMOS圖像傳感器的像素數(shù)目、像素尺寸、光學尺寸、幀率、信噪比、動態(tài)范圍、感光度、量子效率等關鍵參數(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、噪點控制能力的高低。由于應用和使用場景不同，加之成本上的考量，針對不同下游應用的CIS會進行參數(shù)上的取舍，如智能手機為滿足分辨率、清晰度、美觀度和全場景適應能力，對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。主流CIS快門技術為卷簾快門和全局快門，其中卷簾快門的設計是為了捕捉靜態(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、單反等。但其缺點在于逐行拍攝圖像，拍攝和曝光時間過長，在VR使用場景中手勢、頭部追蹤、臉部和眼球動態(tài)追蹤等移動物體捕捉時，圖像可能發(fā)生扭曲，而且功耗過高，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，所有像素同時曝光，因此成像效果準確、曝光時間短、功耗低，滿足VR需求。

VR交互升級，CMOS圖像傳感器數(shù)量和種類需求擴容。以2022年發(fā)布的部分主流VR產(chǎn)品為例，PICONeo3頭顯四個邊角各放置一顆的VGA攝像頭搭載韋爾（豪威）OVM7251全局快門CIS，實現(xiàn)快速圖像捕捉；PICO4再次基礎上增加一顆單目VST攝像頭，搭載了索尼1600萬像素IMX471傳感器。QuestPro進一步提升設備交互體驗，總計裝備16顆攝像頭（頭顯10顆、手柄6顆），在6DOF追蹤定位和VST基礎上再增加深度識別、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