2021年VR、AR行業(yè)研究報(bào)告

導(dǎo)語

2020 年全球 VR 頭顯出貨量為 670 萬臺(tái)，同比大增 72%，預(yù)計(jì) 2022 年 將達(dá)到 1800 萬臺(tái)2020 年全球 VR 用戶數(shù)量已超過千萬，到 2025 年將達(dá)到 9000 萬，蘋果等巨頭的 相繼入場(chǎng)給市場(chǎng)更大想象力空間。

來源：謝恒、姚丹丹 興業(yè)證券

核心觀點(diǎn)

智能穿戴產(chǎn)品是消費(fèi)電子后續(xù)持續(xù)增長點(diǎn)。繼智能手環(huán)市場(chǎng)后，TWS 引 爆智能穿戴板塊，VR/AR 將成為智能穿戴板塊后續(xù)最大的看點(diǎn)之一。VR/AR 產(chǎn)業(yè)鏈包括硬件、軟件、內(nèi)容、應(yīng)用和服務(wù)四個(gè)領(lǐng)域。5G 的高速 率、大容量、低延時(shí)解決了 VR/AR 產(chǎn)品的眩暈等問題，沉浸度持續(xù)提升， VR/AR 體驗(yàn)感更好，未來的用戶群體預(yù)計(jì)將持續(xù)擴(kuò)大。

技術(shù)持續(xù)升級(jí)，VR 進(jìn)入硬件+內(nèi)容雙擊的正向循環(huán)。VR 是構(gòu)建虛擬場(chǎng)景， 沉浸感是關(guān)鍵。XR2 等定制芯片使 VR 成本更低性能更高，超短焦光學(xué)使 VR 形態(tài)更便攜，高分辨率和高刷新率持續(xù)提升，大幅改善時(shí)延和紗窗效 應(yīng)，6DoF 使游戲體驗(yàn)感更好，VR 技術(shù)不斷完善。疫情增加用戶居家時(shí)間， 半衰期大火，高質(zhì)量的游戲巨作持續(xù)推出吸引更多用戶購買VR設(shè)備體驗(yàn)， Oculus 高性價(jià)比的 Quest2 有望成為首款銷量破千萬的 VR 設(shè)備。

光波導(dǎo)技術(shù)逐漸成熟，AR 眼鏡市場(chǎng)值得期待。AR 應(yīng)用場(chǎng)景更廣，但壁 壘更高，蘋果已率先在高端手機(jī)上配置 LIDAR 鏡頭，為 AR 時(shí)代鋪路。目前主流的圖像源器件技術(shù)是硅基液晶（LCoS），micro-LED 的技術(shù)突破 值得期待，成像系統(tǒng)疊加主流技術(shù)是光波導(dǎo)技術(shù)，其中衍射光波導(dǎo)技術(shù)相 對(duì)成熟且能實(shí)現(xiàn)二維擴(kuò)瞳，目前各大手機(jī)廠商和互聯(lián)網(wǎng)巨頭都在搶先布局 VR/AR 市場(chǎng)。

1、5G時(shí)代萬物互聯(lián)，VR/AR將成智能穿戴下一個(gè)爆品

1.1、智能手環(huán)打開穿戴時(shí)代，TWS 成首個(gè)智能穿戴爆品

智能穿戴打開消費(fèi)電子行業(yè)后續(xù)成長空間。智能穿戴即可穿戴設(shè)備，手機(jī)的 創(chuàng)新空間逐步收窄和市場(chǎng)增量接近飽和的情況下，智能可穿戴設(shè)備為智能終端產(chǎn) 業(yè)增添了動(dòng)力。2020 年第 3 季全球穿戴式裝置出貨達(dá) 1.25 億臺(tái)，較 2018 年同期 增長 35.1%。目前全球智能穿戴板塊中智能手表+耳戴式產(chǎn)品+智能手環(huán)占比超 90%，占比最高的是耳戴式，市占率為 55.67%。智能穿戴領(lǐng)域玩家主要仍是以蘋 果為代表的手機(jī)巨頭。

智能穿戴市場(chǎng)最早追溯到 20 世紀(jì) 60 年代， 2008 年，F(xiàn)itbit 推出首款健身設(shè) 備，可穿戴產(chǎn)品開始進(jìn)入普通大眾的視野和生活。2014 年智能穿戴進(jìn)入 “爆發(fā) 年”，各大電子知名終端和互聯(lián)網(wǎng)公司相繼進(jìn)入智能穿戴領(lǐng)域。2014 年 Google 發(fā) 布 AndroidWear 和云健康管理平臺(tái) Google Fit，Apple 發(fā)布 Health Kit 平臺(tái)，公布 iWatch，正式推出第三方應(yīng)用開發(fā)平臺(tái) WatchKit；微軟發(fā)布 Microsoft Health 和 Microsoft Hand；三星發(fā)布健康監(jiān)控手環(huán) Galaxy Gear fit 及預(yù)裝 Tizen OS 的智能手 表。國內(nèi)企業(yè)也不甘落后，小米發(fā)布 79 元低價(jià)親民手環(huán)，銷量迅速超過 100 萬， 直至 2019 年小米仍在印度手環(huán)市場(chǎng)保持 40%+的市場(chǎng)份額。

手環(huán)是是穿戴板塊熱潮的首個(gè)大單品。2011 年 Jawbone 公司率先推出了第一 款智能手環(huán) Jawbone UP 健身手環(huán)。該手環(huán)可追蹤睡眠、運(yùn)動(dòng)、飲食狀況，并與智 能手機(jī)的相關(guān)應(yīng)用進(jìn)行關(guān)聯(lián)，售價(jià)為 130 美元，但由于產(chǎn)品本身缺陷匆匆下架。2013 年，F(xiàn)ibit 也嘗試發(fā)布了相似功能的智能手環(huán) Fibit Flex，但很快就迎來了一 大波的退貨危機(jī)，未能進(jìn)一步大規(guī)模出貨。

2014 年，Jawbone、Fibit 再次發(fā)布新品引領(lǐng)智能手環(huán)的第二波浪潮，同時(shí) Google 發(fā)布了專為可穿戴設(shè)備打造的 Android Wear 平臺(tái)，為安卓手機(jī)廠商進(jìn)軍可 穿戴設(shè)備市場(chǎng)提供機(jī)會(huì)。三星、索尼、微軟、華為等傳統(tǒng)手機(jī)廠商和小米等移動(dòng) 互聯(lián)網(wǎng)廠商，以及 Garmin 等無線技術(shù)公司也相繼涉足智能手環(huán)市場(chǎng)，多款明星級(jí) 智能手環(huán)大量集中上市，并在各大廠商在各種渠道的大力推廣下迅速“引爆”了智 能手環(huán)市場(chǎng)。到 2014 年底，僅中國智能手表市場(chǎng)上參與競爭的品牌數(shù)量就超過 50 家。

但由于產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重、用戶檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度低和創(chuàng)新不足，手環(huán)市場(chǎng) 2016 年底開始增長乏力，2016 年 Q3 智能手環(huán)市場(chǎng)整體銷量為 2300 萬只，僅保持了 3.1%的微弱增長。2018 年小米新推出手環(huán) 3，大幅增加了小米手環(huán)的使用場(chǎng)景， 發(fā)布還不到半年，全球銷量就已經(jīng)超越了 1000 萬，小米手環(huán) 3 的爆火帶領(lǐng)小米手 環(huán)銷量重回高增長。

無線藍(lán)牙耳機(jī)嶄露頭角，TWS 應(yīng)運(yùn)而生。2001 年蘋果劃時(shí)代的推出了 iPod 設(shè)備以及 iTunes 服務(wù)，開啟了音樂數(shù)字化的浪潮，可隨時(shí)隨地聽歌的需求迅速拉 動(dòng)了耳機(jī)行業(yè)的成長。2006 年，藍(lán)牙 A2DP 協(xié)議的普及大大提升了音質(zhì)，使藍(lán)牙 耳機(jī)聽歌成為可能，無線運(yùn)動(dòng)耳機(jī)廠商 Jaybird 順勢(shì)于 2008 年推出第一款藍(lán)牙無 線運(yùn)動(dòng)耳機(jī)。2014 年，一家德國創(chuàng)業(yè)公司眾籌生產(chǎn)了一款 Dash 無線耳機(jī)，這是 第一款消費(fèi)級(jí)的真無線耳機(jī),集成內(nèi)容存儲(chǔ)、語音助手、運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、心率監(jiān)控、實(shí) 時(shí)翻譯等功能于一身。

自此，藍(lán)牙無線耳機(jī)產(chǎn)品創(chuàng)新不斷，Beats 等品牌紛紛發(fā)布的真無線藍(lán)牙耳機(jī)。短短兩年后，美國的藍(lán)牙耳機(jī)市場(chǎng)份額已超過非藍(lán)牙耳機(jī)。GfK 中國的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) 顯示，我國的藍(lán)牙耳機(jī)市場(chǎng)份額從 2015 年的 39%提升到了 2017 年的 56%，藍(lán)牙 耳機(jī)不斷吞噬有線耳機(jī)市場(chǎng)份額。

2016 年，蘋果憑借其推出的 Airpods TWS 耳機(jī)產(chǎn)品的時(shí)尚外觀設(shè)計(jì)、強(qiáng)大續(xù) 航能力和穩(wěn)定便捷的使用方式以及與 iOS 生態(tài)的高度融合，迅速掀起了 TWS 行 業(yè)熱潮。TWS 耳機(jī)讓耳機(jī)從手機(jī)配件晉升為獨(dú)立的智能終端產(chǎn)品，重新定義了新 耳機(jī)。據(jù) Slice Intelligence 統(tǒng)計(jì)，蘋果 Airpods 在發(fā)售后僅用一個(gè)月就擠下 Beats 奪走了無線耳機(jī)銷量冠軍的寶座。2019 年 10 月底蘋果發(fā)布的高階 TWS 耳機(jī) AirPods Pro，添加主動(dòng)抗噪和防水等功能解決了消費(fèi)者的痛點(diǎn)，一度一機(jī)難求。華為、小米以及傳統(tǒng)耳機(jī)廠商也都紛紛跟進(jìn)，推出自家 TWS 降噪耳機(jī)，據(jù) IDC 數(shù)據(jù)，2019 年第二季度我國 TWS 耳機(jī)出貨量占比達(dá)到了 66%。

1.2、5G 為 VR/AR 鋪路，場(chǎng)景更加完善

VR（Virtual Reality）指虛擬現(xiàn)實(shí)，利用計(jì)算機(jī)模擬虛擬環(huán)境給用戶沉浸感， 是一種創(chuàng)建與體驗(yàn)虛擬世界的仿真系統(tǒng)，VR 中不包含真實(shí)信息，用戶將自己的 意識(shí)代入一個(gè)虛擬的世界。AR（Augment Reality）指增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，是一種將虛擬信息融合疊加在真實(shí)世界上的技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)將文字、圖像、三維模型等信息仿 真后應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)世界中，虛擬信息與真實(shí)信息互相補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的“增 強(qiáng)”作用。VR 和 AR 統(tǒng)稱 XR。

AR 和 VR 區(qū)別主要體現(xiàn)在兩方面：

1）設(shè)備區(qū)別：鑒于 VR 是純虛擬場(chǎng)景，VR 裝備多配有位置追蹤器、數(shù)據(jù)手 套、動(dòng)作捕捉系統(tǒng)、數(shù)據(jù)頭盔等，用于用戶與虛擬場(chǎng)景的互動(dòng)。而 AR 是虛擬與 實(shí)景的結(jié)合，所以設(shè)備一般都配有 3D 攝像頭，嚴(yán)格來說，只要安裝了 AR 軟件， 智能手機(jī)等帶攝像頭的產(chǎn)品都可以進(jìn)行 AR 體驗(yàn)。

2）技術(shù)區(qū)別：VR 的核心是 graphics 的各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)揮，目前在游戲領(lǐng)域應(yīng) 用最廣，最為關(guān)注的是沉浸感,對(duì) GPU 性能要求較高。AR 則強(qiáng)調(diào)復(fù)原人類的視覺 功能，應(yīng)用了很多 computer vision 的技術(shù)對(duì)真實(shí)場(chǎng)景進(jìn)行 3D 建模再處理，重視 CPU 的處理能力。

3）應(yīng)用場(chǎng)景不同：VR 的虛擬現(xiàn)實(shí)特性使其具有沉浸感和私密性，決定了其 在游戲、娛樂以及教育社交等領(lǐng)域會(huì)有天然優(yōu)勢(shì)，而 AR 的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)特性決定了 其更偏向于與現(xiàn)實(shí)交互，適用于生活、工作、生產(chǎn)等領(lǐng)域。

VR/AR 產(chǎn)業(yè)鏈較長，包括硬件、軟件、內(nèi)容、應(yīng)用和服務(wù)四個(gè)環(huán)節(jié)，其中硬 件環(huán)節(jié)包括各種零部件和整機(jī)的創(chuàng)造、生產(chǎn)和銷售，軟件主要指各種操作系統(tǒng)、 應(yīng)用和工具軟件等，內(nèi)容包括內(nèi)容制造和分發(fā)兩個(gè)環(huán)節(jié)，應(yīng)用則分為消費(fèi)側(cè)和企 業(yè)側(cè)，服務(wù)屬于支持環(huán)節(jié)，主要是云服務(wù)和通信網(wǎng)絡(luò)。

5G 為虛擬現(xiàn)實(shí)的服務(wù)環(huán)節(jié)提供了基礎(chǔ)設(shè)施支撐。2019年是中國5G商用元年， 2020 年 5G 建設(shè)進(jìn)程大幅提升，僅中國全年新建開通 5G 基站超 60 萬個(gè)。5G 時(shí) 代網(wǎng)絡(luò)主打超高速、低延時(shí)、海量連接、泛在網(wǎng)、低功耗，能在節(jié)省能源、降低 成本的同時(shí)提高系統(tǒng)容量和大規(guī)模設(shè)備連接能力。5G 的傳輸速度可以實(shí)現(xiàn)在云端 完成虛擬現(xiàn)實(shí)交互應(yīng)用所需要的渲染，幫助用戶獲得可以媲美 PC 級(jí)的渲染質(zhì)量。

5G 網(wǎng)絡(luò)的鋪設(shè)結(jié)合云端和人工智能等技術(shù)的進(jìn)步，為物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、云游 戲、云視頻等應(yīng)用場(chǎng)景都創(chuàng)造了可能性，以可穿戴設(shè)備、虛擬現(xiàn)實(shí)、智能家居、 智能醫(yī)療、車載智能終端等為代表智能硬件，在 5G 推動(dòng)下會(huì)帶來蓬勃發(fā)展。

2、VR場(chǎng)景技術(shù)逐漸成熟，蘋果新品有望引爆市場(chǎng)

2.1、技術(shù)內(nèi)容趨于成熟，VR 行業(yè)快速發(fā)展

VR 產(chǎn)業(yè)發(fā)展可分為三個(gè)階段：概念期、熱潮期和發(fā)展期。20 世紀(jì) 50 年代， 美國人 Morton Heilig 發(fā)明了第一臺(tái) VR 設(shè)備 Sensorama，被稱為 VR 設(shè)備的鼻祖， 90 年代任天堂等游戲設(shè)備公司開始陸續(xù)推出 VR 設(shè)備。但在 2012 年之前，VR 基 本以概念為主。

2012 年，Oculus Rift 和 Google Glass 問世，VR 產(chǎn)品在成本、延遲、視域和 舒適度方面得到了顯著改善，行業(yè)進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)元年，2016 年虛擬現(xiàn)實(shí)被列入“十 三五”信息化規(guī)劃等多項(xiàng)國家政策文件，國內(nèi)廠商也紛紛入局，樂視頭盔、暴風(fēng) 魔鏡、掌網(wǎng)科技、大朋等等，整個(gè) VR 行業(yè)處于井噴狀態(tài)。但由于技術(shù)不成熟和 價(jià)格高企，2017-2018 年，行業(yè)進(jìn)入嚴(yán)冬。2019 年-2020 年，隨著 VR 內(nèi)容生態(tài)的 完善和 Oculus 產(chǎn)品的爆賣，行業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展期。

沉浸感是讓人專注在當(dāng)前的目標(biāo)情境下感到愉悅和滿足，而忘記真實(shí)世界的 情境,沉浸感要求人的感知和認(rèn)知的統(tǒng)一,沉浸感是判斷 VR 發(fā)展階段的重要指標(biāo)。沉浸感包括多個(gè)維度的指標(biāo)，包括單眼屏幕分辨率、視場(chǎng)角（FOV）、角分辨率 （PPD）、可變焦顯示和時(shí)延等。除了無沉浸以外，VR 沉浸體驗(yàn)可以分為、初級(jí) 沉浸、部分沉浸、深度沉浸和完全沉浸四個(gè)層次。沉浸感主要決定因素包括視場(chǎng) 角 FOV、刷新率、延遲及自由度等。

透鏡的設(shè)計(jì)是決定視場(chǎng)角的重要因素，而刷新率和延遲則對(duì)屏幕和處理期的 性能及算力提出了較高的要求，而自由度越高，則傳感器數(shù)量越多，因此沉浸感 的要求帶來的是終端產(chǎn)品的體積重量和成本上的壓力，在當(dāng)前技術(shù)條件下，“沉浸 感-佩戴舒適度-性價(jià)比”組成“不可能三角”。

我國 VR 行業(yè)仍處于第二級(jí)，即部分沉浸階段，主要表現(xiàn)為 1.5~2k 單眼分辨率、100~120 度視場(chǎng)角、百兆碼率、20 毫秒 MTP 時(shí)延，4K/90 幀頻渲染處理能力 等。當(dāng)下 VR 的體驗(yàn)已經(jīng)有了較明顯的提升，分辨率和圖像渲染都能讓用戶有更 深度的沉浸效果，也減少了眩暈，但目前真實(shí)度仍有待提升。

VR 產(chǎn)品就硬件產(chǎn)業(yè)鏈而言，包括產(chǎn)品形態(tài)、處理器、顯示、光學(xué)、追蹤定 位、操作系統(tǒng)等方面。就形態(tài)而言，VR 可分為一體機(jī)和非一體式（PC/手機(jī)）， 其中自身無顯示屏且需要借助手機(jī)顯示屏的即手機(jī) VR，內(nèi)置顯示屏但要連接電 腦使用的是 PC VR，單獨(dú)內(nèi)設(shè)顯示屏也內(nèi)設(shè)處理器的是 VR 一體機(jī)，目前大部分 高端的 VR 設(shè)備以一體式 VR 為主。

目前 VR 處理器分為手機(jī)芯片和專用芯片，以驍龍 820、MTK、三星、麒麟 等為代表的手機(jī)芯片性能優(yōu)越，但其功耗和散熱問題難以解決，且成本較高，2018 年高通專門為 VR 和 AR 一體機(jī)而設(shè)計(jì)的芯片 XR1，其性能比驍龍 845 XR 版稍弱， 少了基帶集成，成本更低，基本達(dá)到沉浸式 VR 體驗(yàn)的最低標(biāo)準(zhǔn)。2019 年驍龍發(fā) 布 XR2 芯片，相比于上代產(chǎn)品，CPU、GPU 性能翻倍，視頻帶寬提升至原來的 4 倍、分辨率是原來的 6 倍，AI 性能更是提升至 11 倍之多。

屏幕是決定沉浸體驗(yàn)最重要的決定因素之一，目前主流為 Fast LCD 與 AMOLED 技術(shù)。屏幕顯示最大的難點(diǎn)是要解決紗窗效應(yīng)+時(shí)延，即對(duì)分辨率/PPI 和刷新率要求極高。人單眼等效的 VR 屏幕分辨率是與 16K 分 辨率的規(guī)格（15360 x 8640，1.32 億像素)最為接近，Oculus Quest 2 顯示器可提供 每只眼睛 1832 x 1920 像素的分辨率，愛奇藝的奇遇 2pro 等能達(dá)到單眼 4K 的分辨 率，但距離人視網(wǎng)膜分辨率的差距仍較遠(yuǎn)。

紗窗效應(yīng)跟次像素排列密度 PPI 有關(guān)。紗窗效應(yīng)是指在像素不足的情況下， 實(shí)時(shí)渲染引發(fā)的細(xì)線條舞動(dòng)、高對(duì)比度邊緣出現(xiàn)分離式閃爍現(xiàn)象。造成紗窗效應(yīng) 的原因跟次像素排列密度有關(guān)，次像素之間的間距并不發(fā)光，間距越大，不發(fā)光 的部分越明顯，在 VR 中看起來就像是在眼前蒙了紗窗一般有種模糊感，影響 VR 的沉浸感和視覺清晰度。

高刷新率使畫面更加平滑，減少畫面延遲、重影，而且也能緩解眩暈感。一 般而言 VR 設(shè)備如果想不眩暈，至少要有足夠高的 120Hz 及以上刷新率以及足夠 高的分辨率（4K 及以上）。延遲時(shí)長為刷新率的倒數(shù)，90HZ 的刷新率對(duì)應(yīng)的是 11.1ms，以人眼的感官而言，人眼可以明顯察覺 90-120Hz 到 160-180Hz 的提升， 超過 250Hz 后，人眼對(duì)刷新率提升的敏感程度將逐步遞減。

目前主流的 VR 屏幕均以 FAST-LCD 屏幕為主。一般 OLED 屏幕的刷新率明 顯有優(yōu)勢(shì)，但紗窗效應(yīng)較明顯，且成本較高，LCD 屏幕的次像素間距比 OLED 要 小，紗窗效應(yīng)會(huì)減輕很多，目前改良的 FAST-LCD 時(shí)延大幅降低，具備性價(jià)比優(yōu) 勢(shì)，目前主流的 VR 屏幕均以 FAST-LCD 屏幕為主。僅 2018 年，京東方 VR 專用 顯示模組出貨量就達(dá) 100 萬片，涉及 VR 整機(jī)產(chǎn)品已超 20 款，包括 Oculus 和華 為 VR。

VR 產(chǎn)品的光學(xué)主要包括視場(chǎng)角和光學(xué)方案兩塊。視場(chǎng)角即 FOV，一般指水 平方向的視場(chǎng)角，顯示器邊緣與觀察點(diǎn)（眼睛）連線的夾角，人眼正常睜眼看左 右環(huán)境是 120 度的視場(chǎng)角，視場(chǎng)角以外的區(qū)域就是黑色區(qū)域。視場(chǎng)角一般要與屏 幕大小相匹配，如果視場(chǎng)角遠(yuǎn)小于屏幕匹配的效果，VR 世界有黑邊，影響沉浸 感，但如果想升級(jí)視場(chǎng)角，則需要縮短與透鏡間的距離，或增加透鏡的大小，但 屏幕 PPI 不夠的情況下，放大倍率太高，屏幕的顆粒感會(huì)越嚴(yán)重。

在保證視場(chǎng)角的情況下，屏幕離眼睛越近，所需要的屏幕面積則越小，越省 成本且更輕便，但人晶狀體是凸透鏡，太近的畫面會(huì)失焦，因而需要在面部和顯 示器之間設(shè)置一個(gè)透鏡或一系列的透鏡，使觀看更舒服。市面上光學(xué)方案包括非 球面透鏡和菲涅爾透鏡，目前菲涅爾透鏡是主流。

菲涅爾透鏡即螺紋透鏡，多是由聚烯烴材料注塑而成，鏡片表面一面為光面， 另一面刻錄了由小到大的同心圓，它的紋理是根據(jù)光的干涉及擾射以及相對(duì)靈敏 度和接收角度要求來設(shè)計(jì), 每個(gè)凹槽都可以一個(gè)獨(dú)立的小透鏡，把光線調(diào)整成平 行光或聚光,也能消除部分球形像差。

普通的透鏡會(huì)出現(xiàn)邊角變暗、模糊的現(xiàn)象，菲涅爾透鏡優(yōu)勢(shì)顯著，但菲涅爾 透鏡精度較差，成像效果一般，非球面鏡頭成像效果較好，但鏡片厚重量大。2019 年華為推出超短焦方案（Pancake），利用折疊光路設(shè)計(jì)和多層鍍膜，讓光線在鏡 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極大 減小眼鏡的重量和體積。

追蹤定位方案主要是為了在虛擬場(chǎng)景里的空間定位，以實(shí)現(xiàn)更多的人機(jī)交互。VR 的定位技術(shù)在實(shí)現(xiàn)上主要分為兩類,即“outside-in”和“inside-out”，前者需要 外置多個(gè)定位點(diǎn)設(shè)備，設(shè)備發(fā)出紅外線等通過三角定位的方法確定佩戴者的位置 和移動(dòng)方向。后者則是利用設(shè)備自身，而不依靠外部的傳感器等配件，實(shí)現(xiàn)虛擬 場(chǎng)景里的空間定位，以及更多的人機(jī)交互。前者比較精準(zhǔn)但放置定點(diǎn)設(shè)備不方便， 后者則更方面，目前 inside-out 是主流定位方案。

與 VR 內(nèi)的場(chǎng)景交互涉及到自由度 DoF，主要是對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)方式的追蹤， 自由度分為 3DoF 和 6DoF，3DoF 是指戴著 VR 頭顯的玩家的頭部回轉(zhuǎn)動(dòng)作，即 上下、左右、前后回轉(zhuǎn)動(dòng)作，而 6DoF 則在 3DoF 的基礎(chǔ)上添加了身體的上下、左 右、前后動(dòng)作。3DoF 的設(shè)備可以用來看 VR 電影和進(jìn)行一輕度 VR 游戲，6DoF 的設(shè)備能在玩游戲時(shí)與場(chǎng)景深度交互，體驗(yàn)到越障、跳樓、登山、滑雪等真實(shí)感 受，大幅提升沉浸感。

疫情增加居家時(shí)間，VR 內(nèi)容+技術(shù)相互促進(jìn)升級(jí)。2020 年疫情導(dǎo)致居家時(shí)間 變長，而一體機(jī)、高刷新率、6DOF 技術(shù)升級(jí)帶來的體驗(yàn)感上升，眩暈效果大幅 降低，VR 行業(yè)進(jìn)入爆發(fā)期。VR 游戲也不斷豐富，截止 2020 年底 Steam 平臺(tái) VR 內(nèi)容數(shù)量達(dá)到 5554 款，加上 Oculus 和 VIVE、PICO 等平臺(tái)，目前主流游戲平臺(tái) 上 VR 內(nèi)容已超過萬款。VR 已經(jīng)進(jìn)入了“用戶增加-設(shè)備開發(fā)商/內(nèi)容開發(fā)者收入 提高-設(shè)備體驗(yàn)感上升/內(nèi)容持續(xù)豐富-用戶持續(xù)增加”的正向循環(huán)。

半衰期游戲大火，2020 年 VR 游戲收入同比增長 25%。2020 年發(fā)布的《半衰期：愛莉克斯》單款游戲收入超過了 2019 年所有 VR 游戲 收入之和，2020 年全球 VR 游戲收入同比增長 25%達(dá)到 5.89 億美金。2020 年 SteamVR 的會(huì)話數(shù)量達(dá)到 1.04 億次，新增用戶達(dá)到 170 萬（初次使用 SteamVR 的用戶數(shù)量），VR 游戲時(shí)間比上年增加了 30%。

Steam 平臺(tái)的月連接 VR 設(shè)備數(shù)量不斷創(chuàng)新高，Oculus 已占據(jù)半壁江山。 Steam 年度報(bào)告指出 2020 年平臺(tái)新增 VR 用戶 170 萬，月活 VR 用戶 205 萬，根 據(jù) RoadtoVR 的測(cè)算，目前 Steam 平臺(tái)的月連接 VR 設(shè)備數(shù)量已經(jīng)超過 250 萬， 且不斷創(chuàng)新高。Facebook 占比 VR 消費(fèi)市場(chǎng)半壁以上江山，2021 年 3 月 Steam 平 臺(tái) 58%的月連接 VR 設(shè)備均為 Oculus 產(chǎn)品。

2.2、Oculus 產(chǎn)品供不應(yīng)求，蘋果新品有望引爆市場(chǎng)

Oculus 成立于 2012 年，創(chuàng)始人帕爾默是 VR 迷，2012 年，Oculus Rift DK1 上線國外眾籌網(wǎng)站 Kickstarter 眾籌，籌集超 240 萬美元的資金，2013 年，游戲天 才約翰·卡馬克宣布加入 Oculus VR 公司任 CTO 一職，2013 年 Oculus 發(fā)布首款 VR 設(shè)備 Oculus Rift。Facebook 以 20 億美元的價(jià)格收購 Oculus。2014 年公司陸續(xù) 發(fā)布了 DK2、Crescent Bay 兩代開發(fā)者版本，三代開發(fā)者版本的重量逐漸減輕， 刷新率有所提升，使用體驗(yàn)逐步向消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品靠近。

首款消費(fèi)者版 VR 面世后，Oculus 創(chuàng)新不斷。Oculus 于 2015 年 6 月正式發(fā) 布了消費(fèi)者版 Rift 虛擬現(xiàn)實(shí)頭顯，上市時(shí)售價(jià)為 599 美元。2018 年 5 月，F(xiàn)acebook 在海外市場(chǎng)推出的 Oculus Go 是 Oculus 第一款無需匹配 PC 使用的一體化 VR 設(shè) 備。為探尋 VR 未來發(fā)展方向，F(xiàn)acebook 在 2019 年 5 月同時(shí)發(fā)布了 Oculus Rift S 和 Oculus Quest 兩款產(chǎn)品，分別為系留 VR（PC VR）和一體機(jī) VR（移動(dòng) VR）， 兩款產(chǎn)品的屏幕材質(zhì)、芯片、刷新率等較 Oculus Go 有了明顯提升，沉浸感更強(qiáng)。

Quest 產(chǎn)品供不應(yīng)求，Oculus 成 VR 贏家。Oculus 首款 Quest 大獲成功，開 售兩天沖到了多國亞馬遜暢銷榜前三。2020 年 9 月，F(xiàn)acebook 發(fā)布了新款一體機(jī)VR：Oculus Quest 2，同時(shí)支持以有線/無線方式連接 PC 使用，分辨率顯著提升， 刷新率提升至 90Hz，僅 299 美元的起售價(jià)極具吸引力，還提供給玩家大量質(zhì)優(yōu)價(jià) 廉的游戲,產(chǎn)品極具性價(jià)比，該產(chǎn)品 2020 年 Q4 銷量為 109.8 萬臺(tái)，而同價(jià)位的索尼 PS VR 銷量僅為 12.5 萬臺(tái)，排名第二。

Oculus Quest2 預(yù)期銷量持續(xù)上修，首款千萬級(jí)別 VR 設(shè)備誕生。Facebook Reality Labs 副總裁安德魯稱 Qculus Quest 2 的銷量已經(jīng)超過了 Oculus Rift、Oculus Rift S、Oculus Go 和 Oculus Quest 1 的銷量總和，根據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈追蹤，Oculus 持續(xù) 上修訂單，預(yù)計(jì)今年 Quest 2 銷量有望超 700 萬臺(tái)，Quest2 將成為史上第一款超 千萬銷量的 VR 設(shè)備。

蘋果作為消費(fèi)電子行業(yè)的標(biāo)桿企業(yè)，其 VR 新產(chǎn)品的發(fā)布有望引爆市場(chǎng)。2015 年 2 月蘋果的第一份 VR/AR 相關(guān)專利曝光，專利內(nèi)容為一款觀看沉浸式媒體的頭 顯，截止 2021 年 1 月，蘋果已有 330 多項(xiàng)公開可查的 VR/AR 相關(guān)專利。2019 年 蘋果內(nèi)部會(huì)議曝光的 N301，外形類似 Oculus Quest，具備 VR、AR 混合功能，蘋果將在 2021 年 6 月的開發(fā)者大會(huì) WWDC 上發(fā)布一款混合現(xiàn) 實(shí)頭顯，配置和功能方面想象空間頗大。

配置方面，除了已知的外觀專利、散熱和光學(xué)專利，蘋果還曾向索尼訂購了 1280x960 分辨率的 0.5 英寸 Mirco-OLED 顯示屏，另外 ToF 鏡頭也可以被內(nèi)置到 頭顯中以實(shí)現(xiàn)手部動(dòng)作追蹤。功能方面，VR/AR 切換、近視支持、心率及溫度測(cè) 量、虛擬鍵盤投射和 6DoF 手寫觸控筆等功能專利均在 2020 年對(duì)外公開，有望被 用于蘋果的 VR 新品。

iPhone 和 iPad 近年來陸續(xù)新增 UWB 和 Lidar 模塊，為推出 VR/AR 鋪路。蘋 果 iPhone11 系列之后手機(jī)均搭載 UWB 超寬頻芯片，高效傳播速率、高精度定位、 傳輸距離適中、低能耗等性能優(yōu)勢(shì)明顯。2020 年新款的 iPad 和 iPhone 均配置了 Lidar 鏡頭，可以快速掃描獲取身邊世界的 3D 信息來分析和構(gòu)圖，蘋果在相關(guān)生 態(tài)鏈產(chǎn)品中陸續(xù)增加精準(zhǔn)定位和 3D 信息獲取相關(guān)的配置，為 VR/AR 產(chǎn)品的推出 鋪路。

2.3、行業(yè)進(jìn)入爆發(fā)期，巨頭跑馬圈地

2020 年全球 VR 頭顯出貨量為 670 萬臺(tái)，到 2025 年 VR 用戶市場(chǎng)有望超過 9000 萬。2020 年全球 VR 頭顯出貨量為 670 萬臺(tái)，同比大增 72%，預(yù)計(jì) 2022 年 將達(dá)到 1800 萬臺(tái)，其中銷量大增主要由于 Oculus Quest 一代和二代產(chǎn)品的爆賣。2020 年全球 VR 用戶數(shù)量已超過千萬，到 2025 年將達(dá)到 9000 萬，蘋果等巨頭的 相繼入場(chǎng)給市場(chǎng)更大想象力空間。

2.3.1、索尼

索尼 HMZ 系列試水 3D 頭戴顯示設(shè)備，正式進(jìn)軍 PS VR。2011-2013 年，索 尼分別發(fā)布了 HMZ-T1、HMZ-T2、HMZ-T3 三款產(chǎn)品，HMZ 系列主打“頭戴 3D 個(gè)人影院”概念，主要功能是 3D 觀影，雖然也屬于頭戴顯示設(shè)備，但并不是真 正的 VR。2016 年發(fā)布第一款 VR 設(shè)備：PS VR。截止 2019 年 2 月，官方公布的 全球總銷量為 420 萬臺(tái)，2020 年 Q4 季度 PS VR 的銷量僅 次于新發(fā)布的 Oculus Quest2，廣受歡迎。PS VR 與一般 PC VR 不同，其只能配合 PS 使用，但其優(yōu)勢(shì)也相對(duì)明顯，主要體現(xiàn)在：

1）體驗(yàn)門檻。與同時(shí)期的 Oculus Rift 和 HTC VIVEPS VR 相比，PS VR 通過 處理器連接 PS4 后可以直接使用，不需要復(fù)雜的配置，也不需要專門購買價(jià)格遠(yuǎn) 高于 PS4 主機(jī)的高性能 PC。

2）用戶。PC 用戶數(shù)量雖要高于 PS4，但 PS4 的用戶訴求全部集中于游戲娛 樂，與 VR 產(chǎn)品本身的定位非常契合，因此 PS4 用戶對(duì)于 PS VR 的接受度更高。此外， 截止 2019 財(cái)年，PS4 全球累計(jì)銷量達(dá) 1.104 億臺(tái)，用戶數(shù)量較為可觀。就用戶的消費(fèi)習(xí)慣而言，相對(duì)封閉的 PS 平臺(tái)也要優(yōu)于 PC 平臺(tái)，截至 2020 年 1 月底，PS4 全球累計(jì)游戲銷量達(dá)到 11.81 億套，較去年同期增加 2.57 億套。

3）內(nèi)容。PS4 的內(nèi)容質(zhì)量相較于 Steam 平臺(tái)也不落下風(fēng)，大量成熟的內(nèi)容 IP 對(duì)于 VR 的推廣有推動(dòng)作用。

目前 PS VR 的第二代產(chǎn)品尚未發(fā)布，但新款主機(jī) PS5 已經(jīng)上市，PS VR 可以 通過專門的連接器在 PS5 上運(yùn)行其在 PS4 購買的游戲。2020 年夏季索尼提交了一 份用于 PS VR2 的關(guān)于降低 VR 暈動(dòng)癥的技術(shù)專利，10 月又提交了一份“讓觀眾 參與游戲并集成到虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容中”的專利，觀眾可以在可用內(nèi)容中進(jìn)行選擇， 為 VR 用戶增加游戲場(chǎng)景。

2.3.2、HTC

HTC 聯(lián)合 Valve 開發(fā) VR 頭顯，產(chǎn)品系列豐富。HTC 的 VIVE 系列是由 HTC 與 Valve 聯(lián)合開發(fā)的 VR 頭顯，第一款開發(fā)者版本 VIVE 在 2015 年的 MWC 上發(fā) 布，消費(fèi)者版本于 2016 年正式開始銷售，該款產(chǎn)品發(fā)行 3 個(gè)月后銷量接近 10 萬臺(tái)。

VIVE Focus Plus 支持 2K 分辨率、6 自由度操控和 Inside-Out 定位追蹤，無需連接 PC 或定位器即可使用，用戶體驗(yàn)大幅提升。VIVE Pro 的色彩對(duì)比度更高， 且內(nèi)置 3D 立體音耳機(jī)，具備 100 平米內(nèi)空間定位追蹤功能，可滿足大型游戲需 求。最新的 VIVE Cosmos 擁有 VIVE 系列中最高的分辨率，同時(shí)適用于各種 VR 應(yīng)用程序，功能更加全面。

HTC 在 2018 年 Q1 的全球 VR 行業(yè)銷售收入的份額達(dá)到了 35.7%，第二名三星的份額為 18.9%。內(nèi)容方面，截止 2021 年 3 月，Steam 平臺(tái) VR 獨(dú)占游戲?yàn)?3871 款，其中 3727 款支持 HTC VIVE，2708 款支持 Oculus Rift， HTC 較有優(yōu)勢(shì)。

2.3.3、華為

華為于 2016 年 5 月正式推出了 VR 頭顯，專門匹配榮耀 V8 手機(jī)使用，功能 較為簡單。第二年又推出了第二代頭顯VR 2，使用3K顯示屏，刷新率達(dá)到了90Hz，可配合電腦作為 PC VR 使用，連接手機(jī)后也可使用手機(jī)的處理器轉(zhuǎn)為分離式一體 機(jī) VR。

2019 年華為推出 VR Glass，機(jī)身厚度 26.6mm，重 166 克，厚度和重量均僅 為其他品牌 VR 的 30%，配置超短焦光學(xué)系統(tǒng)，如三段式折疊光路等，同時(shí)支持 0-700 度屈光調(diào)節(jié)，可不戴近視眼鏡直接佩戴，采用 1058 PPI 的 Fast LCD 屏幕， 支持 3D 音效、IMAX 巨幕。但其非一體機(jī)，需要配合手機(jī)或電腦使用，連接電 腦使用時(shí)刷新率可達(dá) 90Hz。

華為發(fā)布 Cloud VR，解決便攜和效果的沖突。當(dāng)下 VR 體驗(yàn)較好的大多需要 依賴 PC VR 終端設(shè)備，行動(dòng)不便，華為 iLab 于 2019 年 2 月西班牙 MWC 展覽會(huì) 上，發(fā)布了最新的 VR 解決方案——Cloud VR，VR 云化后，用戶側(cè)設(shè)備只需要最 基礎(chǔ)的視頻解碼、呈現(xiàn)、控制信令接收和上傳，可采用 STB 解碼，Mobile VR 播 放，實(shí)現(xiàn)無繩化，輕便、便于更多類型終端接入的優(yōu)勢(shì)。

3、AR技術(shù)瓶頸不斷突破，遠(yuǎn)期市場(chǎng)值得期待

3.1、3D 鏡頭普及，為 AR 市場(chǎng)成熟創(chuàng)造條件

1966 年增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)之父薩瑟蘭開發(fā)出第一套 AR 系統(tǒng)，是人類實(shí)現(xiàn)的第一個(gè) AR 設(shè)備。谷歌于 2012 年宣布開發(fā)出 Project Glass，并于 2014 年正式發(fā)布 AR 眼 鏡 Google Glass，次年現(xiàn)象級(jí)手游 Pokemon Go 的風(fēng)靡徹底讓 AR 出現(xiàn)在大眾視野 中。隨后，蘋果、Facebook、華為、三星等大廠紛紛布局 AR，高通在 2019 年推 出了首款支持 5G 的擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)設(shè)備芯片“驍龍 XR2”，AR 爆發(fā)值得期待。面對(duì)發(fā) 展前景廣闊的 AR 市場(chǎng)，各大廠商進(jìn)行了一系列收購和投資，F(xiàn)acebook、蘋果和 谷歌等均發(fā)布了自己的 AR 平臺(tái)，提前布局 AR 領(lǐng)域。

AR 領(lǐng)域在技術(shù)上需要從 0 到 1 的突破，技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度總體高于 VR，由于是 虛擬場(chǎng)景與真實(shí)場(chǎng)景的疊加，如何識(shí)別和理解現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，如何在真實(shí)世界疊加虛 擬物品并實(shí)現(xiàn)感知交互，是 AR 的首要任務(wù)。3D Sensing 為理解世界并交互的核 心技術(shù)。

在交互領(lǐng)域，3D 成像技術(shù)尤為關(guān)鍵。通過 2D 向 3D 的升級(jí)，可以獲取全面 的三維信息，每個(gè)對(duì)象的三維輪廓、物理特征將更為充分識(shí)別。目前 3D Sensing 已經(jīng)在高端智能機(jī)中得到了運(yùn)用，主要在人臉識(shí)別領(lǐng)域。前置 3D Sensing 獲取的 是 3D 人臉圖像，未來后置 TOF 應(yīng)用場(chǎng)景也更為廣闊，比如之后的手勢(shì)識(shí)別，以 及為現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的建模。3D 鏡頭未來將成為 AR 眼鏡標(biāo)配。

TOF 與結(jié)構(gòu)光主要區(qū)別在于算法，核心部件較為相似。3D 相機(jī)方案已經(jīng)具 有多種應(yīng)用方案，包括 TOF、雙目識(shí)別、結(jié)構(gòu)光（含固定式和可編碼式）。雙目 識(shí)別屬于被動(dòng)式方案，不需要激光源，精度低，效果較差。TOF 和結(jié)構(gòu)光預(yù)計(jì)將 會(huì)未來 3D 相機(jī)的主要選擇。結(jié)構(gòu)光是利用圖像傳感器獲得光源投射到物體表面的圖案機(jī)構(gòu)，利用三角原理計(jì)算三維坐標(biāo)；TOF 則是利用計(jì)算從光源到物體、再 到接收端的時(shí)間進(jìn)行測(cè)距，逐點(diǎn)計(jì)算測(cè)量相位差以獲得物體表面信息。雖然二者 解碼原理不同，但其所需要的核心部件基本相同，包括發(fā)射端的紅外光源、微透 鏡；接收端的透鏡、窄帶濾光片、傳感器等。

目前 TOF 鏡頭在 AR 眼鏡中已大規(guī)模應(yīng)用。2019 年發(fā)布的微軟 HoloLens2， 對(duì)手勢(shì)追蹤模塊升級(jí)為 Azure Kinect，包含了一個(gè) TOF 深度傳感器，最多可追蹤 單手 25 個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn)，密度更高，覆蓋更為全面，包括手指彎曲等細(xì)節(jié)動(dòng)作也能捕捉 到。OPPO AR Glass 2021 搭載雙目魚眼攝像頭，對(duì)單手做 21 個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)標(biāo)記，單 根手指 4 個(gè)關(guān)節(jié)標(biāo)記點(diǎn)，可對(duì)雙手實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)檢測(cè)和追蹤，精準(zhǔn)識(shí)別手勢(shì)，這樣 可進(jìn)行點(diǎn)按菜單、推開和拉近物體等手勢(shì)交互。

目前手機(jī)廠商紛紛導(dǎo)入 ToF 鏡頭，為 AR 鋪路。2017 年 iPhone X 發(fā)布后， 3D 成像開始在智能機(jī)上逐步滲透。2019 下半年至 2020 年，包括蘋果、三星、華 為、SONY、OPPO、Vivo 等，紛紛計(jì)劃在后鏡頭搭載 ToF。配置 ToF 鏡頭現(xiàn)階段 一方面能取代景深鏡頭，并提供更好的拍照效果，長期而言，是著眼于未來 AR 應(yīng)用展開的鋪路。

3.2、技術(shù)不斷突破，光波導(dǎo)是未來主流

近眼顯示技術(shù)是核心，成像系統(tǒng)疊加是關(guān)鍵。近眼顯示系統(tǒng)（NED）是 AR 設(shè)備疊加虛擬物品并實(shí)現(xiàn)交互的核心，是將顯示器上的像素，通過一系列光學(xué)成 像元件形成遠(yuǎn)處的虛像并投射到人眼中。由于 AR 眼鏡需要透視，既看到真實(shí)的 外部世界，也看到虛擬信息，所以成像系統(tǒng)不能擋在視線前方，需要多加一個(gè)或 一組光學(xué)組合器，通過“層疊”的形式，將虛擬信息和真實(shí)場(chǎng)景融為一體，互相 補(bǔ)充，互相“增強(qiáng)”。

AR 設(shè)備的光學(xué)顯示系統(tǒng)由圖像源器件與顯示光學(xué)器件組成，前者產(chǎn)生圖像 并將圖像投射到顯示光學(xué)器件中，顯示光學(xué)器件將圖像反射到用戶眼睛中。圖像 源器件技術(shù)主要包括硅基液晶（LCoS）、AMOLED 和 micro LED，目前 LCoS 一 直是 AR 眼鏡中應(yīng)用的主要技術(shù)，AMOLED 具有自發(fā)光功能，設(shè)計(jì)更簡潔，光視 效率更高，微型 LED 光視效率更高、產(chǎn)品壽命更長、反應(yīng)速度更快，更適合 AR 眼鏡，但目前 micro LED 技術(shù)量產(chǎn)尚不成熟。

目前光學(xué)元件技術(shù)分為棱鏡、自由曲面、光波導(dǎo)等，棱鏡光學(xué)是 Google Glass 采用的光學(xué)方案。通過投影到帶有切割反射面的小棱鏡上成像，棱鏡將圖像反射到人眼視網(wǎng)膜中，與現(xiàn)實(shí)圖像相疊加成像，方案比較成熟，技術(shù)門檻低，但視場(chǎng) 角小、鏡片厚且亮度不足。Birdbath 方案和棱鏡光學(xué)原理相近，采用 45 度角的分 光鏡（具有反射和透射值），弊端也和棱鏡方案類似。

自由曲面指通過投影到表面不規(guī)則的帶反射/透射（R/T）值的曲面反射鏡， 然后反射回眼內(nèi)，這種方案顯示源一般在額頭前方，自由曲面厚度較厚，外界透 光率較低，視場(chǎng)角也較小且體積較大。日本愛普生公司及美國夢(mèng)境視覺 Meta 系列 曾采用過該方案，Meta 系列重量約 420 克（不計(jì)線纜和頭部綁帶）。

光波導(dǎo)為目前主流方案，光波導(dǎo)可分為幾何光波導(dǎo)（也叫陣列光波導(dǎo)）和衍 射光波導(dǎo)，根據(jù)不同的光柵元件，衍射光波導(dǎo)有利用光刻技術(shù)制造的表面浮雕光 柵波導(dǎo)和基于全息干涉技術(shù)制造的全息體光柵波導(dǎo)（也叫全息光波導(dǎo)）兩種。

幾何光波導(dǎo)是通過陣列反射鏡堆疊實(shí)現(xiàn)圖像的輸出和動(dòng)眼框的擴(kuò)大，代表光 學(xué)公司是以色列的 Lumus。幾何光波導(dǎo)的光路設(shè)計(jì)是耦合光通過反射面或棱鏡進(jìn) 入波導(dǎo)，經(jīng)過“半透半反”鏡面陣列耦合出波導(dǎo)，再到達(dá)眼鏡前方。幾何光波導(dǎo) 沒有牽扯到任何微納米級(jí)結(jié)構(gòu)，圖像質(zhì)量包括顏色和對(duì)比度可以達(dá)到很高的水準(zhǔn)。但是每個(gè)“半透半反”鏡面都需要十幾甚至幾十層的鍍膜工藝，總體良率不高， 量產(chǎn)性較差。

與幾何光波導(dǎo)不同，衍射光波導(dǎo)通過光柵結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)光束的擴(kuò)展和耦出，表面 浮雕光柵波導(dǎo)和全息體光柵波導(dǎo)的區(qū)別在于光柵的加工制作方式不同。HoloLens 2 和 Magic Leap One 均屬于表面浮雕光柵波導(dǎo)，利用二元光學(xué)理論，在晶圓表面 納米壓印光刻極為精細(xì)的結(jié)構(gòu)形成表面浮雕光柵結(jié)構(gòu)，根據(jù)形狀不同，表面浮雕 光柵有矩形光柵、傾斜光柵、閃耀光柵等。由于制作時(shí)無需將鍍膜斜面“插入” 鏡片中，只需要在鏡片表面加工光柵結(jié)構(gòu)即可，表面浮雕光柵波導(dǎo)工藝相對(duì)簡單， 批量生產(chǎn)成本低，未來發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

相比于幾何光波導(dǎo)，衍射光波導(dǎo)能實(shí)現(xiàn)二維擴(kuò)瞳。普通成像均只有一個(gè)圖像 出口，而通過“半透半反”的鏡面陣列和光柵，成像有了多個(gè)出口，眼睛橫向移 動(dòng)時(shí)候能都看到圖像，橫向可視范圍變大，即實(shí)現(xiàn)了一維擴(kuò)瞳。衍射光波導(dǎo)用的 半導(dǎo)體加工工藝相對(duì)簡單，批量生產(chǎn)成本低，而且通過合理的設(shè)計(jì)光柵結(jié)構(gòu)，可 以實(shí)現(xiàn)出瞳的二維擴(kuò)展擴(kuò)大可視范圍，即二維擴(kuò)瞳，二維擴(kuò)瞳常見為六邊形分布 的圓柱光柵。

全息體光柵光波導(dǎo)使用全息體光柵元件（Holographic Optical Element，HOE） 代替浮雕光柵，蘋果公司收購的 Akonia 公司采用的便是全息體光柵。相比較浮雕 光柵，全息光學(xué)元件是通過雙光束激光全息曝光的方式，直接在微米級(jí)光聚合物 薄膜內(nèi)干涉形成納米級(jí)的光柵結(jié)構(gòu)。HOE 具有高透明，高衍射效率特點(diǎn)，全息體 光柵光波導(dǎo)色彩表現(xiàn)更好，局限在于材料制備復(fù)雜、規(guī)模量產(chǎn)困難、長期可靠性、 材料穩(wěn)定性難保證。

三種光波導(dǎo)方案中，幾何光波導(dǎo)的局限在于良率不高，量產(chǎn)性不強(qiáng)，全息光 波導(dǎo)則受全息體光柵材料制備復(fù)雜所限制。而表面浮雕光柵波導(dǎo)顯示效果好，量 產(chǎn)可能性高，發(fā)展?jié)摿σ沧畲?，未來很可能成?AR 光學(xué)顯示主流方案。目前國 內(nèi)水晶光電、舜宇光學(xué)科技和歌爾股份在光波導(dǎo)相關(guān)解決方案上有布局。

在主流光學(xué)方案之外，光場(chǎng)技術(shù)也是一種關(guān)注度較高的方案，光場(chǎng)光子產(chǎn)生 不同深度的數(shù)字光，并與自然光無縫融合，從而將逼真的虛擬物體疊加至真實(shí)世 界中，由于光場(chǎng)技術(shù)能夠完全真實(shí)地模擬光線在現(xiàn)實(shí)世界的存在方式，其顯示效 果要優(yōu)于光波導(dǎo)，蟻視科技和 Magic Leap 都曾申請(qǐng)過相關(guān)專利。蟻視科技在 2012 年的專利中，將光場(chǎng)顯示中最小的顯示單位定義為元光束，Magic Leap 的技術(shù)方 案中，微型光纖投射器向不同方向投射元光束，與自然光線一樣，無數(shù)元光束也 會(huì)在視網(wǎng)膜附近交匯成無數(shù)個(gè)點(diǎn)，人眼可以自主選擇在不同的焦點(diǎn)成像，從而讓 使用者感覺到像的深度，獲得完整的空間信息。

這種景深讓成像更加真實(shí)，并且可以減少眩暈，有利于長時(shí)間佩戴。但是運(yùn) 用光場(chǎng)技術(shù)的 AR 產(chǎn)品存在價(jià)格昂貴、視場(chǎng)角小、體積較大的問題，Magic Leap 的 AR 產(chǎn)品曾計(jì)劃采用這一技術(shù)方案，最終未能成功，Magic Leap one 也轉(zhuǎn)向了 光波導(dǎo)方案，未來光場(chǎng)技術(shù)還有待進(jìn)步。

3.3、各大品牌加大布局 AR 眼鏡，搶占先機(jī)

AR 成為萬物互聯(lián)時(shí)代的新窗口。智能手表的屏幕+TWS 可以作為手機(jī)部分 功能的替代品，但智能手表的尺寸有限，屏幕太小，使用體驗(yàn)大打折扣。智能眼 鏡則很好地彌補(bǔ)了這一缺陷，它可以通過投射將虛擬屏幕映射至眼前，用戶通過 語音、手勢(shì)或輸入法進(jìn)行操作，同時(shí)鏡腿離耳朵距離較近，可以直接發(fā)揮耳機(jī)的 作用，實(shí)現(xiàn)聲學(xué)和光學(xué)交互的合二為一。

未來智能眼鏡極有可能改變?nèi)祟惻c現(xiàn)實(shí)世界的交互方式，讓世界通過眼鏡呈 現(xiàn)在眼前，徹底擺脫手機(jī)的束縛。龍頭公司近年來一直在加大智能眼鏡的研發(fā)， 搶占先機(jī)，智能眼鏡有望成為下一代可穿戴設(shè)備爆點(diǎn)。

3.3.1、蘋果

蘋果從 2011 年就開始布局 AR，近年來收購多個(gè)相關(guān)公司，其發(fā)布的 AR 平 臺(tái)也已經(jīng)在 2020 年迭代到 AR Kit4，增加了工具的易用性、圖像渲染的真實(shí)性。同時(shí)，蘋果 CEO 庫克頻繁在公開場(chǎng)合發(fā)言對(duì) AR 產(chǎn)業(yè)表示看好，認(rèn)為 AR 市場(chǎng)將 達(dá)到智能手機(jī)的規(guī)模。

蘋果 ARKit 功能日臻完善。在 2017 年 6 月的全球開發(fā)者大會(huì)上，蘋果首次 推出 AR 平臺(tái) ARKit，開發(fā)人員可以使用這套工具 iPhone 和 iPad 創(chuàng)建 AR 應(yīng)用程 序和游戲。2018 年 6 月 5 日，蘋果對(duì) ARKit 進(jìn)行升級(jí)，新增了 AR 測(cè)量工具和 AR 多人互動(dòng)等功能，可滿足多個(gè)設(shè)備同時(shí)顯示同一個(gè)虛擬場(chǎng)景，滿足多人合作 游戲、工作的需求。2019 年，蘋果推出更進(jìn)一步的 ARKit3，能夠通過 People Occlusion 功能在人物前后自然地呈現(xiàn) AR 內(nèi)容，將人物動(dòng)作整合到自己的 APP 中。截至最新的 ARKit 4，蘋果 AR 平臺(tái)的功能豐富度提升明顯。

產(chǎn)品未動(dòng)，專利先行。2019 年美國專利局公布蘋果的數(shù)項(xiàng)專利，2019 年 2 月 26 日成功申請(qǐng)的 Patent # US 10217288 B2，其名為“在移動(dòng)設(shè)備上以真實(shí)環(huán)境 的視角來表示興趣點(diǎn)的方法”，興趣點(diǎn)（Point of interest，POI）指的是真實(shí)環(huán)境中 的一個(gè)位置或真實(shí)物體。這項(xiàng)技術(shù)可以識(shí)別用戶環(huán)境中的對(duì)象并激發(fā)潛藏的內(nèi)容， 從而滿足不同的玩法需求，舉例來說，當(dāng)用戶在未知的地方時(shí)，可以用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) 來獲取興趣點(diǎn)相關(guān)的可視化信息。當(dāng)搜索丟失的對(duì)象時(shí)，或者試圖突出顯示房間 中某些其它人可能不會(huì)注意到的內(nèi)容時(shí)，這個(gè)技術(shù)會(huì)很實(shí)用。

3 月 7 日美國專利和商標(biāo)局又公布了蘋果在 AR 領(lǐng)域的兩項(xiàng)專利。一項(xiàng)名為 “具有調(diào)節(jié)機(jī)制的頭戴式顯示器”，描述了如何穿戴頭顯以及針對(duì)頭顯調(diào)節(jié)方式的 優(yōu)化。此外蘋果同時(shí)表示頭顯系統(tǒng)可以采用眼動(dòng)追蹤來監(jiān)控透鏡和顯示組件與用 戶眼睛之間的距離，有助于檢測(cè)頭顯與眼睛的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而幫助軟件在用戶運(yùn) 動(dòng)時(shí)產(chǎn)生更準(zhǔn)確的視覺體驗(yàn)，而且同時(shí)告知系統(tǒng)頭顯穿戴是否足夠緊密。另一項(xiàng) 專利則是和熱量調(diào)節(jié)相關(guān)，用以提高設(shè)備舒適度。目前蘋果在美國專利網(wǎng)上有超 過 2000 個(gè) AR 相關(guān)專利。

蘋果憑借其硬件生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)及軟件生態(tài)的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)入 AR 時(shí)代優(yōu)勢(shì)顯著。硬件方面，蘋果的手機(jī)、電腦、耳機(jī)、手表等都是獲取用戶信息的入口，也是眼 鏡未來協(xié)同的生態(tài)圈，軟件方面，蘋果通過非開源系統(tǒng)，提升 APP 質(zhì)量，增強(qiáng)了 用戶粘性的同時(shí)控制分發(fā)渠道，并形成護(hù)城河。

此外，蘋果推出了不支持逆向轉(zhuǎn)換 USDZ 的模型格式，主要用于 ARKit 增強(qiáng) 現(xiàn)實(shí)內(nèi)容的展示，并通過不斷推出各種方便實(shí)用的新軟件和工具吸引用戶擁抱 Apple AR Quick 技術(shù)，形成公司在軟件、技術(shù)、開發(fā)工具的壁壘。我們認(rèn)為蘋果 憑借其軟硬件生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)，將繼續(xù)引領(lǐng) VR/AR 時(shí)代。

3.3.2、三星

三星在 2017 年的開發(fā)者大會(huì)上，宣布他們正在通過與 AR Core 的合作伙伴進(jìn) 一步發(fā)力 AR 市場(chǎng)。三星之前致力于發(fā)展 VR 頭顯，在 2014 年與 VR 設(shè)備領(lǐng)頭羊 Oculus 共同設(shè)計(jì) Gear VR，隨后與微軟合作打造 VR 頭顯 Odyssey，第一代產(chǎn)品于 2017 年推出。近兩年三星在 AR 領(lǐng)域的動(dòng)作增多，2019 年公布了新的 AR 設(shè)計(jì)專利，并在 2020 年的消費(fèi)電子展（CES）上發(fā)布了一款基礎(chǔ)的圖像投影式眼鏡。根 據(jù)美國專利商標(biāo)局最新的專利申請(qǐng)顯示，三星發(fā)明了附帶視力矯正鏡片的智能眼 鏡，矯正鏡片可以磁性地附著在鏡架上，提供了舒適的佩戴體驗(yàn)。此外，三星表 示，新發(fā)布的 SmartTag+配備了藍(lán)牙低能（BLE）和超寬帶（UWB）技術(shù)，用戶 可以在 Galaxy S21+等采用 UWB 技術(shù)的 Galaxy 智能手機(jī)上利用 AR 技術(shù)直觀觀 察尋找路線。

3.3.3、Magic Leap

Magic Leap 首款 AR 不及預(yù)期，新品備受期待。2015 年，Magic Leap 發(fā)布 的產(chǎn)品宣傳視頻憑借逼真的視覺體驗(yàn)震驚消費(fèi)者，其當(dāng)時(shí)計(jì)劃采用的顯示技術(shù)是 數(shù)字光場(chǎng)技術(shù)，由于存在技術(shù)難點(diǎn)而最終采用了光波導(dǎo)技術(shù)。2018 年首款產(chǎn)品 Magic Leap One 發(fā)布，但 50°左右的視場(chǎng)角沉浸感較差，而且虛擬物體的半透明 的狀態(tài)，看上去不夠真切，物體本身也會(huì)偶爾出現(xiàn)抖動(dòng)和不清晰的狀況。

Magic Leap one 預(yù)期目標(biāo)是 10 萬套，實(shí)際僅賣出 6000 套。Magic Leap One 也展現(xiàn)了不少技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，例如視覺感知功能能夠?qū)ξ锢憝h(huán)境 進(jìn)行數(shù)字化重建，令現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景與虛擬影像的交互更加自然。另外其不僅擁有足夠 逼真的虛擬影像，還能夠記憶虛擬影像的位置信息，下次使用時(shí)構(gòu)建的虛擬影像 仍會(huì)在相同位置，因此消費(fèi)者對(duì) Magic Leap 的下一代產(chǎn)品仍抱有期待。Magic Leap 2 預(yù)計(jì)于 2021 年 Q4 發(fā)布，預(yù)計(jì)新品的視場(chǎng)角問題將得到大幅改善。

3.3.4、Google、微軟、Facebook

Google 早在 2012 年就首次推出智能眼鏡 Google Glass，發(fā)布之初試圖勾勒人 類佩戴眼鏡的偉大藍(lán)圖，但由于種種原因而未能普及，總結(jié)其失敗原因主要有以 下五點(diǎn)：存在侵犯隱私權(quán)問題；外形不受歡迎；售價(jià)昂貴，發(fā)布時(shí)售價(jià)高 達(dá) 1500 美元，性價(jià)比低；續(xù)航時(shí)間短，一次充電只能使用 5 小時(shí)；安全問題 亟待解決。盡管谷歌的 AR 產(chǎn)品進(jìn)展不佳，但其 AR 開發(fā)平臺(tái)的發(fā)展穩(wěn)健，相關(guān) 收購活動(dòng)也為未來的頭顯產(chǎn)品積累了技術(shù)資本。

微軟于 2015 年和 2019 年先后發(fā)布 HoloLens1&2，性能方面較 Google Glass 有很大提升。由于光學(xué)顯示系統(tǒng)采用光波導(dǎo)，量產(chǎn)難度大、產(chǎn)品良率低導(dǎo)致售價(jià) 昂貴，難以普及大眾。其次，HoloLens 產(chǎn)品針對(duì) B 端，主要應(yīng)用于動(dòng)畫設(shè)計(jì)、工 業(yè)維修與醫(yī)療手術(shù)。微軟的 AR 設(shè)備在 B 端的發(fā)展?fàn)顩r良好，例如空中客車就在 利用微軟的 AR 技術(shù)提高飛機(jī)生產(chǎn)效率，同時(shí) AR 也能讓工人實(shí)現(xiàn)無需實(shí)際飛機(jī) 或者部件的培訓(xùn)。微軟與美國陸軍合作開發(fā)了基于 HoloLens 的“集成視覺增強(qiáng)系 統(tǒng)”（IVAS），該設(shè)備能夠顯示地圖、指南針和武器瞄準(zhǔn)點(diǎn)，并且支持熱成像技術(shù) 以實(shí)現(xiàn)夜視。目前微軟與美國軍方已正式簽訂合約，項(xiàng)目已進(jìn)入生產(chǎn)階段，據(jù)官 方公布，該合約持續(xù) 10 年，價(jià)值 219 億美元。

Facebook 在 AR 領(lǐng)域也早有布局，2014 年收購 Oculus 的 AR/VR 業(yè)務(wù)，在 VR 領(lǐng)域彎道超車。在 AR/VR 的追蹤定位領(lǐng)域，F(xiàn)acebook 發(fā)布基于 Inside-out 的 一體機(jī)，成為能夠做好同步定位與建圖（SLAM）的少數(shù)幾家廠商之一。2021 年 3 月，F(xiàn)acebook 發(fā)布了正在研發(fā)的一款手環(huán)的模擬視頻，這款手環(huán)將用以匹配其 AR 眼鏡進(jìn)行隔空控制。另外，F(xiàn)acebook 的相機(jī) AR 特效平臺(tái) Spark AR 在 Instagram 上應(yīng)用地也十分廣泛。