5G來臨，AR/VR行業(yè)或?qū)⒒嘏?。產(chǎn)業(yè)鏈的布局正以提升硬件性能和價(jià)格優(yōu)勢為先，同時(shí)注重應(yīng)用生態(tài)構(gòu)建。預(yù)計(jì)在五年內(nèi)，光學(xué)組件、感知交互系統(tǒng)、開放性應(yīng)用平臺將依次成熟，助力AR/VR二次爆發(fā)。

一、“云管端”三步走，AR/VR有望在2025年實(shí)現(xiàn)深度沉浸

VR 又稱虛擬現(xiàn)實(shí)，以沉浸式的視聽模擬為用戶重構(gòu)虛擬世界。其側(cè)重于游戲、直播、影視和社交等消費(fèi)端市場，對顯示畫質(zhì)有較高要求。而AR指增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，強(qiáng)調(diào)虛擬信息與現(xiàn)實(shí)環(huán)境的 “無縫” 融合。其應(yīng)用于工業(yè)、軍事和醫(yī)療等領(lǐng)域，更注重感知交互。

虛擬（增強(qiáng)）現(xiàn)實(shí)技術(shù)可用“云管端”架構(gòu)進(jìn)行總結(jié)： 終端方面，光學(xué)組件和傳感器的升級將分別推動近眼顯示和感知交互技術(shù)的成熟，為用戶提供更好的沉浸式體驗(yàn)；管道方面，5G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)母咚俣?、低延時(shí)和大帶寬將支持AR/VR在視頻和游戲等大數(shù)據(jù)領(lǐng)域的應(yīng)用；云端方面，云渲染將解決海量數(shù)據(jù)的處理問題，推動VR/AR終端由主機(jī)綁定到獨(dú)立設(shè)備的輕量化轉(zhuǎn)變。

同時(shí)，云端化的內(nèi)容制作和分發(fā)也有利于營造開放互通的生態(tài)圈。虛擬（增強(qiáng)）現(xiàn)實(shí)分為四個(gè)階段：初級沉浸、部分沉浸、深度沉浸和完全沉浸。現(xiàn)在AR/VR 尚處于部分沉浸向深度沉浸邁入的階段，預(yù)計(jì)2025年可以實(shí)現(xiàn)深度沉浸。

圖表1.1虛擬（增強(qiáng)）現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)鏈

二、產(chǎn)業(yè)鏈：光學(xué)組件，交互傳感系統(tǒng)，應(yīng)用生態(tài)依次成熟，引爆AR/VR加速滲透

隨著谷歌、索尼和Oculus等公司推出了消費(fèi)級頭戴顯示器，AR/VR行業(yè)從探索導(dǎo)入期邁向了商業(yè)化初期。但在一波熱潮過后，其又因硬件設(shè)備價(jià)格過高而陷入了泡沫化底谷。當(dāng)前，AR/VR行業(yè)呈現(xiàn)回暖趨勢。據(jù)IDC預(yù)測，2020年全球AR/VR市場相關(guān)支出規(guī)模將達(dá)到188億美元。在此基礎(chǔ)上，全球相關(guān)產(chǎn)品與服務(wù)投資也將持續(xù)高速增長。中國市場的AR/VR技術(shù)相關(guān)投資將于2020年達(dá)到57.6億美元，在全球市場份額中位列第一。

然而，虛擬（增強(qiáng)）現(xiàn)實(shí)的商用化之路仍然任重道遠(yuǎn)， 顯示畫質(zhì)粗糙、暈動癥明顯等終端問題尚未解決，應(yīng)用內(nèi)容的缺乏也澆滅了消費(fèi)者的熱情。AR/VR 產(chǎn)業(yè)鏈的布局應(yīng)當(dāng)以提升硬件性能和價(jià)格優(yōu)勢為先，并注重應(yīng)用生態(tài)構(gòu)建。

當(dāng)前，AR/VR “云管端”中的5G網(wǎng)絡(luò)管道已經(jīng)技術(shù)落地。未來，終端設(shè)備中的光學(xué)器件將首先迎來突破，以性價(jià)比帶動設(shè)備放量。而后，感知交互系統(tǒng)有望成熟，人機(jī)協(xié)作進(jìn)一步提升。最后，云端內(nèi)容制作平臺的生態(tài)構(gòu)建將加速AR/VR滲透，形成“硬件平臺遷移——內(nèi)容廠商豐富內(nèi)容——終端進(jìn)一步普及”的正循環(huán)。

圖表2.1虛擬（增強(qiáng)）現(xiàn)實(shí)發(fā)展歷程

2.1 終端：光學(xué)系統(tǒng)的發(fā)展將實(shí)現(xiàn)畫質(zhì)提升，推動近眼顯示技術(shù)成熟

由于目前VR眼鏡的分辨率不足，用戶在沉浸體驗(yàn)時(shí)會產(chǎn)生紗窗效應(yīng)。低分辨率會使VR圖像有強(qiáng)鋸齒感和粗糙邊緣，所以計(jì)算機(jī)在實(shí)時(shí)渲染過程中會引發(fā)細(xì)線條舞動，高對比度邊緣會出現(xiàn)分離式閃爍。人眼直接看到顯示屏的像素點(diǎn)，就好比在紗窗之后看東西。

圖表2.2低分辨率導(dǎo)致的紗窗效應(yīng)

圖表2.3不同場景下的視場角（FOV）

消除紗窗效應(yīng)的方式是使人眼覆蓋的視場角具有高分辨率，但當(dāng)前設(shè)備的視場角和角分辨率還有待提升。視場角（FOV）即視野范圍。人眼的視場角范圍大約為150°×120°。對于工業(yè)級產(chǎn)品而言，視場角在30°×40°即可應(yīng)用于維護(hù)和檢修等作業(yè)場景。但對于消費(fèi)級產(chǎn)品來說，視場角越大越能滿足用戶的沉浸體驗(yàn)。

然而，目前國內(nèi)外代表產(chǎn)品在一定體積與重量的約束條件下，視場角大多僅停留在 90°×90°的水平，和人眼的視野范圍還有很大差距。就分辨率而言，當(dāng)角分辨率達(dá)到60 ppd，即視場角中的１度能看到60個(gè)像素時(shí)，用戶就不會產(chǎn)生像素感。但是角分辨在2020年也只能發(fā)展到30 ppd， 離60 ppd差距還很大。

圖2.4虛擬現(xiàn)實(shí)沉浸體驗(yàn)-分辨率需求

目前，提升視場角和角分辨率的關(guān)鍵在于光學(xué)系統(tǒng)的升級。由顯示鏡面和圖像元器件構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)是終端設(shè)備的核心，會影響近眼顯示效果，決定終端設(shè)備性能和設(shè)計(jì)的受限程度。然而，當(dāng)前核心元器件的產(chǎn)業(yè)存在技術(shù)門檻高，技術(shù)差距大，企業(yè)集中度高，龍頭廠商的壟斷性強(qiáng)的現(xiàn)象。

1.1顯示鏡面：光波導(dǎo)性能最優(yōu)，量產(chǎn)難度大，國內(nèi)初創(chuàng)企業(yè)加速爭搶賽道

光波導(dǎo)為性能最優(yōu)的光學(xué)顯示鏡面，但也是量產(chǎn)難度最高的技術(shù)。它可以解決視場角和體積間的平衡問題，使大視角圖片在小體積光學(xué)鏡片中無損復(fù)原，在不影響畫質(zhì)的基礎(chǔ)上做到輕薄。由于波導(dǎo)只負(fù)責(zé)傳輸圖像，是獨(dú)立于系統(tǒng)之外的元件，這種特性也使得顯示屏和成像系統(tǒng)可以移至額頭頂部或側(cè)面，不遮擋用戶視線，設(shè)計(jì)美觀。

圖表2.5不同光學(xué)系統(tǒng)特點(diǎn)

光波導(dǎo)技術(shù)分為幾何光波導(dǎo)和衍射光波導(dǎo)。幾何光波導(dǎo)的制造工藝繁冗，良品率低；衍射光波導(dǎo)中的浮雕光柵可批量生產(chǎn)，但生產(chǎn)儀器如電子束曝光和納米壓印儀等價(jià)格不菲，國內(nèi)有條件建立生產(chǎn)線的廠家屈指可數(shù)。兩種技術(shù)均有量產(chǎn)難度。

目前，AR上游光波導(dǎo)模組制造商短缺，導(dǎo)致下游廠商生產(chǎn)成本高，設(shè)備價(jià)格高。比如，采用光波導(dǎo)方案的高端AR眼鏡HoloLens的價(jià)格為3500美元，是采用普通棱鏡的Google Glass的3.5倍。當(dāng)前世界范圍內(nèi)光波導(dǎo)模組的供應(yīng)商鳳毛麟角，微軟和Lumus分別為衍射和幾何光波導(dǎo)龍頭，獨(dú)占顯示效果、成本和體積優(yōu)勢。

然而，光波導(dǎo)技術(shù)的普及需要利用規(guī)?；a(chǎn)降低成本，被主流消費(fèi)級產(chǎn)品接納。因此，現(xiàn)國內(nèi)多家產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)公司紛紛加大對AR光波導(dǎo)器件模組的投入，如中光學(xué)、蘇大維格和歌而股份等上市公司都在攻克批量化生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)。中光學(xué)利用光學(xué)薄膜核心技術(shù)，成功研發(fā)了光波導(dǎo)器件；鯤游光電憑借全息光柵技術(shù)研制出了極致輕薄，單片多色，高量產(chǎn)型和全天候工作的光波導(dǎo)器件。預(yù)計(jì)在5年內(nèi)，光波導(dǎo)將實(shí)現(xiàn)良率提升和產(chǎn)能釋放。

圖表2.6光波導(dǎo)技術(shù)分類及生產(chǎn)廠家

1.2圖像元器件：Fast LCD 與 AMOLED 爭做 “性價(jià)比之王” ，新興Micro LED即將崛起

顯示屏是 VR 成像的核心部件，顯示屏的分辨率、功耗和尺寸都將影響VR設(shè)備的用戶體驗(yàn)。目前VR顯示屏的性價(jià)比成為競爭焦點(diǎn)，主流技術(shù)包括LCD和AMOLED，現(xiàn)已相對成熟，并在近兩年被主流采用。在AR領(lǐng)域，新興的Micro LED技術(shù)能彌補(bǔ)光波導(dǎo)的缺憾，但現(xiàn)正處于導(dǎo)入期初期，未能實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

圖表2.7近眼顯示發(fā)展趨勢圖

在VR領(lǐng)域， 傳統(tǒng)LCD技術(shù)發(fā)展較為成熟，幾乎沒有技術(shù)難點(diǎn)，因此生產(chǎn)成本較低，比較適合家庭娛樂領(lǐng)域和中低端消費(fèi)市場。近年來，新興Fast LCD技術(shù)誕生，改善了傳統(tǒng)LCD的高延時(shí)缺陷，刷新率可滿足現(xiàn)階段的VR需求。華為VR2支持最新的Fast LCD顯示技術(shù)，其在延遲測試中僅有17ms～19ms 的偏差，正逐漸向AMOLED靠攏。

AMOLED技術(shù)近年來也在不斷優(yōu)化，并在中高端設(shè)備市場大受歡迎。對比傳統(tǒng)LCD，AMOLED在分辨率和發(fā)光效率上更具優(yōu)勢，其響應(yīng)速度快，有利于減輕眩暈感。它的屏幕模組內(nèi)部層數(shù)較少，可以實(shí)現(xiàn)高透光、高亮度和廣角可視度。其無需硬質(zhì)背光層的特點(diǎn)也使它在柔性屏幕上具有很大的優(yōu)勢，在可穿戴設(shè)備領(lǐng)域市場潛力十足。同時(shí)，它的屏幕可以制造得更為輕薄，適用于移動終端設(shè)備。目前，AMOLED已成為 Oculus Rift、HTC VIVE、Sony PSVR三大VR科技巨頭的主流技術(shù)選擇。

當(dāng)前，F(xiàn)ast LCD的價(jià)格約為580元，仍比AMOLED接近千元的價(jià)格便宜一倍。但AMOLED 無需背光部件的特性也使其在材料成本上逼近（甚至略低于）LCD，大部分的價(jià)格差距來源于低良率、設(shè)備折舊和勞動力分?jǐn)?。近年來國?nèi)外AMOLED廠商的良率提升（已達(dá)80%到90%），產(chǎn)能釋放提速，價(jià)格將進(jìn)一步下跌。我們可以預(yù)測Fast LCD 將首先以低價(jià)滲透市場，但隨著人們對沉浸感體驗(yàn)需求的提升，未來已攻克良率問題的AMOLED將以性能優(yōu)勢逐步替代LCD，并通過規(guī)模化量產(chǎn)降低邊際成本，壓低價(jià)格，成為VR顯示屏中的主流。

圖表2.82017-2025年全球AMOLED面板收益

在AR領(lǐng)域，Micro LED 技術(shù)作為強(qiáng)大的圖像的元器件，能有效光波導(dǎo)顯示亮度低的弊端，成為被看好的新方案。Micro LED為LED 列陣微小化，每個(gè)Micro LED 可視為一個(gè)像素，能夠單獨(dú)驅(qū)動點(diǎn)亮，有助于縮小模組體積。它的結(jié)構(gòu)輕薄，亮度能達(dá)到現(xiàn)在所使用的OLED的30倍，分辨率高達(dá)1500ppi，刷新速度也以納秒為單位。因此，Micro LED能實(shí)現(xiàn)小尺寸下的低延遲和高畫質(zhì)。

據(jù)Trend Force預(yù)測，未來Micro LED 將取代300億美元消費(fèi)型面板市值和50億美元車用顯示器市值。從2018年開始，三星、索尼、友達(dá)等大廠陸續(xù)推出Micro LED相關(guān)概念性產(chǎn)品，但距離其取代OLED并用于科技設(shè)備還需要2到3年。由于Micro LED屬于微米級別的“光學(xué)芯片”，廠商在LED的巨量轉(zhuǎn)移、黏結(jié)和電路驅(qū)動方面還存在技術(shù)難點(diǎn)，因此其制造成本是傳統(tǒng)LED的3-4倍。未來Micro LED的成熟將有賴于上游半導(dǎo)體廠商和下游設(shè)備廠商的結(jié)盟配合，利用上下游供應(yīng)鏈提升研發(fā)資源與效率。

圖表2.9新一代顯示技術(shù)指標(biāo)對比

2.2 終端：感知交互系統(tǒng)將改善“暈動癥”，眼球追蹤及其衍生技術(shù)是發(fā)展熱點(diǎn)

眩暈感也是影響用戶沉浸體驗(yàn)的重要因素，有25% 的消費(fèi)者認(rèn)為眩暈感是他們購買設(shè)備的主要阻礙。據(jù)信通院調(diào)研，業(yè)界公認(rèn)的眩暈感主要受三方面因素影響：

一是顯示畫質(zhì)的低劣導(dǎo)致用戶視覺疲勞，進(jìn)而引發(fā)眩暈反應(yīng)。例如紗窗、延遲、邊緣分離式閃爍等問題影響了用戶的沉浸式體驗(yàn)。

二是視覺與其他感官通道沖突，導(dǎo)致用戶整體感受紊亂。例如虛擬場景中用戶正加速奔跑，而現(xiàn)實(shí)世界中人體的位置保持不變，視覺接受的信息和身體感知的信息不對稱。

三是雙目視差在產(chǎn)生 3D 效果的同時(shí)，雙目焦點(diǎn)調(diào)節(jié)與視覺景深不匹配，引起輻輳調(diào)節(jié)沖突（VAC）?，F(xiàn)實(shí)世界中人們看不同距離的物體時(shí)晶狀體會發(fā)生變化，使反射到視網(wǎng)膜上的物體鏡像有清晰度的改變。然而，VR 頭顯難以真實(shí)反映遠(yuǎn)近景象在人體視覺中的差異。

在應(yīng)對三種暈動癥誘因方面，光學(xué)系統(tǒng)在分辨率和響應(yīng)速度上的升級只能解決低畫質(zhì)問題，而緩解輻輳調(diào)節(jié)和多感官沖突則有賴于感知交互系統(tǒng)的優(yōu)化。目前，Virtuix 公司開發(fā)了 Omni 全向跑步機(jī)，以加強(qiáng)視覺與其他身體器官的協(xié)調(diào)配合，緩解感官沖突帶來的眩暈感。但在現(xiàn)有產(chǎn)品中，應(yīng)對輻輳調(diào)節(jié)沖突的感知交互方案仍未成熟，將是未來發(fā)展重點(diǎn)。感知方面，眼球追蹤為重點(diǎn)攻克方向。交互方面，注視點(diǎn)渲染和可變焦技術(shù)為現(xiàn)階段主流發(fā)展路徑。

眼球追蹤利用紅外光反射獲得眼動信息，然后通過計(jì)算機(jī)或攝像頭對視覺中心進(jìn)行建模測算，最后確定用戶視覺的聚散度、瞳孔大小和焦距等數(shù)據(jù)。眼球追蹤集光學(xué)顯示、傳感、圖像識別和算法等高精尖技術(shù)為一體，技術(shù)難度大門檻高，可謂AR/VR的“兵家必爭之地”。微軟、Facebook和Magic Leap等虛擬（增強(qiáng)）現(xiàn)實(shí)龍頭企業(yè)正加速在此賽道上布局，其眼動專利數(shù)量占總專利數(shù)的比重不斷上升。然而，目前國內(nèi)自主研發(fā)眼球追蹤術(shù)的企業(yè)僅有七鑫易維、青研科技和天蝎科技三家，相關(guān)專利數(shù)不及美國的十分之一，行業(yè)布局還未完全，市場空白大。

基于眼動追蹤的感知技術(shù)，注視點(diǎn)渲染和可變焦的交互模式應(yīng)運(yùn)而生。注視點(diǎn)渲染是在眼球追蹤的基礎(chǔ)上，針對用戶注視點(diǎn)的調(diào)整而對不同區(qū)域采用不同的渲染分辨率，模擬人眼的景深調(diào)節(jié)。注視點(diǎn)渲染是目前最普遍的視覺交互方式：英偉達(dá)、Oculus、Tobii 、七鑫易維等公司均以注視點(diǎn)渲染輔助眼球追蹤，并在VR頭顯上使用。

可變焦技術(shù)則是根據(jù)用戶的關(guān)注區(qū)域，通過光學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)局部模糊：一種顯示屏變焦，另一種透鏡變焦。兩種方式的典型產(chǎn)品分別有Oculus的Half Home和 Lemnis的Verifocal VR Kit。注視點(diǎn)渲染和可變焦技術(shù)可以兩者結(jié)合，實(shí)現(xiàn)技術(shù)互補(bǔ)。未來，多焦顯示+注視點(diǎn)渲染+眼球追蹤有望成為提升虛擬現(xiàn)實(shí)沉浸感的關(guān)鍵技術(shù)組合。

當(dāng)前，感知交互的主要環(huán)節(jié)為信號獲取、模式識別、信息理解和信息表達(dá)。其中，基于深度相機(jī)的三維重建技術(shù)貫穿了全四個(gè)環(huán)節(jié)，是推動感知交互發(fā)展的重要技術(shù)基石。深度相機(jī)作為 3D 交互輸入端，能提供三維信息以供 AR 設(shè)備進(jìn)行重構(gòu)和計(jì)算，從而渲染出更真實(shí)的場景。當(dāng)前 AR 的深度相機(jī)主要采用結(jié)構(gòu)光和 ToF 技術(shù)。結(jié)構(gòu)光技術(shù)已經(jīng)相對成熟，但只適合近距離感知，適用于眼球追蹤；ToF則能支持遠(yuǎn)距離探測，更能實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中的手勢交互。

圖2.10交互傳感系統(tǒng)發(fā)展趨勢圖

2.3 云端：業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的建立將打破品牌 “各自為營” 的局面，平臺云端化助力C端應(yīng)用生態(tài)構(gòu)建

從內(nèi)容應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展態(tài)勢來看，虛擬（增強(qiáng)）現(xiàn)實(shí)的發(fā)展以B端行業(yè)應(yīng)用為主，而C端消費(fèi)領(lǐng)域內(nèi)容不足。AR/VR產(chǎn)業(yè)若要迎來風(fēng)口，必須構(gòu)建良好的應(yīng)用生態(tài)。目前VR應(yīng)用的生態(tài)規(guī)模正逐步擴(kuò)大。據(jù)映維網(wǎng)預(yù)測，2020年末全球消費(fèi)市場的VR應(yīng)用總量將達(dá)到13000個(gè)以上。目前，蘋果、Oculus和HTC等公司陸續(xù)創(chuàng)設(shè)了其專有開發(fā)平臺，注重在應(yīng)用生態(tài)方面的布局。

目前VR銷售企業(yè)大多為平臺型公司，形成了終端制造，應(yīng)用提供和銷售的閉環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈。然而，產(chǎn)業(yè)鏈的閉環(huán)完整勢必會犧牲應(yīng)用的兼容性和開發(fā)效率。當(dāng)前VR游戲應(yīng)用生態(tài)的開發(fā)主要依靠硬件附屬，導(dǎo)致應(yīng)用內(nèi)容無法普適多種設(shè)備。例如索尼的 Play Station VR 為閉環(huán)生態(tài)，所對應(yīng)的硬件只有 Play Station 4 一款。實(shí)際上，開放的第三方平臺（如Steam）在用戶數(shù)量和增長速度方面比閉環(huán)平臺更具優(yōu)勢，因此打破各大平臺“各自為營”的局面將成為應(yīng)用生態(tài)建立的關(guān)鍵點(diǎn)。

首先需要構(gòu)建可適用多品牌終端的應(yīng)用平臺。當(dāng)前，各品牌終端的專有應(yīng)用編程接口導(dǎo)致同一應(yīng)用無法在不同品牌終端上兼容運(yùn)行，開發(fā)者只能多次編寫程序。2019年Khronos 組織發(fā)布了開放式、無版費(fèi)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范OpenXR。業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的建立簡化了AR/VR軟件的開發(fā)，為游戲軟件和硬件設(shè)備的綁定解耦，營造開放互通的應(yīng)用生態(tài)。目前，微軟已在HoloLens 和 WMR 頭顯上提供了OpenXR 支持。未來，內(nèi)容制作將掙脫終端隔閡，迎來爆發(fā)式增長。

隨著虛擬（現(xiàn)實(shí)）硬件設(shè)備向輕量化和便攜式轉(zhuǎn)型，應(yīng)用內(nèi)容將逐步向云端化發(fā)展。首先是“SaaS”化，即終端連入軟件服務(wù)（SaaS）平臺，直接由云端向用戶提供應(yīng)用服務(wù)，依靠“云計(jì)算“和”云渲染”釋放終端的儲存和計(jì)算壓力；其次是“PaaS” 化，即將云端化的內(nèi)容制作平臺作為平臺服務(wù)提供給開發(fā)者，真正構(gòu)建開放互通的應(yīng)用生態(tài)圈。當(dāng)前，蘋果已經(jīng)發(fā)布了“SaaS” 軟件Reality Composer，簡化了AR應(yīng)用的開發(fā)流程，使其無需編程而只需進(jìn)行簡單的模組搭建。在5G 網(wǎng)絡(luò)和云計(jì)算的支持下，云平臺將成為VR/AR產(chǎn)業(yè)應(yīng)用端的核心樞紐，豐富和完善應(yīng)用，引爆AR/VR加速滲透。

圖2.11虛擬（增強(qiáng)）現(xiàn)實(shí)生態(tài)圈發(fā)展