淺談元宇宙技術(shù)發(fā)展動(dòng)向

包括元宇宙在內(nèi)的未來產(chǎn)業(yè)，是搶抓新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的重要機(jī)遇，實(shí)現(xiàn)引領(lǐng)發(fā)展的重要抓手。2021年以來，元宇宙成為備受青睞的互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)新風(fēng)口，并在內(nèi)容生產(chǎn)、場景構(gòu)建、虛實(shí)界面、認(rèn)證機(jī)制等創(chuàng)新技術(shù)的驅(qū)動(dòng)下不斷演進(jìn)。中國電子報(bào)推出元宇宙技術(shù)發(fā)展動(dòng)向系列報(bào)道，采訪權(quán)威專家學(xué)者和龍頭企業(yè)，分析關(guān)鍵技術(shù)對(duì)元宇宙發(fā)展引發(fā)的邊際性變化，敬請(qǐng)關(guān)注。 ? ? ?

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)無縫融合了虛擬和現(xiàn)實(shí)世界的三維可交互融合環(huán)境，被認(rèn)為是元宇宙重要的接入和交互終端。蘋果首款XR頭顯有望在6月6日的WWDC 2023上發(fā)布，業(yè)內(nèi)翹首期待因此提升大眾對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品的認(rèn)知，并在硬件、軟件、內(nèi)容應(yīng)用等各技術(shù)環(huán)節(jié)促進(jìn)創(chuàng)新，夯實(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)底座。其中，“光學(xué)系統(tǒng)+微顯示+感知交互技術(shù)”是核心。

光學(xué)器件：中國廠商提供“纖薄”智慧

“XR頭戴式終端的關(guān)鍵技術(shù)需求從光學(xué)性能上看，便是大視場角（FOV）、體積小、重量輕、圖像畸變小、逼真度高、3D沉浸感強(qiáng)?！倍砹_斯工程院外籍院士王立軍向記者表示。

菲涅爾透鏡和Pancake折疊光路方案是目前VR終端的重要光學(xué)解決方案，Pancake已經(jīng)成為主流，其全面應(yīng)用成為VR終端在2022年較大的技術(shù)迭代趨勢(shì)之一。2019年，華為推出了第一個(gè)Pancake折疊光路方案并成功商用上市，到2022年，有一半以上VR新品都采用此方案。 ? Pancake光學(xué)方案 據(jù)了解，菲涅爾透鏡體積大、笨重并且容易產(chǎn)生圖像邊緣畸變。Pancake折疊光路方案比菲涅爾透鏡更為輕薄，體積更小。如今，我國的舜宇光學(xué)、歐菲光、誠瑞光學(xué)、耐德佳、水晶光電等一批光學(xué)供應(yīng)商都具備成熟的Pancake光學(xué)模組方案，為全球VR企業(yè)提供了中國的“纖薄”智慧，Meta、PICO、創(chuàng)維等品牌最新款VR一體機(jī)紛紛采用了Pancake光學(xué)解決方案。

創(chuàng)維VR國內(nèi)營銷負(fù)責(zé)人卜德法表示，2022年P(guān)ancake方案成為行業(yè)主流，產(chǎn)品重量大幅度降低，佩戴舒適度進(jìn)一步改善，眩暈等痛點(diǎn)基本解決。

記者在采訪中了解到，由于光路設(shè)計(jì)限制，Pancake仍存在諸多需要改進(jìn)的方面，如折疊光路光損高，相比菲涅爾透鏡視場角更小，且成本相對(duì)較高等。

2022年，AR眼鏡一方面在工業(yè)和教育等B端場景深耕，一方面在消費(fèi)市場起量。以Birdbath、陣列光波導(dǎo)光學(xué)方案為主的消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品將用戶體驗(yàn)門檻降低，同時(shí)促進(jìn)觀影、騎行等消費(fèi)端場景不斷豐富。

以Birdbath為主的分體式AR眼鏡工藝成熟、成本較低，是目前C端市場的主流形態(tài)。記者了解到，Birdbath技術(shù)擁有50°的視場角、較小的體積、高色域和高對(duì)比度等特點(diǎn)，其產(chǎn)品鏡片薄、重量輕，與普通眼鏡形態(tài)相似，是目前被采用最廣泛的光學(xué)方案。

衍射光波導(dǎo)技術(shù)成像好且具備成本優(yōu)勢(shì)，被視為下一階段AR眼鏡理想的技術(shù)路線，近年來已經(jīng)在多款A(yù)R眼鏡上落地實(shí)用，如微軟HoloLens 1和HoloLens 2、OPPO Air Glass與OPPO Air Glass 2、Magic Leap、李未可Meta Lens 等。

據(jù)悉，光波導(dǎo)方案相對(duì)于自由曲面和BirdBath透過率高，但受限于工藝和成本日前并未大規(guī)模采用，盡管相比2021年有了大幅提升。陀螺研究院統(tǒng)計(jì)顯示，2022年共有16款A(yù)R眼鏡采用光波導(dǎo)方案，相比2021年增加了10款。

王立軍表示，對(duì)于VR終端而言，折疊光路方案是趨勢(shì)。采用超短焦技術(shù)的VR頭顯體積都及其小巧，華為和PICO等都采用折疊光路術(shù)方案，將有越來越多廠商跟進(jìn)。光波導(dǎo)+Micro LED被認(rèn)為是消費(fèi)級(jí)AR眼鏡光學(xué)方案的黃金搭檔，未來衍射光柵+集成光波導(dǎo)將成為趨勢(shì)。

近眼顯示：從硅基OLED走向Micro LED

作為將線下世界的真實(shí)體驗(yàn)與虛擬世界連接起來的重要橋梁，用戶“看得清、看得廣、看得舒服”最為重要。為此，廠商積極嘗試多種顯示技術(shù)，以更經(jīng)濟(jì)的技術(shù)方案打造逼真、沉浸而舒適的虛擬現(xiàn)實(shí)視覺體驗(yàn)。

“XR顯示性能上的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)主要是超高分辨率（PPI接近人眼6000）、顯示對(duì)比度高、飽和度和均勻性好、刷新率高、功耗小?！蓖趿④娭赋?。Fast-LCD屏幕產(chǎn)量穩(wěn)定、性價(jià)比高，目前成為消費(fèi)級(jí)VR頭顯的主流屏幕。硅基OLED刷新速度快、分辨率高，有望成為未來AR主流方案。

記者了解到，Oculus、Pico、HTC、創(chuàng)維等廠商在其VR產(chǎn)品中都采用了Fast-LCD，包括Oculus Quest2，HTC Vive以及Pico Neo3和創(chuàng)維PANCAKE1等機(jī)型。Fast-LCD屏幕是目前4K頭顯較為成熟與低成本的方案，相比Micro-OLED，其可節(jié)省一半左右成本。

以創(chuàng)維PANCAKE1為例，其采用TCL華星2.1英寸1512PPI LCD-VR屏，像素密度達(dá)到目前全球最高可量產(chǎn)水平，且Fast- LCD技術(shù)更兼具了快速響應(yīng)、無延遲等優(yōu)點(diǎn)，可以帶來較好的畫面感受和交互體驗(yàn)。

隨著消費(fèi)者對(duì)近眼顯示需求不斷升級(jí)，Mini LED背光Fast-LCD成為重要技術(shù)方向。記者通過采訪獲悉，F(xiàn)ast-LCD與Mini LED相結(jié)合，不僅可以很好地解決漏光難題，也能夠進(jìn)一步提升Fast-LCD在高對(duì)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(fā)揮VR產(chǎn)品近眼超清細(xì)膩畫質(zhì)的要求。

業(yè)內(nèi)預(yù)計(jì)，在VR領(lǐng)域，F(xiàn)ast-LCD在MiniLED背光技術(shù)的加持下，未來將會(huì)占據(jù)大部分應(yīng)用市場，份額或許將達(dá)到85%以上。

相比LCD，硅基OLED的對(duì)比度、像素密度、亮度表現(xiàn)更好，以索尼及視涯的產(chǎn)品為主。國內(nèi)主要面板廠京東方等也在研發(fā)相關(guān)技術(shù)。但受限于成本、生產(chǎn)工藝等因素，硅基OLED并未迎來大規(guī)模使用。2022年發(fā)布的42款A(yù)R眼鏡里有23款產(chǎn)品采用硅基OLED屏幕方案，包括華為Vision Glass、米家眼鏡相機(jī)、雷Air系列、INMOAir2TOSKYT1等。

據(jù)悉，被寄予厚望的蘋果MR設(shè)備，有望采用硅基OLED面板。Omdia高級(jí)研究分析師林麟指出，蘋果采用該技術(shù)后，硅基OLED顯示面板出貨量可能會(huì)在2023年和2024年大幅增加，增長速度將在2024年后放緩，除非硅基OLED面板的成本和價(jià)格能夠顯著降低到大多數(shù)品牌能夠承受的水平，尤其是高分辨率硅基OLED面板。

隨著衍射光波導(dǎo)AR眼鏡發(fā)布上市，Micro LED屏幕采用率出現(xiàn)了顯著提升。2022年國內(nèi)發(fā)布上市的OPPO Air glass、李未可Meta Lens、OPPO Air Gass 2等AR眼鏡采用了Micro LED，三款A(yù)R眼鏡采用的單綠色Micro LED屏幕均來自于國內(nèi)Micro LED廠商JBD。

業(yè)內(nèi)研判，Micro LED將憑其突出優(yōu)勢(shì)成為AR眼鏡微顯示屏的未來之選。Micro LED具有高分辨率、高亮度、壽命長、小體積和低功耗等特點(diǎn)。王立軍指出，元宇宙XR終端的未來趨勢(shì)是“Micro LED+光波導(dǎo)”，它們將共同為未來元宇宙打造輕量化且功能強(qiáng)大的頭戴式設(shè)備。

林麟表示，對(duì)于AR眼鏡應(yīng)用，硅基OLED在當(dāng)前是主流面板，但其亮度不能滿足AR眼鏡戶外使用的需求，這為Micro LED提供了良機(jī)。Omdia預(yù)計(jì) Micro LED技術(shù)將在三到五年內(nèi)成熟，最終將成為 AR 應(yīng)用市場的主流。

感知交互：朝著肌電傳感、腦機(jī)接口方向前進(jìn)

4月，PICO正式發(fā)布新品PICO 4 Pro，這是國內(nèi)首款同時(shí)搭載眼動(dòng)追蹤和面部追蹤功能的VR產(chǎn)品。在內(nèi)置的游戲《夢(mèng)之境》中，用戶可以利用眼動(dòng)追蹤實(shí)現(xiàn)視線交互的獨(dú)特玩法，在游戲《輕世界》中，用戶借助面部追蹤技術(shù)與其他玩家進(jìn)行表情互動(dòng)，強(qiáng)化了VR社交屬性。 ? 索尼PSVR2于2月22日全球發(fā)售 Meta公司CTO Andrew Bosworth表示，2023年在感知交互上已達(dá)到所謂的VR 2.0階段，手勢(shì)追蹤、眼球追蹤、臉部追蹤等感覺好像成為VR設(shè)備向前發(fā)展的新基準(zhǔn)線。

眼動(dòng)追蹤能夠快速準(zhǔn)確地檢測(cè)用戶在 VR 頭戴設(shè)備內(nèi)的注視方向，可以為元宇宙中的虛擬形象帶來更真實(shí)的表達(dá)，多年來一直被認(rèn)為是一項(xiàng)遙遠(yuǎn)的技術(shù)。

2022 年以來，PS VR 2、Quest Pro、Vive Pro Eye 和 PICO 4 Pro等越來越多的 XR 設(shè)備開始配備眼動(dòng)追蹤技術(shù)。眼動(dòng)追蹤與注視點(diǎn)渲染功能在提升VR內(nèi)容視覺效果的同時(shí)，也優(yōu)化了設(shè)備算力的使用效率。

記者了解到，目前主流VR產(chǎn)品大部分采用6DOF手柄交互，基于頭顯的4個(gè)攝像頭追蹤。2022年發(fā)布的Quest Pro搭配Touch Pro手柄，Touch Pro手柄內(nèi)置傳感器，搭載驍龍662芯片，無需頭顯可實(shí)現(xiàn)自我追蹤，追蹤范圍不受頭顯攝像頭FOV限制。

王立軍指出，部分AR眼鏡開始搭載計(jì)算機(jī)視覺模組，當(dāng)前AR眼鏡方案基本是IMU+單雙目整合為主，具備了即時(shí)定位與地圖構(gòu)建、環(huán)境理解、圖像識(shí)別等AR能力。搭載了計(jì)算機(jī)視覺模組的AR眼鏡開始具備動(dòng)作捕捉、手勢(shì)識(shí)別功能。

在頭手 6DoF 追蹤交互、眼動(dòng)+面部捕捉、語音交互、體感追蹤器、數(shù)字化身捏臉、自我 DIY 裝扮的風(fēng)格等軟硬件技術(shù)的加持下，業(yè)內(nèi)預(yù)計(jì)VR 硬件產(chǎn)品目前能達(dá)到90%的有效溝通，在數(shù)字世界中進(jìn)一步傳遞出真正的有效、有用、代表個(gè)性的社交。

“未來，我們期待能夠讓XR設(shè)備佩戴起來更加輕薄舒適，還需要平衡性能和功耗，并支持全新的感知和交互方式?！?a href="http://www.ttokpm.com/tags/高通/" target="_blank">高通公司全球副總裁侯明娟表示，針對(duì)這些挑戰(zhàn)，高通基于驍龍XR平臺(tái)，提供眼球追蹤、環(huán)境感知等豐富的空間感知能力和交互能力，助力終端廠商打造創(chuàng)新的XR設(shè)備。

中國工程院院士丁文華指出，XR入口技術(shù)正朝著多感官、全要素、智能化互動(dòng)方向發(fā)展，沉浸聲場、氣味模擬、觸覺反饋、手勢(shì)追蹤已經(jīng)相對(duì)成熟。未來，XR要實(shí)現(xiàn)高級(jí)別情感及語義交互，表情追蹤、肌電傳感、腦機(jī)接口是重要方向。

編輯：黃飛

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