XR行业深度分析:硬件与生态共振,空间计算平台时代开启

2023-08-30 18:35:07   来源:新浪VR

  (报告出品方/作者:财通证券,张益敏)

  1 成长复盘:XR 行业迎新一轮创新周期

  1.1 XR 头显:元宇宙入口

  XR 头显是元宇宙的入口。随着社会生产力和科学技术的不断发展,消费者及各行各业对 XR(VR 与 AR 的合称)技术的需求日益旺盛,代表着虚拟世界的“元宇宙”概念也日渐升温。2021 年 3 月“元宇宙第一股”Roblox 在纽交所上市,2021 年 10 月 Facebook 宣布将更名为“Meta”,来源于“Metaverse”,将元宇宙作为重要发展战略,掀起全球元宇宙热潮。XR 头显作为实现沉浸体验的关键硬件设备,也被认为是元宇宙的入口而广受关注。VR 即虚拟现实技术(Virtual Reality),通过计算机模拟虚拟环境隔绝现实从而给人以环境沉浸感,而 VR 头显则是实现这一体验的核心硬件设备。

  VR 头显通过两块屏幕将双眼所看到的内容分开渲染,并经过透镜实现畸变矫正投影到人眼中,在较小的屏幕与较短的距离内实现全景 3D 显示(近眼显示,又称 NED);通过算法与传感器定位头部位置与方向,实现随视线同步变化的画面渲染,来建立沉浸感与真实感。AR 即增强现实技术(Argument Reality),通过计算机在现实世界的基础上叠加数字内容来增强现实世界的体验,AR 眼镜是实现这一体验的核心硬件设备。AR 眼镜的原理是通过微型显示器把虚拟场景呈现出来,并叠加现实世界场景同时呈现在人眼中,同样需要算法与传感器定位方向,实现虚拟内容随视线变化。

  从产品形态来看,VR 头显可分为一体机、分体机与盒子产品,当前一体机是主流。一体机和分体机最大区别在于一体机内置高算力芯片,可以独立满足所有运算需求,而分体机往往需要外接 PC、主机负责运算。VR 盒子则是简化版的一体机产品,手机充当屏幕与算力中心,盒子负责光学功能。分体机因较好的体验在 2016 年左右是市场主流产品,后续一体机性能开始追平分体机,且轻便、性价比高,当前已成为消费端绝对主流,盒子类产品因体验较差已逐步淡出市场。AR 眼镜也可分为一体机与分体机,分体机常应用于观影,凭借轻便优势占据主流地位。不同产品区别与 VR 类似,在 AR 眼镜中一体机多见于 B 端,分体机多见于 C 端,外置算力通常由手机来完成。分体机外置算力与电源,优化了 AR 眼镜的重量与算力瓶颈,在观影等娱乐场景有着出色表现,是目前 AR 眼镜的主流形态。

  1.2 XR 发展历程漫长曲折,苹果 MR+AI 有望引领新一轮创新浪潮

  XR 发展历程大致经历了萌芽期、上升期、转向期与新浪潮 4 个阶段。每一个阶 段都代表着 XR 行业在技术或商业模式上的一轮重大革新周期,其中 VR 相比 AR 而言技术更成熟,商业化进度更领先,在每个阶段中均起着主导作用。2021 年全球 XR 头显出货达 1057 万,同比增长 71%,行业迎来硬件、生态双循环奇点,当前 Pancake 光学+VST 正在引领新一轮创新周期,叠加日益繁荣的生态正将行业推向新一轮浪潮。1930 年代作家 Stanley G.Weinbaum 就在其小说《皮格马利翁的眼镜》中提到了一 种虚拟现实眼镜,人们戴上时看到、听到、闻到角色所受到的事物。1962 年一部名为 Sensorama 的虚拟现实原形机问世,后被空军用于飞行员训练。 1990 年游戏领域迎来商业化初探,VR 首先在游戏领域得到应用。例如任天堂推出了 Virtual Boy VR 游戏机,但受制于当时的显示技术,这类产品仅仅是昙花一 现。

  信息技术的逐步成熟带领 XR 重回公众视野,2012 年 VR 龙头 Oculus 成立并带来 Rift 原型机,同年首款 AR 眼镜 Google Glass 发布,Facebook 也于 2014 年收购 Oculus 完成对 XR 硬件端的布局,XR 行业进入上升期。VR 端 2015 年 HTC 发布 HTV VIVE,三星发布 Gear VR,2016 年 SONY 发布 PS VR,行业重磅产品纷纷 面世,当年也被誉为“VR 元年”;AR 端 2015 年微软发布 Hololens,任天堂的 Pokemon Go 掀起手机 AR 热潮,XR 行业迈向周期的高峰。

  2018 年行业经历高速增长后,产品瓶颈开始体现,分体式 VR 高昂的成本与不便捷性在消费市场扩张受限,AR 眼镜也尚未成熟,行业陷入短暂的低谷期。随着海外 Meta、国内 PICO 等厂商在一体机上的积极突破,行业重回高速增长,一体机逐步占据主导地位,其中 Meta 于 20Q4 发布的 Quest2 引领市场大幅带动整体销量上升,2021 年全球 XR 设备出货破千万,行业进入硬件生态良性循环奇点。

  进入 2022 年以来,Pancake 折叠光学方案因其轻薄短小特性开始在主流 VR 一体机上大规模应用,VST 功能的加入则大幅拓展了 VR 的使用场景,使其率先进入虚实融合阶段。AR 端分体式消费级新品频发,AR 品牌与传统消费电子品牌纷纷入局,行业百花齐放。2023 年苹果 MR 或将发布,自研芯片+硅基 OLED+Pancake 光学+新型交互等多重创新有望树立行业风向标,未来 AI 大模型的接入有望带来 XR 软件、应用生态的全面升级,XR 的长期想象空间被充分打开。短期宏观衰退+Quest2 涨价或对需求形成一定抑制,长期以苹果 MR+AI 为起点的硬件创新与生态良性循环合力作用下,XR 行业有望迎来新浪潮。

  1.3 复盘巨头 Meta 成长,硬件生态双循环格局初养成

  Meta 主导全球市场,国产厂商 PICO 紧随其后。Meta(Oculus)是全球 VR 头显领导者,旗下 Quest2 累计销量破千万,是迄今销量最高的 VR 头显之一。截至 2022Q4,Meta 在 VR 头显领域市场份额达 81%,处于主导地位,而国内厂商 PICO 紧随其后,占据 7% 的市场份额。2014 年 Meta 收购 Oculus 后,在硬件+生态上持续投入,VR 技术逐步成熟,内容日益丰富。2020 年 10 月 Quest2 发布,在软硬件成熟+生态丰富+激进的定价策略+疫情居家等多重因素影响下,Quest2 销量快速增加,20Q4 单季度销量达 250 万台,贡献全年绝大部分销量,并在 2021 年销量超 800 万台,实现翻倍增长,Oculus 品牌的市占率也从 30% 提升到 70%,至 2022Q4 达到了 81%,奠定了其市场领导地位。

  硬件层面,Oculus 产品形态从分体机走向一体机,并从芯片、显示、光学、传感交互四个维度逐步迭代。 从 Rift 到 Quest,一体机成为主导形态,Quest 基本奠定配置标准。2016 年 3 月,Oculus 初代量产商用机 Rift CV1 发布,产品形态采取了当时主流的 PCVR 一体机,依托于 PC 的高性能可以运行桌面级应用,但使用较为不便。屏幕采用了色彩效果较高的 AMOLED 屏幕,受限于分辨率,人眼感知的清晰度较低,头显的定位选择了 6 DoF Outside-in 方案(头显发信,外置接收器定位),手柄也支持 6DoF,整体性能处在同期较高水平。2018 年 5 月,Oculus 推出了 Go 系列,首次采用一体机形态,定位观影,SoC 为当时的移动端旗舰芯片骁龙 821,在分辨率和清晰度上均有所提升,但出于成本和像素密度考虑选择了 LCD 屏幕,且头手仅支持 3DoF,属于高性价比的大众型产品。

  2019 年 5 月,Oculus 同时推出了 PCVR Rift S 以及初代 Quest,由于主流产品方案逐步转向一体机,Oculus 在设计时也追求为一体机提供与 PCVR 同水平的体验。Quest 在屏幕上选择了色彩更佳、拖影更弱的 OLED 屏幕,出于便携性需求,Insideout(头显靠内置摄像头独立定位)方案成为主流,自带的摄像头也给穿透显示提供了可能,手势识别方案首次加入。Quest 基本奠定了 VR 一体机的硬件方案,移动旗舰 SOC+高分辨率屏幕+轻薄光学方案+6 DoF 头手追踪成为标配。Quest2 多维升级,软硬件合力造就千万销量。2020 年 10 月,Quest 2 发布,相比上代产品多个维度均有升级。首次搭载了高通专为 XR 设计的 XR2 芯片,性能相当于旗舰芯片骁龙 865,显示单元最高可支持 90fps 的 3K*3K 的单眼分辨率,在流传输和本地播放中支持 60fps 的 8K 360°视频,GPU 处理能力大幅提升。

  在分辨率、刷新率、FOV 等影响视觉体验的参数方面也有较大优化,出于成本、清晰度等综合考量采用了 Fast-LCD 屏幕,追踪定位能力与重量上也有所优化,沉浸感、防晕眩方面体验良好。Quest 2 的升级实现了体验临界点的突破,叠加售价、生态等因素一同造就其快速增长的销量。2022 年 10 月,Quest Pro 发布,定位高端商用,首次采用 Pancake 光学方案,厚度下降 40%,彩色透视推动 VR 向 MR(混合现实)领域切入,手柄自追踪功能解决了之前手柄只能在眼前被定位的限制。Quest Pro 在示、光学、芯片、交互传感等维度实现了全方位升级,代表了 Meta 对于先进 VR 技术的探索与定义。

  Quest3 于 2023 年 6 月发布,芯片+显示+光学迎来里程碑级升级。距离上一代平价产品 Quest2 发布,Meta 已有近 3 年未发布平价 VR 头显产品,6 月 1 日 Meta 官方释出 Quest3 宣传视频,揭示更多细节。芯片方面,Quest 3 搭载了下一代高通骁龙 XR 芯片,图形性能是 Quest 2 的两倍还要多。VST 方面,Quest3 延续了 Quest Pro 的 VST 功能,采用 40 万像素摄像头*2+深度传感器设计,较 2 代与 Pro 版本均有较大升级。

  光学方面,Quest3 采用了主流 pancake 方案,较上代减薄 40%,整体更加轻盈。交互方面,Quest 3 新配备的 Touch Plus 手柄取消了顶部追踪环,体积也会更小巧,依然属于被动追踪(红外)方案。Quest3 128GB 版本首发售价为 499 美元起,Quest2 同步降价,128GB 版降至 299.99 美元初始价格,256GB 版降至 349.99 美元比初始更便宜。整体而言,Quest3 相比前代产品实现了里程碑式升级,对终端销量或起到较强的促进作用。生态层面,游戏、影视是 Meta 生态两条发展主线,社交是其重要发力点,并通过构建多层次应用商店帮助优秀开发者实现收入研发良性循环。游戏始终是 VR 最主流应用场景,热门游戏对 VR 终端销量与用户活跃度有强拉动作用。2022 年最受欢迎 Quest 应用中游戏类应用占据全部榜单。

  在 VR 发展史中,热门游戏曾表现出对 VR 终端销量的强拉动作用。例如开发周期历时 4 年的 PCVR 游戏《半条命:Alyx》于 20Q1 正式上线,上线前预购量超 30 万份,其中 11.9 万玩家购买了 Valve 推出的 VR 设备 Index VR,有效带动了 Index VR 在 2019 年四季度出货 10.3 万台,环比增长超 2 倍,远超行业平均水平。与之类似,被 Meta 收购并独占的《Beat Saber》则是最为热门的 VR 一体机游戏之一,《华尔街日报》数据,截至 2022 年 10 月,VR 音乐节奏类游戏《Beat Saber》的累计销售额达到了 2.55 亿美元,每月有 147 万台活跃设备在运行该游戏,占 Quest 总活跃玩家 637 万人的 23%,有效地带动了 Quest 销量与用户活跃度。

  Meta 通过收购+开发者激励双轮驱动开发者进行优质游戏创作。Meta 以外延式收购完善自身的游戏开发能力。Oculus Studio 是原 Oculus 公司的直属部门,其职责是 Oculus 的电子游戏发行商。Meta 的游戏战略以收购相对成熟的工作室为主,自 2019 年以来,Oculus Studio 陆续收购了 10 家游戏工作室,首家收购的即是大热门游戏《Beat Saber》的开发商 Beat Games,此次收购实现了 Meta 在一体机平台上对于《Beat Saber》的独占权,成为了 Quest2 的保驾护航之作;2023 年 2 月,在经历了对美国联邦贸易委员会(FTC)历时 15 个月的反垄断诉讼辩护后,Meta 终于完成了对第 10 家工作室 Within 的收购,最终实现了对健身类应用的布局。Meta 收购的游戏工作室往往已经拥有比较成功的代表作,游戏类型较为多样化,在加入 Oculus Studio 以后,这些工作室大多在其原有优势与平台加成下实现了良好的发展,与硬件终端形成了良好的循环发展。

  针对第三方开发者,Meta 通过 Launch Pad 与 Oculus Start 两个项目分别为拥有一定经验与希望进入 VR 领域的开发者提供激励。Oculus Launch Pad 2016 年首次启动,是一个帮助多样化 VR 内容开发者提升专业技能的训练营,目的是通过时间培训和提供资源,来帮助开发者开发出更优质的 VR 应用。Oculus Start 则是 2018 年启动的项目,为希望进入 VR 世界的开发者提供额外的支持,可简单概括 为“访问权限、大力支持以及成本节省”三个方面,旨在减少小型团队进入 VR 开发领域的障碍。两种激励项目为中小型开发者降低了开发成本,提升了开发效率,有利于促进 VR 生态的繁荣。

  Meta 最早以自制视频的形式建立影视内容创作规范,后来转向支持第三方创作者清晰了平台与创作者的分工。Oculus Story Studio 于 2014 年由皮克斯老员工 Saschka Unseld 和 Max Planck 以及制片人 Edward Saatchi 创立,是原 Oculus 内部 的 VR 影视制作部门,于 2015-2017 年先后制作了《迷失》、《亨利》、《亲爱的安捷列卡》三部 VR 电影,其中 2016 年发布的《亨利》获得了艾美奖优秀原创互动节目奖。由于 VR 影视的立体全环绕沉浸式效果与传统平面影视有较大差异,因此其制作范式更为新颖,单位时间的制作成本也更高,Story Studio 的创立旨在为早期的 VR 影视作品指引优秀的创作范例,在完成其使命以及综合考虑成本效率后, Meta 于 2017 年对 Story Studio 关停,将重点从内部内容创作转移到支持更多外部制作,并承诺在 2.5 亿美元的内容支持资金中拿出 5000 万美元专门支持非游戏 VR 内容。原始的 Story Studio 从业者后续进入了各类第三方机构开展自己的 VR 影视事业,并创造了获得艾美奖的《Wolves In The Walls》等优质影视作品。Meta 通过关停 Story Studio 完成了自身平台角色与第三方创作者角色的清晰分工,也为 VR 影视内容的蓬勃发展奠定了良好的市场基础。

  多层次分发商店布局,应用数量快速增长。Meta 的 VR 一体机 Quest 系列产品拥有丰富的应用生态,在官方与第三方共同的推动下,当前 Quest 应用生态主要由 Quest Store、App Lab、SideQuest 三个商店组成,截至 2022 年 4 月三者的应用数量分别为 466、1745、5297 款,发布门槛依次递减、应用数量依次递增,三家商 店应用合计 7508 款,较 2020 年 4 月 3 年复合增长率达 151%,整体实现了快速增长。其中 Quest Store 是官方设立的主要应用分发平台,也是创作者主要的收入来源平台;App Lab 相比 Quest Store 审核门槛更低,给予了技术 demo、小规模 VR 测试应用更多的分发机会;SideQuest 则是第三方 Quest 应用分发社区,无需经过官方的审核,拥有最高的自由度与最丰富的应用内容,相对而言应用质量也更加参差不齐。

  创作者回报稳步提升,Quest 应用商业模式逐步成熟。Quest 平台内容累计营收自 Quest2 发布以来开始加速增长。自 20Q4Meta 发布 Quest2 以来,硬件销量的快速提升促动了内容收入的加速成长,根据 Wellsenn 统 计,截至 2022 年末,Quest 平台内容累计营收已达到 16.1 亿美元,预计 2023 年底可达到 22 亿美元。从单月营收以及单品表现来看,Quest 平台内容的创收能力也在持续增长。根据 Wellsenn 数据,2019 年 10 月,Quest 平台内容单月营收仅在 1000 万美元水平,2020 年 10 月 Quest2 发布后跨越拐点,单月营收开始加速,至 2022 年 10 月已达 6000 万美元水平。而从单品营收能力来看,累计收入超百万美元的应用数量在近 2 年持续增长,2020 年 9 月,累计营收在 100 万美元的应用数量为 44 个,而到了 2022 年 3 月已达到 124 个。根据 Meta Connet 大会数据,至 2022 年 10 月,达到百万营收的应用已占到全部应用的 1/3,其中 33 款应用收入超 1000 万美元,8 款应用营收超 200 万美元。

  1.4 国产 PICO 硬件表现优异,应用生态任重道远

  2022 年 PICO 出货近百万台,在国内市场份额已居首位。PICO 是国内领先的 VR 一体机品牌,长年深耕于一体机领域,随着终端产品形态从 PCVR 转向一体机,PICO 在国内市场份额也快速提升。根据 Wellsenn 数据,2022 年国内 XR 合计出货约 135 万台,同比+207%,其中 VR 出货 121 万条,同比+218%,在 PICO4 等 新品的推动下实现了快速增长。2022 年全年,PICO 累计出货 98 万台,在中国 VR 市场中占据 81%的份额,已成为国内 VR 市场的主导品牌。

  PICO4 硬件相比 Quest 等同价位产品整体处于优势地位。2022 年 9 月发布的 PICO4 相比 Quest2、创维 Pancake 1C 等主流 VR 一体机产品,在 SoC 与存储层面与同级别产品持平,在显示上拥有更高屏幕分辨率,FOV 也更大。PICO4 是首批搭载 pancake 光学的 VR 一体机,较 Quest2 等产品更加轻薄。PICO4 较为领先地采用了彩色 VST 方案,带来了新鲜的虚实融合体验,在拓宽 VR 应用场景上进行了有效尝试。整体来看,PICO4 的硬件参数具有较强的竞争力。

  PICO 积极尝试通过直播、视频等形式在生态层面破局。PICO 相比 Meta 而言, 在生态层面仍有较大提升空间,尤其是在游戏领域相对 Meta 处于短板。2021 年字节跳动收购 PICO 后,在营销、内容上给予了多重助力,传统平面直播打法开始向 VR 领域导流。营销上,PICO Neo3 开启打卡半价活动,并频繁出现在抖音直播、综艺、平面广告等媒体中。生态上,PICO 陆续为用户带来了超沉浸观影、真人演唱会、虚拟偶像、体育赛事等多重沉浸式观影体验,并将抖音直播模式搬运至 VR 平台,在直播破局的路径上进行了有益尝试。

  PICO 积极引入 Quest 应用,PICO Store 优质应用数量不断提升。PICO 正积极引起 Meta Quest 的 VR 内容,并将向已为 Meta 开发了 VR 软件的开发者支付 1.5 万至 2.5 万美元的报酬激励其将 Quest 的应用移植至 PICO Store。根据 RoadtoVR 的统计,截至 2023 年 4 月,Quest Store 中评分最高的 20 款应用(截至 2023 年 4 月的数据),迄今已有 70%登陆 PICO Store。从总量上看,根据青亭网统计,截至 2023 年 4 月,PICO 2-4 代产品在 steamVR 硬件份额合计已达 1.95%,其中 PICO 4 的份额持续上升;而 PICO Store 国内应用数量从 2022 年 9 月 PICO 4 发布初期的 247 个已上升到了 2023 年 4 月的 392 个,逐渐逼近 Quest Store 的应用数量,但距离 Quest 整体应用数量仍有较大的提升空间。

  1.5 苹果 MR+政策+AI 赋能,多因素共振开启成长天花板

  1.5.1 产品端:苹果 Vision Pro 发布,“空间计算平台”时代开启

  苹果 Vision Pro 发布,开启下一代空间计算平台。2023 年 6 月 6 日,苹果 MR 眼镜 Vision Pro 于 WWDC2023 压轴发布,苹果将其定义为可比肩 Mac/iPhone 的下 一代空间计算平台,赋予了其极高的时代定位。该设备在 2 小时的发布会中占据了约 50 分钟的介绍时长,从软硬件层面深入介绍了 Vision Pro 的配置与应用场景,虽然前期硬件参数多有曝光,但应用生态层面的现场展示仍有较多震撼之处,贯穿全程的虚实融合应用理念弱化了传统 VR 所强调的沉浸感,将 XR 的应用场景推向了更为广阔的舞台,也契合了“空间计算平台”的产品定义。虽然较高的产品售价(3499 美元)以及较晚的发售时间(2024 年)与市场预期存在一定差距,但硬件配置与应用生态仍有许多亮点。

  苹果为 Vision Pro 打造了独立的应用商店,并与 iOS 的海量应用进行兼容,上线当日即有现成的成千上万的 app 可用。Vision Pro 是优秀的生产力工具。用户可将多个办公应用窗口同屏展开,并随意排列和调整大小,高清的屏幕分辨率让字体显得各位清晰锐利,再小的文字也便于阅读。支持蓝牙键盘与虚拟键盘,可与 Mac 快速连接,仅凭眼神注视就可将 Mac 的工作界面显示在 Vision Pro 的视野中。Vision Pro 支持远程协作互动,已适配多款办生产力工具 APP 以及常用的会议 app。Vision Pro 是优秀的居家娱乐工具。清晰的显示分辨率有望带来沉浸式的 3D 观影体验,巨幕观影叠加空间音频让用户仿佛置身影院。更多内容也将与设备同步上线,100 多款游戏与 Disney+服务当天即可享有。

  特色功能:Vision Pro 还具有 3D 摄像功能,以 3D 模式记录日常瞬间,播放时让人感觉到仿佛原景重现。此外,还可通过扫描面部构建用户数字化的 persona,并以 persona 的形象在 Facetime 等场景中实时重现面部表情,以期达到拟真的互动效果。根据 Wellsenn 数据,苹果 MR 头显 Vision Pro 合计 BOM 成本达 1509 美元。其中成本最高的零部件为 2 块由 SONY 供应的硅基 OLED 屏幕,合计成本约 700 美元,占总 BOM 成本约 46%,未来可能存在较大的降本空间。Vision Pro 的主+协处理器均为自研,为成本第二大元器件(合计 180 美元,占比约 12%)。光学与交互传感器成本分别为 80、121 美元,占比 5%、8%。大陆厂商市场供应环节相对分散,主要包括 IPD 调节(兆威机电)、摄像头/传感器模组(高伟电子、富士康)、结构件(长盈精密、领益智造)、PCB(鹏鼎)、MIC/SPK/代工等环节(美律、歌尔、立讯等),其中结构件(120 美元)与代工(130 美元)属于价值量相对较高环节。

  1.5.2 政策端:重磅催化来临,国内 B/G 端长线空间开启

  重磅政策《行动计划》助力行业实现 1-10 发展,远期目标市场规模 3500 亿元,终端销量 2500 万台。2022 年 11 月 1 日,工业和信息化部、教育部、文化和旅游部、国家广播电视总局、国家体育总局联合印发《虚拟现实与行业应用融合发展行动计划(2022—2026 年)》(简称《行动计划》)。相比于 2018 年的《指导意见》,该文件重磅定调虚拟现实产业初步构建了以技术创新为基础的生态体系,正迈入以产品升级和融合应用为主线的战略窗口期;并提出了 2026 年我国虚拟现实产业总体规模(含相关硬件、软件、应用等)超过 3500 亿元,虚拟现实终端销量超过 2500 万台的远期目标,提出了多行业应用场景落地(行业融合)的重点任务,为我国虚拟现实产业的发展指明了前进方向,注入了政策强心剂。

  1.5.3 应用端:AI 赋能,远期成长动能开启

  应用侧 AI 赋能,打开硬件端长线空间。看过去,XR+AI 早已深度融合,无论是是环境/动作识别、内容制作还是视觉辅助,传统 AI 已在产业链各环节及下游各应用场景中多点开花;看未来,GPT/SAM 等语言/图像大模型时代的到来或将对交互、应用体验带来全新变革。从产品形态及主流厂商布局来看,XR 的远期终极形态或为虚实融合能力更强的 AR,MR(VR+VST)是当前有效的过渡产品,GPT 代表的 NLP+SAM 代表的 CV 将成为 AR 时代的底层技术支架,从应用侧推动硬件长线空间打开。

  交互智能化,AI 助力 XR 理解世界与呈现信息。XR 实现虚拟与现实世界的无缝融合依赖于外部摄像头实现的 VST(视频透视)或透镜实现的 OST(光学透视)技术,其中的关键是头显对于环境的识别、理解与重构,CV 是其底层支撑技术。2023 年 4 月 Meta 发布 SAM 大模型,首次实现了 CV 领域通用分割模型。分割是 CV 的核心任务,传统的交互式分割与自动分割需要人工迭代或限定于特定对象,SAM 首次实现了自动+通用分割,零样本迁移能力大幅降低了标注成本提升了通用性,Meta 此次对 SAM 的开源标志 CV 领域的通用大模型时代到来,为 XR 理解环境、叠加信息奠定了底层技术基础,开发团队表示 SAM 最终可以识别通过 AR 眼镜看到的日常对象,并根据用户的注视点来交互显示物品的相关信息,该能力加速了虚拟与现实、VR 与 AR 的融合,使得 VR→MR→AR 的远期发展路径更加清晰。

  AI 助理有望促动 XR 眼镜打开长期空间。XR 眼镜作为最便携、对视野覆盖最全面的可穿戴设备,语音交互预计成为主要输入输出方式,参考智能语音助手从应用侧驱动智能音箱等终端设备渗透率快速提升,AI 助手同样有望带动 XR 眼镜的快速渗透。ChatGPT 等语言大模型有望带来 AI 助理认知颠覆式升级,ChatGPT 插件发布使得 AI 助理的知识库得到了实时更新,用户有望通过自然语言指挥 AI 助理替自己与各种应用进行交互,目前 OpenAI 官网展示的插件的具体功能已经包括了推荐餐厅、制定网上购物、出游、办公、检索、语言教学等,涵盖衣食住行 各个方面。未来,随着 AI 助理的全面铺开,XR 应用场景与长期空间有望被充分打开。

  AIGC 时代开启,内容生产力有望几何级提升。随着内容创作工具的日益丰富、用户群体的日益庞大,内容创作模式经历了从 PGC 到 UGC 到 AIGC 的演变过程,在早年专业化的传播模式中,PGC 占据主流地位,随着移动互联网的的兴起,用户发表内容的门槛日益降低,UGC 开始成为主流。近年来 AI 技术的成熟,AIGC 开始在各种网络社区中占据重要地位,文字、图像、视频等领域多点开花,AI 创作的内容开始比肩优秀人类创作者的作品。在 XR 中,全景+双目呈现的需求导致 VR 内容较传统平面内容创作难度大幅提升,AI 的加入则有望实现 2D 转 3D、文字生成全景图片/视频的自动化生产。2023 年 4 月,新加坡南洋理工大学的研究团队更新了一个全新的 Text2Light 框架,只要用户用文字输入一个描述得很清晰的场景,系统就能生成逼真的 3D 全景场景,且整个过程无需训练数据,未来有望成为 VR 内容生产力工具底层驱动力。

  2 产业链拆解:芯片/显示/光学/传感交互齐头并进

  VR 头显硬件主要可分为芯片、显示、光学、传感交互四大模块及其他。芯片模块中,CPU/GPU/RAM/ROM 作为算力与存储核心硬件,影响着除光学、机械外的所有性能。显示与光学模块中,屏幕和光学模组协同影响显示效果,同时光学模组的体积也对头显整体体积重量、佩戴舒适度影响较大。传感交互模块中,传感交互系统包含众多元器件和零部件,共同负责体感与显示的体验统一、影响使用交互性。

  芯片、显示、光学、传感交互占据了 XR 的主要成本组成,其中芯片与显示的成本最为高昂。以具有代表性的 VR 一体机 PICO4 为例,其综合硬件成本约 368 美元,折合人民币税前成本约 2576 元(人民币比美元汇率假设为 7)。芯片组(SoC+ 存储芯片+其他芯片)合计成本约 113 美元,占比 31%,作为影响 XR 体验的算力底座享有最高价值量。显示(屏幕)成本约 84 美元,占比 23%,小尺寸高分辨率屏幕难度较大,PICO 的屏幕为 LCD 方案,若切换为硅基 OLED 方案则成本将大幅提升。光学模组(pancake 模组)成本约 44 美元,占比 12%,当前处于创新与迭代的初期,未来有望被主流产品全面采用。传感交互(各类传感器)成本为约 34 美元,占比 9%。

  2.1 芯片:全面影响 XR 体验,先进算力定义者有望维持领先

  2.1.1 芯片算力影响显示、定位、VST 等功能

  算力全面影响体验,GPU 性能有待大幅提升。主控芯片对 VR 沉浸感体验影响是全方面的,包括画面渲染、定位、VST 等。画面渲染方面,1)当前 VR 一体机物理分辨率虽已达 4K,但为保证应用的流畅性,实际渲染分辨率会下调,造成模糊感,本质上是芯片算力不足的妥协方案。2)PPD 的理想状态是 60,在 FOV100° 情况下单眼分辨率要达到 4K(当前 2K 为主)以上会接近于视网膜级别的清晰。分辨率的上升会导致需渲染的像素数成倍增加,从而 GPU 性能有极高要求。

  定位 方式方面,相比于需要事先安装定位点设备的 Outside-in 定位技术,Inside-out 依靠光学追踪,无需基站,通过摄像头检测外部环境并利用 SLAM 视觉算法以计算出摄像头的空间位置,更加方便且已被利用于大部分热销 VR 一体机上。而红外摄像头越多、定位越精确,使用的算力也更多,仍有一定提升空间。VST 方面,立体多像 MR 穿透显示更真实,对头显提出了深度识别的需求,当前主流方式是黑白追踪摄像头成像+彩色摄像头补色。在没有深度传感器的情况下只能通过 2D 摄像头获取的双画面运算推测深度信息,进一步带来了对 GPU 算力的需求。

  2.1.2 竞争格局:高通主导,国产错位竞争,苹果自研

  高通主导 XR SoC 市场,国内厂商错位竞争。早期 XR 芯片主要以手机、可穿戴芯片复用为主,随着 XR 产品出货量逐渐上升,以高通为代表的移动 SoC 厂商开始为 XR 定制芯片。Meta 历代产品均搭载高通的 SoC,并且 PICO 也采取跟随策略,因此目前高通在 XR 市场中处于绝对领先地位,国产芯片厂如紫光展锐、瑞芯微虽有少量涉足,但主要集中于非主流产品中,处于错位竞争关系。瑞芯微的 RK3588 已导入观影产品,未来有望拓展更多客户。国内厂商瑞芯微于 2021 年推出 RK3588 芯片,该芯片采用 8nm 先进制程,CPU 采用八核 64 位大小 核架构,即四核 A76+四核 A55 结构;GPU 采用 ARM Mali-G610 MP4,专用 2D 图形加速模块;内置 6TOPs 算力 NPU;搭配 RK3588 AR/VR 显示模组及整机解决方案,具有高画质、高刷新率、快速响应、低延迟等特点。该芯片现已搭载在 GOOVIS D4、SeerPad™ One。未来 RK3588 的 AR/VR 应用场景中将有更多客户项目导入。

  苹果采用自研 M2+R1 芯片,先进算力驱动硬件性能释放。苹果的 Vision Pro 采用 M2+R1 双芯片方案,其中 M2 芯片的任务是执行任务、瞬时交互、运行计算,使用户可以通过头显设备访问应用;而 R1 处理器属于低功耗芯片,负责定位、协同、视觉图像处理或传输等功能。苹果 M2 芯片基于 ARM 架构,釆用台积电 5nm 工艺,包含 200 亿个晶体管,其性能与功耗相比高通、AMD、Intel 的同类芯片均有较大优势,此前更多应用在 13 寸 MacBook Pro、13 寸和 15 寸 MacBook Air(M2 芯片机型)当中。苹果首次将 PC 级芯片应用于 XR 等轻薄型移动终端,有利于打开 XR 的算力瓶颈,实现更加流畅的使用体验,维持终端产品的领先定义。

  2.2 显示:视觉体验之基,硅基 OLED 处于迭代临界点

  2.2.1 显示器决定清晰度,硅基 OLED 或将成为主流

  LCD 与 OLED 为常见微显示方案,二者结构不同,各有优势。根据显示技术的 不同,显示器可划分为由液体晶体组成的 LCD 显示器和由有机发光二极管组成的自发光 OLED 显示器。LCD 由两片玻璃基板中间夹着一层液晶,上层玻璃基板是彩色滤光片、下层玻璃则镶嵌着电晶体,当电流通过电晶体所产生的电场变化,使得液晶分子原本的旋转排列发生扭转,进而改变光线通过的旋转幅度,并以不同比例照射在彩色滤光片上,进而产生不同的颜色。OLED 是在铟锡氧化物玻璃上制作一层有机材料发光层,并在发光层上再覆盖一层低功函数的金属电极。通 过外界电压的驱动下,正极电洞与阴极电子便会在发光层中结合,产生能量并发出光,因材料特性不同而产生 RGB 三原色,来构成基本色彩。

  由于没有液晶层和常亮背光层的存在,OLED 显示器厚度更薄、功耗更低;同时由于 OLED 能单独控制每个子像素的亮度和开光,能实现相当于像素级别的背光,画面对比度更高。但有机材料会氧化,OLED 的使用寿命相对较短,峰值亮度不高。除 LCD 和 LED 外,还存在 DLP 数字光处理技术,开发者和主要供应商皆为德国仪器。

  苹果 Vision Pro 发布,8K 硅基 OLED 带来“视网膜”级清晰体验。在 VR 头显中,苹果的 Vision Pro 是首家搭载硅基 OLED 屏幕的主流产品,其分辨率达到了单眼 4K、双眼 8K 水平,假设其 FOV 在 100°左右,则对应 PPD 约为 40。目前主流产品如 PICO4、Quest2 等显示器分辨率均在 2K 左右,FOV 约 100°,对应 PPD 为 20,存在一定的“纱窗效应”,而苹果 Vision Pro 约 2 倍的 PPD 有望实现近乎“视网膜”级别的清晰度,大幅削弱颗粒感,提高渲染画面对现实场景的拟真感,从而提供无缝的虚实融合体验。Mirco-LED 或将是 XR 显示技术的终局。

  Micro-LED 是将传统 LED 阵列化、微 缩化后巨量转移到电路基板上,形成高密度排列和超小间距的 LED,致力于单独 驱动无机自发光(自发光)、让产品寿命更长。LED chip 从 1000mm 级别, 缩小到 十分之一的 100mm 级别为 Mini-LED(RGB), 缩小到百分之一的 10mm 级别为 Micro-LED。Micro LED 显示器无需大面积的基板进行光刻或蒸发,也无需复杂的 过程来转换颜色和防止亮度降低。在对比度、反应性、寿命、省电等诸多规格表 现上,Micro LED 明显优于 Micro OLED。

  在考虑穿透式 AR 智慧眼镜因光波导组件技术的限制,导致光效率难以突破 1% 限制的前提下,中长期来说 Micro LED 是绝佳微型显示器光引擎技术的选项,或将成为 XR 显示器的未来发展方向。但如何实现良率高且成本低的巨量转移,是 Micro-LED 的技术难点。TrendForce 指出,Micro LED 提高竞争力的关键在于,第一尽可能降低晶片成本,相较于目前市场 主流的 6 寸产线,采用 8 寸产线生产 Micro LED 会让晶片成本更为经济。第二,需要扎实的半导体技术做为量产后盾,提供给客户从晶片到转移,再到检测维修的完整解决方案。

  2.2.2 硅基 OLED 处于市场化前期,未来存在较大发展空间

  XR 行业硅基 OLED 尚未成为主流,当前市场规模和出货量较小、但未来发展前景较大。市场规模方面,据 CINNO Research 统计,2021 年全球 AR/VR 硅基 OLED 显示面板市场规模约为 6400 万美元。未来随着 AR/VR 产业的发展以及硅基 OLED 技术的进一步渗透,CINNO 预计至 2025 年全球 AR/VR 硅基 OLED 显示面板市场 CAGR 有望达到 119%。出货量方面,根据群智咨询统计,2022 年全球 XR 头显用面板出货中,Fast-LCD 占比高达 94%。

  而硅基 OLED 占比约为 4%,其中以尺寸要求不高的 AR 眼镜为主。2022 年全球 XR 头显用硅基 OLED 面板出货约为 43 万片,同比增长翻倍,增量主要来自消费 AR 头显市场的出货带动。2023 年随着苹果将发布搭载硅基 OLED 的 MR 头显,以及消费 AR 头显市场将继续保持增长,在这些积极因素影响下,硅基 OLED 出货将继续保持高速增长,群智咨询预计 2023 年全球 XR 头显用硅基 OLED 面板出货有望超 150 万片,实现超 2 倍的增长。Fast-LCD 仍为 VR 主流方案。主流 VR 头显中,Fast-LCD 仍为最主流的显示技术,如 PICO 4、PICO 4 Pro、Meta Quest Pro,以及 2023 年 1 月份发布的 Ajna XR。而 2023 年下半年拟发售的松下 VR 眼镜 MaganeX 和苹果公司的首款 MR 头显,预计将采用 Micro-OLED 显示技术。

  2.2.3 竞争格局:日厂主导,国产厂商尚处产业化初期

  硅基 OLED:国外厂商布局早,份额占比高。从近眼显示面板出货的竞争格局(不包含军工用产品出货)来看,目前可以量产硅基 OLED 的厂商依然较少。全球 XR 行业硅基 OLED 出货量市场份额中,Sony 占比 78%,爱普生和视涯分别占 20% 和 1%。全球从事开发、生产硅基 OLED 显示屏的厂商较少,欧美公司较早进入市场,主要为美国 eMagin、日本 Sony、美国 Kopin、法国 Microoled、德国 Fraunhofer IPMS 以及英国 MED 公司。中国从事硅基 OLED 显示屏的公司,主要以视涯、北方奥雷德、云南创视界(京东方投资)等为主。清越光电、熙泰智能、湖畔光电、芯视佳、昆山梦显和南京昀光等公司也在布局硅基 OLED 产线和产品中。

  2.3 光学:视觉体验核心,Pancake 已成主流方案

  2.3.1 Pancake 已成主流方案,光学模组迎价量齐升

  光学方案:向更轻薄、更大视场角、更小畸变发展。VR 光学成像主要是利用光学透镜的折射,让无法自然成像的 VR 屏幕能够在视网膜上聚焦成像,同时放大屏幕图像尺寸、获得更大视角。光学方案历经了从非球面透镜、菲涅尔透镜和当今逐渐成为主流的 Pancake 三个阶段,较为前沿的 VR 光学技术包括异构微透镜方案、液晶偏振全息方案和超透镜方案等。总体而言,VR 光学方案的发展趋势是追求更加轻薄的光学镜头、更大的视场角 FOV 和更小的畸变。

  三种光学方案的技术原理和比较。非球面透镜是基于传统的球面透镜优化而来,能减少球差、更加精确地同时操控多种不同波长的光,提高边缘成像质量。菲涅尔透镜在传统凸透镜的基础上,去掉衰减光线的直线传播部分,只保留发生折射的镜头曲面,节省材料的同时尽量让图像各处亮度保持一致。Pancake 则是利用光线在 BS 镜片、相位延迟片以及反射式偏振膜之间多次折返,完成光学成像。通过多次折返,Pancake 能在较窄机身的情况下实现光路的延长和光线合焦,从而大幅缩小机身厚度。前两种方案的 TTL 约为 40-50mm,Pancake 基本能降至 18-25mm。同时通过透镜组合,Pancake 边缘成像较好、能直接进行屈光度调节,目前普遍调节范围是 0-700°,而非球面和菲涅尔方案则需要增加透镜来调节。但 Pancake 也存在光损失较高、整体光利用率只有 10%-20%;FOV 不足、基本处于 60-90°;容易形成伪影、成本较高的缺点。

  Pancake 逐渐成为主流方案。早期 VR 盒子大部分使用非球面透镜,目前少数 VR 头显也仍在使用非球面透镜,但大部分 VR 头显选择采用菲涅尔透镜或 Pancake。目前采用菲涅尔透镜的产品包括 Meta quest2、PICO Neo3、NOLO Sonic。Pancake 继 2016 年较早被搭载在哆哚 VR1 以来,也陆续在华为、创维、PICO、Meta、HTC、苹果等厂商的 VR 产品中得以应用,如 PICO 4 Pro、Meta quest Pro、HTC Vie Flow 和即将发布的苹果的 Vision Pro。Pancake 迎合了 VR 产品走向轻薄化的趋势,逐渐成为主流光学成像方案。前沿光学方案:多叠折返式自由曲面光学、异构微透镜阵列光学、液晶偏振全息光学 LCPHs、超表面光学。

  多叠折返式自由曲面在棱镜上切割四个自由曲面,将四个独立的画面分别在自由曲面棱镜中做两次折返;与折叠光路 Pancake 类似,但不依赖于偏振光。它的 TTL 约为 40-50mm,比非球面和菲涅尔透镜稍薄;同时中间位置适合安装眼动追踪等元器件,实现更高精度。但它对棱镜加工精度要求高。异构微透镜阵列光学方案则采用定制化的异构微透镜阵列,取代非球面和菲涅尔等传统的光学透镜,并将它们放置在弯曲显示器(柔性显示屏)的前面;每一个微透镜区域成像,最终形成完整的画面。该方案能达到 180°超大的视场角、弧形排列也更贴合人脸,但对微棱镜的加工精度、显示屏图像反畸变算法要求高。

  液晶偏振全息光学方案的光路和 Pancake 类似,通过液晶 LC 以像素级精度调制偏振态和传播方向、调制后的光进入偏振全息元件 PHS,以偏振态进行折返,从而在极小的 TTL 中完成聚焦。该方案轻薄、可变焦且光效高(95%),但材料成本高、生产工艺和全息计算算力难度高。超表面光学方案将大量小于电磁波波长的器件按一定规律排布起来,以较小的尺寸完成对传统电磁波器件的替代和升级。同时,纳米结果聚光也减少了色差,但层间串扰导致成像质量难以控制,需要引进高要求的全息技术来调控,微纳技术和类半导体工艺难度大成本高。

  2.3.2 竞争格局:模组供应百花齐放,部分环节存较高壁垒

  非球面和菲涅尔透镜供应商较多,Pancake 全产业链均有入局者。非球面透镜和菲涅尔透镜的制造工艺已成熟,成本相对较低。非球面基本由光学生产厂商设计、自我设计或委托加工,菲涅尔透镜则是市场上主流的 VR 代工厂商和光学厂商都能提供,如歌尔股份、欧菲光、双莹光电、舜宇光学等。Pancake 的制造工艺相对要求更高,产业链各环节均有入局者,包括光学厂商、屏幕厂商、整机厂商、ODM/OEM 厂商、核心材料厂商。光学厂商,如拥有长期光学设计加工经验的舜宇、欧菲光、多哚、水晶光电等。屏幕厂商,拥有生产微型高分辨率屏幕能力,从屏幕向光学延伸,如美国硅基 OLED 厂商 Kopin、中国硅基 OLED 厂商视涯、TCL 华星光电。整机厂商,关键技术自研或联合研发保证产业链稳定可控。

  例如 Meta、PICO、苹果、华为。ODM/OEM 厂商,从整机设计制造能力往上游关键零部件延伸,例如歌尔、立讯立景。核心材料厂商,例如 3M,从反射偏振膜往模组延伸,开拓纵向一体化能力。Pancake 贴膜工艺难度高,供应商较少。Pancake 光学模组生产包括光学设计、透镜加工、透镜贴膜、组装、检验和封装六个流程,其中贴膜环节的反射偏振模、1/4 相位延时片膜材以及贴膜工艺是影响成像质量的关键因素。膜材方面,更轻薄的方案需要更低的双折射、更稳定的偏振态传输,全球只有 3M、旭化成等少数企业的 1/4 相位延时片与反射偏振膜能达到要求;

  因此 Pancake 膜材的成本高昂,单组透镜的贴膜材料成本达到 70-100 元。贴膜工艺方面,对比平面贴膜,曲面贴膜能带来更大的 FOV 和更优质的成像质量,但由于技术工艺要求高,良率较低,仅 3M 等海外巨头推出相关交付方案;国内厂商中,三利谱基于自身偏光片生产能力,提供在屏幕侧偏光片贴合与近眼侧 1/4 相位延时片贴合。检测环节,新光学方案迭代早期需要进行充分的检测验证,杰普特在成像检测、眼动追踪检测等光学检测领域是大客户独供,具有较强的稀缺性。

  2.3.3 IPD+屈光调节:沉浸感提升新方向

  IPD 调节是影响沉浸感的关键。由于 VR 显示是双目独立成像,因此良好 3D 效果的呈现需要保持光学中心的一致,否则使用者容易感到辐辏冲突、晕眩感和视野模糊等。VR 光学的瞳距调节正是用于解决这个问题,通过调整镜片之间的距离来匹配佩戴者的瞳距大小,让人眼、光学透镜和屏幕处于同一中轴线,从而适应不同瞳距的用户,优化体验感。瞳距调节向电机驱动、无极、自动和单目独立调节发展。早期 VR 产品多为采用手动分段调节的方式,精度不高且耗时较长,如 Quest2。

  后来,电动无极调节的方案被应用,分段式转为无极式让瞳距适配的精确度提高,如 PICO 4。现在,随着眼动追踪技术的引入,自动识别瞳距有望被实现;为追求更加精确的适配效果,单目独立调节设备也有望进一步被应用。今年 4 月发布的 PICO 4 Pro 版本就已配合两颗眼动追踪摄像头和自研 IPD 算法实现电机自动无级调节,单位调节精度为 0.5mm,用户只需盯着小绿点移动即可轻松完成瞳距自动校准。苹果 MR 预计也会采用自动化双目独立调节。总体来看,瞳距调节发展方向是机械到电动、分段到无极、手动到自动、双目到单目独立;整体原则是透镜距离准确匹配瞳距,且操作简洁无感。

  2.4 传感/交互:新型交互百花齐放,VST 开启虚实融合新时代

  2.4.1 定位:6DoF 已成主流

  头手 6DoF-Insideout 是目前主流定位方式。6DoF 其实是指六个自由度,分别代表 X、Y、Z 三轴上的旋转和位移,旋转数据反映用户的姿态坐标,位移数据反映位置坐标。传统 3DoF 只能捕捉头部旋转数据,用户以头部为中心点环视虚拟画面,因此更多地被利用于观影场景;而 6DoF 能获取用户在虚拟实际中的身体运动和空间位移,交互感显著增强。目前多采用正面 2-4 个传感器配合手柄传感器的方案,联合完成定位。以 PICO 4 为例,头显内部配置 4 个追踪摄像头和陀螺仪,利用 SLAM 算法完成头部定位,同时 16 个红外传感器协助手柄定位,达成头手交互。目前,6DoF 配合 Inside-Out 的头手交互已成为新品标配,2022 年发布的 PICO 4、创维 Pancake 1C、YVR2、Quest Pro 等均采用 6DoF 头显/手柄定位方式。另外,彩色 VST、眼动追踪和面部识别也成为 VR 交互的创新点,在部分新产品有一定体现。

  2.4.2 彩色 VST:开启虚实融合新时代

  黑白 VST 向彩色 VST 演变,算法算力要求提升。VST 全称为 Video See-Through,也就是影像透视的意思,是通过前方摄像头将真实画面渲染在头显设备中,并进行显示的一项技术。VR 产品逐渐从搭载黑白 VST 向搭载全彩 VST 演变。全彩透视的实现过程可分为四步,即透视、空间锚点(放置 AR 物体)、三维重建、环境理解和对象识别方面。相比于简单的黑白透视,全彩透视对硬件和算法的要求更高。硬件方面,当前彩色 VST 主要通过正面的彩色摄像头(负责补色)搭配原有追踪摄像头(提供深度信息)来实现,基本能够满足要求。算法方面,由于全彩透视对分辨率、色彩还原度和准确性要求较高,空间位置上需要获取正确的匹配和遮挡关系,因此往往需要一套接近实时重构的算法。这对算法、算力、头显自身处理计算的能力要求高,是目前需要解决的问题。

  彩色 VST 扩宽 MR 应用空间。早期的黑白 VST,用于安全空间的识别,在用户处于活动区边界时显示真实物理场景,防止磕碰。而目前彩色 VST 逐渐流行,不单单局限于安全边界的提示,而是让现实和虚拟的交互进一步增强,短期来看使 VR 具备了 AR 的功能,进一步拓宽了 VR 的使用场景。如主打办公的 Quest Pro 展示了基于彩色 VST 的办公、创作、协作、游戏等众多应用场景。彩色 VST 逐步成为主流配置。自 2022 年以来,搭载彩色 VST 技术的 VR 新品不在少数。VRgineers XTAL3、TCL V1、奇遇 MIX 以及 Ajna XR 一体机采用双目 RGB VST;PICO 4、HTC Vive XR Elite 和夏普短焦 PCVR 采用单目 RGB VST;松下视觉辅助 VR 眼镜支持特定 VST。

  2.4.3 眼动追踪:可节省算力的交互新趋势

  眼动追踪开启交互新时代。眼动追踪是指通过传感捕捉、提取眼球特征信息,从而测量眼镜的注视点位置、眼球运动情况和注视时长。将眼动追踪应用到 VR 设备中能带来三个方面的优势。第一,节省渲染资源,通过弱化注视点以外的画面渲染,实现在保持注视点效果的同时降低渲染算力要求。例如,Tobii Spotlight 动态注视点技术能在 PICO Neo 3 Pro Eye 的硬件环境下,将帧率提高 78%,一体机能耗降低 10%。第二,能更好地进行用户行为分析,通过分析用户的注视点习惯,了解用户所关注的焦点内容、优化后续内容呈现。例如,升级了 Tobii 眼动追踪等系列传感器的 HP Omnicept 平台,能够对 VR 用户活动(例如脑力使用)进行监测、分析和反馈。第三,眼动追踪也带来了更多的交互体验,如身份识别、IPD 自动调节、社交眼神交流、游戏开发中的意图理解分析等。

  眼动追踪当前有 5 种方式,其中瞳孔角膜反射法最为常见,红外摄像头与光源是必备硬件。眼动追踪当前主要有 5 种实现方式,所需硬件和代表厂商各不相同。其中瞳孔角膜反射法较为主流,它需要 2 个以上红外摄像头和红外光源。光源发射红外光经眼角膜反射形成闪烁点,眼动摄像机捕捉眼睛的高分辨率图像,经算法解析获得定位闪烁点与瞳孔的位置,最后借助模型估算出视线方向和落点。目前眼动追踪技术的难点主要体现在三个方面:第一,整合方案的适配,VR 头显设计方式各异,不同的光学方案需要不同的追踪方案进行支持,需要提供整合方案 的厂商协助下游节省研发成本。第二,高精度的人群覆盖,眼动追踪需满足在各类消费者身上的适用性,在大部分人群中实现高精度追踪难度较大,需要足够的行业 know-how。这一点上,Tobii 厂商的表现优于其他厂商。第三,成本控制,眼动追踪在 B 端已较为成熟,进入 C 端后控制硬件和工程成本重要性开始凸显。

  2.4.4 面部识别:虚拟社交新要素

  面部捕捉识别人物表情,助力 VR 社交。面部识别是指借用摄像头或 Mark 点,对人物面部特征、面部肌肉运动等进行捕捉的一项技术。该技术在电影制作等领域已较成熟,在 VR 领域主要用于传统的身份识别和更为细致的表情识别。身份识别主要用于识别用户身份,在 B 端多用户的场景下重要性凸显。表情识别主要指对人脸的动作、表情的细微变化进行实时反映,从而传达更为细致的人类感情。表情识别的应用,能创造出与真实表情同步的虚拟场景,提高用户在 VR 社交中的体验感。如,在 Meta Horizon 平台中用户能通过表情察觉对方情绪变化,与其他用户更加真实地聊天。

  2.4.5 手势交互:下一代交互方式的核心

  手势交互实现方式多样。新一代 VR 产品普遍配置了手势交互的功能,包括早期基于手柄实现的手部交互追踪、日渐成熟的基于计算机视觉路线的裸手手势交互、以及借助手套、手环、腕式追踪器等配件的手势交互。消费端 VR 所采用的手柄交互方案,主要靠手柄内置的传感器、红外 LED 等实现大框架内的手部定位和移动追踪,通过按键方式实现交互。裸手交互方案,则主要依靠头显上的摄像头捕捉手部图像,并结合计算机算法(如 SLAM)实现对手部的骨骼建模、移动追踪、手势识别和交互。总的来说,手柄在操作成功率和触感反馈上优于裸手交互;而裸手交互能真正“解放双手”,让用户以最直观和最自然的方式体验增强现实和物理世界之间的融合。基于配件的交互方案则是借助不同形态的外置设备对手部进行追踪和触感反馈,技术实现方式不一。

  3 重点公司分析

  杰普特

  杰普特深耕 MOPA 等上游核心激光技术,激光器、光学智能装备双轮驱动成长。1)激光器方面,公司自研 MOPA 激光器全球领先,大功率光纤激光器国内先进,公司凭借自制上游核心光源能力成功开拓新能源激光加工应用,在锂电加工方面,公司在宁德时代、B 客户等激光器及设备导入顺利已获批量订单,有望实现国产替代示范效应拓展更多二、三线客户。在光伏方面,公司当前已覆盖 PERC/TOPCon/BC/钙钛矿/玻璃/PL 检测多技术路线多重工艺,其中 TOPCon SE 激光器已批量出货,首台钙钛矿设备已于 21 年交付,新一代模切、清边设备覆盖 P1- 4 工艺流程,加工效率提升 8 倍,有望受益 N 型电池扩产及钙钛矿快速成长在行业占据重要地位。

  2)光学设备方面,2022 年公司 XR 检测设备获得消费电子龙头客户订单且多为独供,当前大部分产品完成验收。目前已与客户沟通下一代检测设备,并积极接洽新客户,未来有望随终端放量及新品迭代享有广阔空间。此外公司在多个下游领域均有良好发展前景。VCSEL 芯片模组集成度提高体积缩小,公司涉足环节及单线设备量有望增加;摄像头模组迭代更新,公司持续跟进新型检测需求;被动元件景气有望回暖,公司受益行业扩产及绕线/剥漆/测包/检测等新品设备持续开拓。

  公司积极投入 VR/MR 成像质量检测设备,下一代设备有望加入更多检测项目。由于 VR/MR 显示的本质是通过光学系统将屏幕放大并投射到人眼中,人眼所看到的其实是屏幕的虚像,从而获得一种虚拟的沉浸感,因此,VR/MR 眼镜产品成像质量的自动化检测非常重要,而显示成像畸变会极大影响用户的产品体验。近年来,公司与产业伙伴联合创新,积极投入 VR/MR/AR 光学检测技术如用于自动化检测 VR/MR 眼镜产品相对人眼瞳孔成像缺陷的研发,内容包括:成像畸变、成像清晰度、屏幕缺陷、屏幕亮度差异、对比度、瞳孔游移、镜片焦距、鬼影等。得益于公司在光学设计、视觉算法及运动控制等领域的多年技术积累,已经可以满足客户对高准确度和高重复性的测试的需求。同时,公司也在协助客户开发下 一代 VR/MR,以及 AR 检测设备,计划加入更多的光学检测项目,例如 MTF、偏振、光谱、色彩均匀性等。

  兆威机电

  兆威机电是微型传动系统领先供应商,下游应用多点布局。公司深耕微传动系统,立足核心精密齿轮制造能力向微驱动系统拓展,凭借“一站式”解决方案持续开拓多领域应用,获得了下游行业知名企业的广泛认可。过去几年,公司受产品结构调整、宏观冲击、研发投入等多因素影响业绩承压。未来,公司将重点聚焦汽车电子、智慧医疗、AR/VR、工业装备等领域的开拓,传统通信业务预计稳健,整体业绩有望迎来拐点,重回增长趋势。公司 IPD 调节模组已批量出货,未来有望导入下游更多大客户。

  XR IPD 调节是降低晕眩感的关键,由于终端对“轻薄短小”的产品定义追求,对 IPD 调节模组也提出了关于尺寸、噪音、精度等多维度标准。公司产品通过微型传动模组,可实现智能化 VR 瞳距调节,提高调节精确度,助于缓解 VR/AR 设备佩戴眩晕感。目前精度可精确到 1s 走 0.05mm 行程,且内置传感器,保证两镜像模组运动的同步性。根据 Wellsenn XR 报告,当前 PICO 4 中的电动瞳距调节方案已采用公司微传动模组,公司在早期阶段成功卡位行业龙头客户,未来随着终端产品中电动瞳距调节及单目独立调节方案应用逐步增加,叠加潜在的屈光调节方案,公司有望占据重要市场份额,相关业务收入也有望实现较大增长。

  国光电器

  国光电器主营业务是音响电声类业务及锂电池业务。公司音响电声类业务主要产品包括扬声器、蓝牙音箱、智能音箱、汽车音响、专业音响、VR/AR 产品、电脑周边音响、Wi-Fi 音箱、soundbar 产品、耳机等。锂电池业务其主要产品运用于无线耳机、智能音响、可穿戴设备、电子烟、无人机等产品。公司成立 70 年来,与众多国际品牌音响类、巨型平台类优质客户建立了长期的战略合作伙伴关系,并在技术领域展开富有成效的深度合作。过去几年公司整体收入维持增长,但利润受汇率波动、上游涨价、“缺芯”等影响有所波动。

  近年来公司在传统音箱、车载声学、VR 声学领域均有布局,下游共同驱动公司成长。在传统声学领域,AI 大模型的出现带来了智能音箱新机遇,公司为国内多家互联网企业如百度等生产制造的之智能音箱可搭载 ChatGPT、文心一言等应用。在车载声学领域,公司已获多个头部车企定点,未来也有望持续开拓更多客户。在 VR 声学领域,公司已成为国内外主要头部 VR 企业声学模组供应商,M/P 客户等 VR 头部企业的产品稳定供货,份额稳中有升。公司已建成 VR 整机车间,具备 VR 整机生产能力。未来随着 AI 大模型的普及,XR 终端出货量有望快速增长,公司卡位全球头部客户,从声学模组切入整机,拥有广阔的成长空间。

  三利谱

  三利谱在偏光片行业发展十余年,是国内偏光片行业的开拓者。公司凭借突出的研发能力、优秀的综合运营能力、客户需求的快速响应能力,在偏光片行业中拥有突出竞争优势,是国内偏光片行业龙头企业之一。公司实施差异化经营定位,聚焦中小尺寸市场,是华为、小米、oppo、vivo、亚马逊、联想等全球著名终端品牌显示屏材料供应商。由于消费电子整体需求疲软,上游偏光片亦受到一定程度拖累,2022 年公司实现营业收入 21.74 亿元,同比下降 5.66%;实现归母净利润为 2.06 亿元,同比下降 38.84%。

  公司是 pancake 膜材与贴合供应商。公司抢先在 VR 领域布局 Pancake 折叠光路方案的必要光学膜,凭借优异的定制化光学膜设计能力、丰富的多层光学膜精密贴合经验、极小尺寸高精度裁切加工能力等优势,开发并量产该产品并形成技术壁垒,成为中国大陆首家具有该产品量产能力的厂商,目前仍在持续投入进行产品升级迭代中。2022 年公司 VR 头显折叠光路用偏光片实现量产出货并持续提升产品性能,为公司培育出新的收入及利润增长点。

  佳禾智能

  佳禾智能主营业务为智能电声产品和智能穿戴产品等智能硬件的研发、生产和销售。公司的电声产品包括 TWS 耳机、骨传导耳机、智能音箱等;智能穿戴产品包括智能手表、智能眼镜等,其中智能眼镜包括音频眼镜、骨传导眼镜、VR/AR 等。2022 年公司营收虽有下滑,但归母净利润实现大幅增长,主要是因为高毛利产品的落地、越南与江西生产基地产能的释放带来的毛利率提升以及人民币贬值带来汇兑损益。公司 B 端 AR 眼镜已出货,C 端产品也将于 6 月左右出货。2022 年,公司为瑞欧威尔生产的工业级 AR 眼镜已经出货,2023 年为客户生产的消费级 AR 眼镜将于 6 月左右出货。公司还于 2023 年 4 月公告参股了光学显示模组的珑璟光电,其产品主要应用于 AR 眼镜等 AR 设备,并签订了《战略合作协议》,预计与公司的 ODM 业务形成协同关系。

  来源:未来智库

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