元宇宙行業(yè)專(zhuān)題研究VR、AR、腦機(jī)接口是通往元宇宙的入口

元宇宙行業(yè)專(zhuān)題研究-VR、AR、腦機(jī)接口是通往元宇宙的入口1元宇宙應(yīng)用對(duì)硬件提出更清晰的需求，將推動(dòng)人機(jī)交互逐步升級(jí)我們認(rèn)為VR/AR/腦機(jī)接口是集合了微顯示、傳感器、芯片和算法等多項(xiàng)技術(shù)在內(nèi)的下一代人機(jī)交互平臺(tái)。回顧整個(gè)人機(jī)交互發(fā)展歷程，我們看到人機(jī)交互的指令輸入形式和反饋輸出形式都在朝著更低的操作門(mén)檻和更高的交互效率演變。當(dāng)前我們正站在智能手機(jī)時(shí)代和下一個(gè)交互形態(tài)的交界處，我們認(rèn)為盡管VR/AR在輸入技術(shù)（傳感）和輸出技術(shù)（顯示）方面均較上一代交互設(shè)備有顯著飛躍，但目前仍處于發(fā)展的早期階段。隨著元宇宙應(yīng)用的發(fā)展和內(nèi)容生態(tài)的完善，元宇宙對(duì)硬件的需求逐步清晰，將推動(dòng)VR/AR/腦機(jī)接口設(shè)備的逐步升級(jí)，最終有望出現(xiàn)可以和PC、智能手機(jī)媲美的下一代硬件。從人機(jī)交互發(fā)展史來(lái)看，當(dāng)前我們處在什么階段？低操作門(mén)檻與高交互帶寬是人機(jī)交互平臺(tái)核心發(fā)展方向我們梳理了人機(jī)交互不同發(fā)展階段下輸入和輸出形式的特征和演變趨勢(shì)，認(rèn)為兼具便捷操作性和高交互帶寬的AR/VR/腦機(jī)接口將有望引領(lǐng)下一代交互方式。人機(jī)交互主要是指人和系統(tǒng)互相影響、互相作用的循環(huán)過(guò)程。具體而言，人類(lèi)在接收并處理信息后通過(guò)行為輸出指令，計(jì)算機(jī)接受指令后改變系統(tǒng)形態(tài)，再通過(guò)顯示輸出反饋信息并被人類(lèi)感知，從而引發(fā)人腦的信息處理和下一個(gè)人機(jī)交互過(guò)程。回顧人機(jī)交互發(fā)展歷程，過(guò)去的人機(jī)交互主要經(jīng)歷了卡帶式交互、問(wèn)答式交互和音視覺(jué)交互這三個(gè)階段，輸入和輸出形式持續(xù)向貼近人類(lèi)本能進(jìn)化。從指令輸入形式的演變來(lái)看，在最早期的卡帶式交互階段，人們只能用穿孔卡向計(jì)算機(jī)單向傳遞數(shù)字指令，指令單一且具有極高的使用門(mén)檻；隨著主機(jī)的出現(xiàn)，人類(lèi)可通過(guò)鍵盤(pán)鍵入命令語(yǔ)句來(lái)實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的問(wèn)答（對(duì)應(yīng)命令行界面），雖然較上一代輸入設(shè)備提高了鍵入效率，但仍要求操作者記住大量命令語(yǔ)言；隨著個(gè)人PC時(shí)代全面到來(lái)（對(duì)圖形用戶(hù)界面GUI），通過(guò)使用鼠標(biāo)鍵盤(pán)組合，結(jié)合“點(diǎn)/敲擊、滾動(dòng)、拖拽”等動(dòng)作，操作者可輕易實(shí)現(xiàn)快速切換和精準(zhǔn)定位，顯著降低了操作門(mén)檻；而在手機(jī)時(shí)代，實(shí)體按鍵的消失及音頻輸入、觸摸屏的陸續(xù)出現(xiàn)則進(jìn)一步豐富了用戶(hù)輸入方式，簡(jiǎn)化交互流程。我們看到人機(jī)交互的輸入形式從用機(jī)器語(yǔ)言與機(jī)器交互，進(jìn)化到了用自然語(yǔ)言與機(jī)器交互。從反饋輸入形式的角度，人機(jī)交互經(jīng)歷“命令行界面（CLI）-圖形用戶(hù)界面（GUI）-自然用戶(hù)界面（NUI）”的更迭過(guò)程，對(duì)應(yīng)視覺(jué)輸出內(nèi)容從單調(diào)的一維語(yǔ)句到二維圖形，最終有望以三維空間物體的形式呈現(xiàn)，同時(shí)輔以聲學(xué)設(shè)備強(qiáng)化聽(tīng)覺(jué)輸出效果。此外輸出設(shè)備也從大型主機(jī)、臺(tái)式屏顯，演變至筆記本電腦、手機(jī)甚至微型投影，逐步走向可移動(dòng)化。元宇宙來(lái)臨，有望帶動(dòng)VR/AR/腦機(jī)接口蓬勃發(fā)展我們認(rèn)為VR/AR/腦機(jī)接口將是下一個(gè)交互時(shí)代的代表性操作平臺(tái)，主要因?yàn)槠涓叨确陷斎牒洼敵鲂问缴系难葑冓厔?shì)。輸入角度，VR/AR消除以往的實(shí)體按鍵，主要結(jié)合了手勢(shì)輸入、眼動(dòng)追蹤、面部表情識(shí)別以及語(yǔ)音操控，而腦機(jī)接口則由肌電輸入進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)槟X電輸入；輸出角度，VR將為用戶(hù)構(gòu)建一個(gè)融合視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等多維感官體驗(yàn)的移動(dòng)虛擬空間，AR則將其與現(xiàn)實(shí)空間疊加，充分實(shí)現(xiàn)虛實(shí)融合。初期的VR/AR概念分別在上世紀(jì)50-60年代先后提出，之后20年內(nèi)經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)和B端商用探索，波動(dòng)上升中產(chǎn)品形態(tài)不斷向輕量化、小型化、深度沉浸迭代。2010年以后，隨著互聯(lián)網(wǎng)和智能手機(jī)終端的逐步成熟和消費(fèi)端持續(xù)滲透，ARVR應(yīng)用開(kāi)始C端落地的探索。進(jìn)入21世紀(jì)的第二個(gè)十年，元宇宙被預(yù)言將成為互聯(lián)網(wǎng)的下一個(gè)形態(tài)，而ARVR也被寄希望成為元宇宙中全新的人機(jī)交互平臺(tái)。Qculusquest2帶動(dòng)VR出貨量首次達(dá)千萬(wàn)。2020年9月Oculusquest2推出后迅速成為爆款，持續(xù)銷(xiāo)售火熱。2021年在這款VR產(chǎn)品的推動(dòng)下，VR銷(xiāo)售量近1000萬(wàn)臺(tái)，達(dá)歷史新高，其設(shè)計(jì)范式也為國(guó)內(nèi)廠(chǎng)家競(jìng)相模仿。未來(lái)，我們看到隨著應(yīng)用生態(tài)的持續(xù)成熟，相應(yīng)的對(duì)VR硬件也提出了升級(jí)要求。我們認(rèn)為下一代的顯示單元的清晰度或?qū)哪壳暗?K提升到8K，重量也將從近500g下降到300g左右，同時(shí)目鏡厚度將降至目前的1/3，也將搭載更多傳感器，實(shí)現(xiàn)眼動(dòng)追蹤、手勢(shì)追蹤等更多的交互方式。AR技術(shù)路徑繁多，micro-LED+衍射光波導(dǎo)被寄予厚望，但短期難出現(xiàn)成熟產(chǎn)品。現(xiàn)階段AR仍處于探索期，從出貨量來(lái)看，2020年至2021年均維持在20-30萬(wàn)件之間（IDC數(shù)據(jù)）；

從產(chǎn)品形態(tài)來(lái)看，目前仍然以大廠(chǎng)為主導(dǎo)，以一體機(jī)產(chǎn)品為主流；從技術(shù)來(lái)看，目前路徑繁多，但均存在性能、良率、體積等問(wèn)題。micro-LED+衍射光波導(dǎo)被認(rèn)為是最有望實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商用的AR光學(xué)系統(tǒng)，但由于micro-LED在巨量轉(zhuǎn)移等仍存在技術(shù)問(wèn)題，短期或難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商用。元宇宙應(yīng)用場(chǎng)景依次落地，或?qū)⒍x下一代VR/AR/腦機(jī)接口升級(jí)方向我們認(rèn)為隨著元宇宙應(yīng)用場(chǎng)景的清晰化，未來(lái)VR/AR/腦機(jī)接口的發(fā)展方向逐漸明確。早期的硬件設(shè)備受制于應(yīng)用場(chǎng)景和內(nèi)容單一化、用戶(hù)對(duì)硬件設(shè)備的體驗(yàn)不完善等缺陷，初代VR/AR并未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模增長(zhǎng)。當(dāng)前時(shí)點(diǎn)，我們看到游戲、電商、協(xié)同辦公、社交、健身、醫(yī)療、視頻和模擬訓(xùn)練（教育）等元宇宙應(yīng)用場(chǎng)景正逐漸清晰，這對(duì)VR/AR/腦機(jī)接口硬件端提出了更高的需求，有望驅(qū)動(dòng)包括微顯示技術(shù)、三維重建、生物傳感器、肌電/腦電處理、全身追蹤、空間定位在內(nèi)的多項(xiàng)底層技術(shù)不斷完善。元宇宙時(shí)代的應(yīng)用比移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代更強(qiáng)調(diào)沉浸感和交互感，不同應(yīng)用對(duì)兩種效果的側(cè)重各有不同。其中，沉浸感可通過(guò)更豐富的音畫(huà)效果和更多維度的感官交互獲得，例如借助場(chǎng)景渲染、沉浸聲場(chǎng)、溫度模擬、觸覺(jué)傳感等技術(shù)營(yíng)造出逼真的虛擬場(chǎng)景，使大腦產(chǎn)生“身臨其境”的感覺(jué)；交互感則需借助多樣化的輸入方式來(lái)降低人機(jī)交互的操作門(mén)檻，例如直接通過(guò)識(shí)別語(yǔ)音或讀取手勢(shì)來(lái)傳達(dá)指令，無(wú)需打字或操作鍵鼠/按鈕，增強(qiáng)互動(dòng)效率。我們認(rèn)為根據(jù)不同應(yīng)用對(duì)沉浸感和交互感的要求高低，可以將其分為三個(gè)層次：1)漸成熟：視頻和模擬訓(xùn)練（教育）。其中模擬訓(xùn)練（教育）包括安全教育、公共安全演練、思政教育等等，對(duì)沉浸感和交互感要求最低，目前已有商業(yè)化案例；而視頻領(lǐng)域?qū)Τ两械囊笙鄬?duì)更高，但由于流媒體平臺(tái)內(nèi)容生態(tài)已經(jīng)較為完善，隨著VR配套硬件向C端滲透，我們認(rèn)為視頻將是率先成熟的領(lǐng)域之一。2)發(fā)展中：電商、社交、游戲、辦公、健身。其中電商與游戲更側(cè)重于追求沉浸感，而社交和協(xié)同辦公對(duì)交互感的要求更高。3)萌芽期：醫(yī)療，具體包括疾病監(jiān)測(cè)、輔助微創(chuàng)手術(shù)、信號(hào)讀取、刺激干涉和仿生等。疾病監(jiān)測(cè)隨著ECG心電圖、血糖、血氧等生物傳感技術(shù)的成熟有望加速落地，而輔助手術(shù)、刺激干涉和仿生等領(lǐng)域?qū)斎牒洼敵龅木_度要求極高，相關(guān)企業(yè)及醫(yī)療機(jī)構(gòu)仍在探索中。游戲：強(qiáng)調(diào)“沉浸感”的元宇宙游戲需要多平臺(tái)/VRAR/云原生技術(shù)作為底層技術(shù)支撐當(dāng)前游戲已具備元宇宙所擁有的虛擬身份、朋友、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)等特點(diǎn)，但未能給玩家完全帶來(lái)“沉浸感”，硬件方面主要受制于近眼顯示和多維感官傳感技術(shù)不夠成熟。未來(lái)，元宇宙游戲?qū)⒊鼜?qiáng)的沉浸感與更豐富的內(nèi)容生態(tài)方向發(fā)展，需要借助成熟的場(chǎng)景渲染和沉浸聲場(chǎng)技術(shù)增強(qiáng)聲畫(huà)效果，借助全身運(yùn)動(dòng)追蹤、傳感器、空間定位等技術(shù)增強(qiáng)臨場(chǎng)感。我們認(rèn)為優(yōu)質(zhì)的游戲內(nèi)容創(chuàng)新將與VR/AR硬件升級(jí)互相形成正反饋效應(yīng)，促進(jìn)元宇宙游戲生態(tài)的發(fā)展，并為高性能計(jì)算芯片、硅基OLED、MicroLED以及相關(guān)設(shè)備組裝企業(yè)帶來(lái)增量空間。電商：虛實(shí)交融的沉浸式購(gòu)物模式為近眼顯示、AI芯片、傳感器帶來(lái)發(fā)展機(jī)遇傳統(tǒng)電商平臺(tái)仍主要以圖片和視頻等平面化形式展示商品。盡管近年來(lái)電商直播、AR試妝等形式興起，一定程度上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)電商在購(gòu)物時(shí)較為單薄的觀感體驗(yàn)，然而對(duì)于服飾等SKU豐富的非標(biāo)品類(lèi)商品，用戶(hù)仍然無(wú)法對(duì)其進(jìn)行在線(xiàn)試品。在“在線(xiàn)即在場(chǎng)”的終極需求驅(qū)動(dòng)下，元宇宙時(shí)代的電商有望進(jìn)一步突破物質(zhì)世界屏障，通過(guò)AR/VR/MR等新一代人機(jī)交互平臺(tái)實(shí)現(xiàn)視聽(tīng)甚至觸覺(jué)等多感官交互的購(gòu)物體驗(yàn)，創(chuàng)造如3D虛擬商場(chǎng)、數(shù)字展館等消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)場(chǎng)景。我們認(rèn)為這一進(jìn)程主要依賴(lài)于近眼顯示、三維重建、觸覺(jué)傳感乃至虛擬人等技術(shù)的成熟，將為相關(guān)微顯示、傳感器、芯片企業(yè)帶來(lái)增長(zhǎng)空間。協(xié)同辦公/社交：借助手勢(shì)追蹤、語(yǔ)音識(shí)別、眼動(dòng)追蹤、虛擬化身實(shí)現(xiàn)互動(dòng)感未來(lái)元宇宙辦公/社交有望突破物理空間的局限，將帶來(lái)最接近實(shí)地面對(duì)面的工作和交友體驗(yàn)，提升辦公生產(chǎn)、溝通、協(xié)作效率。當(dāng)前移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)階段的遠(yuǎn)程辦公距離理想模式有一定差距，工作效率與溝通效果仍存在局限性。而元宇宙辦公/社交則強(qiáng)調(diào)互動(dòng)感，例如，用戶(hù)可以全程通過(guò)手勢(shì)操作，即可滿(mǎn)足在VR虛擬空間中舉手、豎大拇指點(diǎn)贊等功能，顯著降低人機(jī)交互平臺(tái)操作門(mén)檻，同時(shí)實(shí)現(xiàn)無(wú)距離感互動(dòng)。這一場(chǎng)景的實(shí)現(xiàn)將主要借助手勢(shì)讀取、眼動(dòng)追蹤、語(yǔ)音識(shí)別、空間定位等VR/AR底層技術(shù)。醫(yī)療與健康：VR/AR/腦機(jī)硬件將搭載先進(jìn)生物監(jiān)測(cè)以及腦電信號(hào)處理技術(shù)在VR/AR方面，盡管目前已出現(xiàn)了拳擊、攀巖、球類(lèi)運(yùn)動(dòng)等輔助健身的應(yīng)用，欠佳的硬件佩戴體驗(yàn)卻限制了用戶(hù)使用時(shí)長(zhǎng)。一方面，VR設(shè)備的眩暈感仍未完全消除，運(yùn)動(dòng)健身應(yīng)用中高速變換的場(chǎng)景將進(jìn)一步加劇不適感；另一方面，目前主流VR頭顯的重量大多在300g以上，VR一體機(jī)甚至普遍超過(guò)500g，大大增加了佩戴者運(yùn)動(dòng)時(shí)的負(fù)擔(dān)。因此，顯示技術(shù)和輕薄化是硬件廠(chǎng)商重點(diǎn)攻克的方向，我們看好具有超輕薄、高清晰度、低功耗、低延遲等特點(diǎn)的硅基OLED（索尼、視涯等），以及具有無(wú)感佩戴且不妨礙正常視線(xiàn)優(yōu)勢(shì)的入眼式AR設(shè)備（InWith和MojoVision等）的發(fā)展機(jī)會(huì)。在生物監(jiān)測(cè)方面，當(dāng)前隨著心率監(jiān)測(cè)、血氧檢測(cè)技術(shù)的成熟，已有部分智能手環(huán)和手表產(chǎn)品中引入了醫(yī)療級(jí)功能，我們認(rèn)為向著更專(zhuān)業(yè)的醫(yī)療設(shè)備進(jìn)化將是智能穿戴重要發(fā)展方向。未來(lái)，智能穿戴產(chǎn)品有望大規(guī)模搭載ECG心電圖以及無(wú)創(chuàng)血糖檢測(cè)等新功能，針對(duì)老年群體、慢病群體提供更專(zhuān)業(yè)的服務(wù)，這也對(duì)血糖、血氧等生物監(jiān)測(cè)技術(shù)提出了更高的要求。長(zhǎng)期來(lái)看，人機(jī)交互硬件在醫(yī)療與健康領(lǐng)域有望拓展到服務(wù)神經(jīng)系統(tǒng)和肌肉系統(tǒng)癱瘓的患者（如腦、脊髓疾病、中風(fēng)、外傷等），這一需求將為腦機(jī)接口技術(shù)創(chuàng)造可觀的發(fā)展前景。視頻：VR/AR技術(shù)帶來(lái)高沉浸感的流媒體觀賞體驗(yàn)傳統(tǒng)影視作品、長(zhǎng)視頻與短視頻仍主要通過(guò)電視、影院、視頻平臺(tái)等媒介傳播，受制于平面化的表現(xiàn)形式，內(nèi)容的表現(xiàn)力仍有較大提升空間。元宇宙時(shí)代，觀眾有望使用先進(jìn)VR/AR設(shè)備更沉浸地觀看電影、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況、音樂(lè)會(huì)等內(nèi)容，娛樂(lè)性與體驗(yàn)感將迎來(lái)質(zhì)的飛躍。目前包括Netflix和愛(ài)奇藝在內(nèi)的長(zhǎng)視頻平臺(tái)已對(duì)“元宇宙+視頻”的落地做出了積極探索，例如Netflix為美劇《怪奇物語(yǔ)》推出VR體驗(yàn)，愛(ài)奇藝推出主打觀影功能的手機(jī)盒子。借鑒移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代對(duì)短視頻生態(tài)的孵化歷程，元宇宙作為互聯(lián)網(wǎng)的下一站，也為視頻創(chuàng)作提供了新的可能性，例如通過(guò)建模、動(dòng)作捕捉、人工智能制作出的虛擬人物能夠參演影視劇集，影視與視頻內(nèi)容創(chuàng)作有望迎來(lái)新的高光期。模擬訓(xùn)練/教育：將實(shí)現(xiàn)虛擬空間中對(duì)實(shí)體環(huán)境的仿真映射模擬訓(xùn)練是指將現(xiàn)實(shí)中的場(chǎng)景復(fù)刻到虛擬世界中，應(yīng)用于軍事訓(xùn)練、工業(yè)設(shè)計(jì)、教學(xué)訓(xùn)練、安全應(yīng)急演練等較為復(fù)雜或具有高危險(xiǎn)系數(shù)的領(lǐng)域。工業(yè)領(lǐng)域中，制造業(yè)企業(yè)將在仿真虛擬空間中充分利用各類(lèi)數(shù)據(jù)，優(yōu)化工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的設(shè)備工藝和作業(yè)流程。軍事和安全應(yīng)急領(lǐng)域均有進(jìn)行模擬演練的需求，未來(lái)有望在虛擬場(chǎng)景開(kāi)展更大規(guī)模和更復(fù)雜的軍事和應(yīng)急訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)節(jié)省訓(xùn)練成本、提高安全性的目的，如曼恒科技研發(fā)出上海浦東機(jī)場(chǎng)的VR火災(zāi)應(yīng)急演練系統(tǒng)，使用VR和5G云渲染技術(shù)模擬機(jī)場(chǎng)火災(zāi)突發(fā)事件及機(jī)場(chǎng)消防員在危險(xiǎn)場(chǎng)景下如何開(kāi)展消防應(yīng)急救援，幫助提升機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)整體應(yīng)急能力。鑒于模擬訓(xùn)練用途的特殊性，其對(duì)沉浸感和交互感的要求相對(duì)而言較低，無(wú)需依賴(lài)高端硬件設(shè)備加成，目前已有曼恒科技、壹傳誠(chéng)等企業(yè)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化。2AR/VR：下一代人機(jī)交互平臺(tái)VR：Oculusquest2打造爆款范式，技術(shù)創(chuàng)新路徑清晰VR是VirtualReality（虛擬現(xiàn)實(shí)）的縮寫(xiě)，指計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、傳感器技術(shù)、顯示技術(shù)等多種科學(xué)技術(shù)，在多維信息空間上創(chuàng)建一個(gè)虛擬信息環(huán)境，提供使用者關(guān)于視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等感官的模擬，能使用戶(hù)具有身臨其境的沉浸感，具有與環(huán)境完善的交互作用能力的一種嶄新的人機(jī)交互手段。目前常見(jiàn)的VR由頭戴式顯示設(shè)備和手柄組成。其中，頭戴式顯示設(shè)備集成了顯示、計(jì)算、傳感器等設(shè)備，通過(guò)將人對(duì)外界視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)的封閉，并由左右眼屏幕分別顯示左右眼的圖像，引導(dǎo)用戶(hù)產(chǎn)生一種身在虛擬環(huán)境中的立體感。而手柄則負(fù)責(zé)輔助追蹤使用者手的位置、提供交互使用的按鍵，以及簡(jiǎn)單的觸覺(jué)震動(dòng)反饋。VR頭顯經(jīng)歷VR盒子、VR頭盔、VR一體機(jī)三階段，爆款產(chǎn)品持續(xù)主導(dǎo)硬件消費(fèi)市場(chǎng)。2Q21全球VR產(chǎn)品出貨量達(dá)212.6萬(wàn)臺(tái)，同比增長(zhǎng)136.4%，其中OculusQuest2出貨量占75%，持續(xù)主導(dǎo)市場(chǎng)。從2014年開(kāi)始，行業(yè)銷(xiāo)量由爆款產(chǎn)品主導(dǎo)的特點(diǎn)仍然沒(méi)有變化

（2015-2017年三星VR盒子、2016-2018年P(guān)SVR、2019年至今Oculus一體機(jī)）。1）三星GearVR：VR盒子時(shí)代的主流產(chǎn)品。三星與Oculus合作打造，推出時(shí)與Galaxy系列進(jìn)行了捆綁營(yíng)銷(xiāo)，2016年年銷(xiāo)量達(dá)到最高，近400萬(wàn)臺(tái)。使用方法是將手機(jī)放在VR盒子前，使用專(zhuān)用APP進(jìn)行觀影。但因發(fā)熱、暈眩等問(wèn)題，事實(shí)上體驗(yàn)并不優(yōu)秀。2）PSVR：VR頭盔時(shí)代銷(xiāo)量第一。事實(shí)上VR頭盔時(shí)代HTC/Valve等產(chǎn)品性能比PSVR更加優(yōu)秀，但主要偏向商用，價(jià)格高昂，出貨量較低。而PSVR價(jià)格相對(duì)較低，且與PS4進(jìn)行了捆綁營(yíng)銷(xiāo)，年銷(xiāo)量在100-200萬(wàn)臺(tái)之間。3）Oculusquest2：VR一體機(jī)爆款。為一大批其他VR品牌打下產(chǎn)品樣板。OculusQuest2是一款充滿(mǎn)妥協(xié)藝術(shù)的產(chǎn)品，成本、硬件性能、消費(fèi)者體驗(yàn)等多方向平衡下，實(shí)現(xiàn)VR產(chǎn)品基本功能設(shè)想。與VR頭盔相比，我們認(rèn)為Quest能夠成功的原因包括以下幾點(diǎn)：1）盡管會(huì)加大設(shè)備的重量（電池+芯片），但也省去了用戶(hù)花近10000元購(gòu)買(mǎi)PC主機(jī)的成本，降低了用戶(hù)的進(jìn)入門(mén)檻。2）去除了與主機(jī)相連的連接線(xiàn)，提升了用戶(hù)的移動(dòng)空間和使用場(chǎng)景，用戶(hù)不再需要一個(gè)獨(dú)立的空間并且配備主機(jī)，而只需要在室內(nèi)任意閑置空間即可使用。3）在追蹤方式上，摒棄了傳統(tǒng)的采用的outside-in方式，因而不需要外部立發(fā)射接收器。轉(zhuǎn)而采取基于攝像頭的inside-out方式，實(shí)現(xiàn)6DoF頭、手追蹤。4）當(dāng)遇到芯片算力不足的情況，Quest2同樣支持串流模式，可以作為PCVR使用，也滿(mǎn)足了消費(fèi)者對(duì)于高渲染3A大作的需求。與Quest1等前代一體機(jī)對(duì)比：1）與Oculusquest1相比，第二代產(chǎn)品將OLED換為Fast-LCD屏幕，將外觀設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化，縮減了成本。2）將芯片從驍龍835升級(jí)到XR2，提升了處理器、顯示、影像和AI性能。改變后產(chǎn)品刷新率顯著提高，分辨率有所改善，眩暈問(wèn)題得到極大改善，基本實(shí)現(xiàn)一款入門(mén)級(jí)VR產(chǎn)品的設(shè)想。當(dāng)前VR硬件組成與智能手機(jī)供應(yīng)鏈高度重合：通過(guò)Ifixit的拆機(jī)我們看到Oculusquest2頭顯主要零部件包括顯示、光學(xué)透鏡、傳感器、主板、電池產(chǎn)品：1)顯示模塊主要使用Fast-LCD顯示屏，接近4K分辨率，并具備90-120Hz刷新率；

2)光學(xué)使用軟件預(yù)處理搭配菲涅爾透鏡提供寬視場(chǎng)、失真色差少的正確圖像；

3)傳感器：包括四顆攝像頭，用于追蹤頭部、手部運(yùn)動(dòng)以及顯示灰白透視畫(huà)面；

4)主板：包括高通的SoC芯片XR2、電源管理芯片，DRAM（三星、鎂光、海力士）、NAND（Sandisk）、WiFi等芯片；

5)電源：3640mAh。2022年VR將迎來(lái)一波創(chuàng)新技術(shù)潮流，MetaVR產(chǎn)品迎來(lái)升級(jí)，蘋(píng)果推出高端產(chǎn)品。根據(jù)digitimes，我們推測(cè)Meta下一代VR升級(jí)產(chǎn)品將于明年推出，將引入pancake光學(xué)模組和更多傳感器，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品輕量化，并升級(jí)手勢(shì)識(shí)別、眼動(dòng)跟蹤等功能；而蘋(píng)果也將在2022年底推出一款高端VR方案，這款高端產(chǎn)品能夠會(huì)重新定義VR這個(gè)產(chǎn)品形態(tài)。我們預(yù)計(jì)這款產(chǎn)品將配備Micro-OLED顯示屏，復(fù)合菲涅爾透鏡pancake方案，全彩影像透視、搭載更多傳感器，為消費(fèi)者帶來(lái)全新混合現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)。Pancake短焦光學(xué)是公認(rèn)的下一代VR升級(jí)方向，使VR頭顯更加輕薄。在Meta較早的pancake技術(shù)專(zhuān)利中，我們可以看見(jiàn)一個(gè)顯示組件包括具有四分之一波片和部分反射表面的第一透鏡、具有反射偏振器的第二透鏡和顯示器，實(shí)現(xiàn)頭顯的輕薄化。我們認(rèn)為，蘋(píng)果

同樣在探索使用三個(gè)菲涅爾透鏡堆疊，形成輕薄透鏡組的方案。改進(jìn)光學(xué)透鏡后的VR產(chǎn)品將實(shí)現(xiàn)輕薄化，頭顯重量或由原來(lái)的500g降低至200-300g。Meta攝像頭數(shù)量或提升，充分利用驍龍XR2芯片算力。我們認(rèn)為Meta下一代VR產(chǎn)品與

蘋(píng)果

MR產(chǎn)品將會(huì)增加傳感器，主要是攝像頭的種類(lèi)與數(shù)量。高通在其官網(wǎng)上披露，高通驍龍XR2芯片算力最多可支持7顆攝像頭（2顆眼動(dòng)追蹤，2顆混合現(xiàn)實(shí)，2顆頭部6DoF追蹤，1顆其他），并可以此實(shí)現(xiàn)MR混合現(xiàn)實(shí)功能。我們認(rèn)為Meta下一代或充分利用驍龍XR2算力，為產(chǎn)品進(jìn)行功能升級(jí)。顯示實(shí)現(xiàn)方法：Meta或沿用Fast-LCD顯示屏幕，而蘋(píng)果或使用Micro-OLED，提供升級(jí)視覺(jué)體驗(yàn)。我們認(rèn)為Meta下一代或沿用FastLCD屏幕，與quest2分辨率差別不大，但具有像素級(jí)控制的先進(jìn)背光，可以展示和OLED一樣的純黑底色；而蘋(píng)果或使用高分辨率、高對(duì)比度、寬色域、快速響應(yīng)的Micro-OLED顯示屏，隨之而來(lái)的或是高昂的售價(jià)，新一代蘋(píng)果MR產(chǎn)品售價(jià)可能達(dá)到1500-3000美元，高于當(dāng)前Oculusquest2的最低售價(jià)299美元。AR：產(chǎn)品處于概念期，Micro-LED+衍射光波導(dǎo)技術(shù)突破被寄予厚望AR（AugmentedReality，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）是促使真實(shí)世界信息和虛擬世界信息內(nèi)容之間綜合在一起的較新的技術(shù)內(nèi)容，與VR不同的是，AR能夠?qū)⒄鎸?shí)環(huán)境和虛擬物體之間重疊之后，在同一個(gè)畫(huà)面以及空間中同時(shí)存在。AR中的關(guān)鍵技術(shù)包括跟蹤定位技術(shù)、虛擬與現(xiàn)實(shí)合并技術(shù)、顯示技術(shù)與交互技術(shù)。目前AR眼鏡也可以分為一體式和分體式，從出貨量看當(dāng)前一體式為主流。分體式指計(jì)算單元或電池等結(jié)構(gòu)與頭顯分開(kāi)，如Nreal頭顯支持通過(guò)type-C接口與智能手機(jī)、PC連接，允許將智能手機(jī)中、PC的內(nèi)容無(wú)縫傳輸?shù)窖坨R中，用戶(hù)可以在其中查看內(nèi)容。而一體式AR產(chǎn)品則將顯示器、傳感器、計(jì)算、人類(lèi)理解、環(huán)境理解等系統(tǒng)集成在一個(gè)頭顯上，提供更便捷體驗(yàn)。AR銷(xiāo)量較小，增速波動(dòng)明顯，仍處于概念期。根據(jù)IDC，2020-2021年AR年出貨（不含Screenlessviewer）在20-30萬(wàn)之間，增速波動(dòng)大。從品牌來(lái)看，除Epson和微軟外，其他較多品牌并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)AR的持續(xù)大規(guī)模銷(xiāo)售，常常在1-2個(gè)季度的爆發(fā)后銷(xiāo)聲匿跡，消費(fèi)端市場(chǎng)上沒(méi)能出現(xiàn)標(biāo)桿性的品牌，我們認(rèn)為AR作為一款消費(fèi)電子產(chǎn)品仍然處于概念期階段。長(zhǎng)期看AR增量潛力更大，C端市場(chǎng)仍在等待成熟技術(shù)方案。我們認(rèn)為長(zhǎng)期來(lái)看AR終端有望替代手機(jī)，實(shí)現(xiàn)年出貨量超過(guò)10億臺(tái)（對(duì)比手機(jī)出貨量超過(guò)13億臺(tái)），但目前來(lái)看實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)時(shí)日尚早。從應(yīng)用看，AR產(chǎn)品仍未出現(xiàn)殺手級(jí)的應(yīng)用場(chǎng)景。從技術(shù)角度看，雖然OLED+Birdbath方案已經(jīng)比較成熟，但因透光性差等原因，形似墨鏡的設(shè)計(jì)不能支持全環(huán)境的使用。而其他微顯示系統(tǒng)如LBS/LCoS/DLP等搭配光波導(dǎo)的方案仍在探索過(guò)程中。從需求講起：一款合格AR眼鏡需要怎樣的配置顯示：微顯示單元與光機(jī)模組決定亮度、對(duì)比度、刷新率、分辨率等指標(biāo)。目前市場(chǎng)上AR眼鏡的近眼顯示系統(tǒng)即使用微顯示器作為圖像源器件，由其產(chǎn)生圖像后投射到自由曲面/光波導(dǎo)等光學(xué)模組中，再進(jìn)入人眼。由于AR像源產(chǎn)生的圖像將與太陽(yáng)光一起進(jìn)入人眼，戶(hù)外若不加墨鏡，入眼亮度需超過(guò)2,000nits，甚至達(dá)到5,000nits，才能在各種天氣狀況下清楚的顯示圖像。據(jù)我們估算，目前一款光波導(dǎo)眼鏡的光效率大約為3-5%，即像源亮度至少要在10萬(wàn)nits左右，才能滿(mǎn)足AR眼鏡的亮度需求。此外，75Hz以上的刷新率、25°視場(chǎng)下720P的分辨率、支持局部刷新及低功耗狀態(tài)下靜態(tài)圖像的維持，是一款A(yù)R眼鏡的及格線(xiàn)。人、機(jī)、環(huán)境的有效交互：SLAM+傳感器+AI用于理解環(huán)境、理解使用者、實(shí)現(xiàn)虛擬信息和現(xiàn)實(shí)世界的結(jié)合。為了實(shí)現(xiàn)虛擬信息和真實(shí)場(chǎng)景的疊加，需要實(shí)現(xiàn)使用者的空間定位追蹤和虛擬物體在真實(shí)空間中定位。除此之外，為了將虛擬信息與輸入的現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景無(wú)縫結(jié)合在一起，增強(qiáng)AR使用者的體驗(yàn)，還需要考慮虛擬事物與真實(shí)事物之間的遮擋關(guān)系以及實(shí)現(xiàn)幾何一致、模型真實(shí)、光照一致和色調(diào)一致。從上世紀(jì)80年代發(fā)展到現(xiàn)在，SLAM傳感器、算法、技術(shù)框架等持續(xù)改進(jìn)，是實(shí)現(xiàn)自我姿態(tài)評(píng)價(jià)以及虛擬圖像反饋，構(gòu)建人與虛擬內(nèi)容的有效交互的主要手段。其他：能耗、適應(yīng)性、體積重量。一般來(lái)說(shuō)，一款比較成熟的AR產(chǎn)品還需要滿(mǎn)足其他要求，包括-40°~80°的溫度適應(yīng)區(qū)間、5000多小時(shí)的整體使用壽命，合適的配重，300g左右的重量等等要求，這些要求也會(huì)對(duì)微顯示系統(tǒng)、電池、光學(xué)模組等其他零部件的選擇提出約束。微顯示技術(shù)：

MicroLED有望成為AR主流當(dāng)前已提出的微顯示技術(shù)包括OLED（有機(jī)發(fā)光二極管）/LCoS（硅基液晶）/DLP（數(shù)字光處理）/LBS（激光束掃描儀）等待，但這些技術(shù)均無(wú)法兼顧成熟性、性能、成本等指標(biāo)。MicroLED是業(yè)內(nèi)公認(rèn)的AR顯示最佳解決方案，但存在技術(shù)尚不成熟、量產(chǎn)難度大等問(wèn)題，真正大面積商用可能要到2025年左右。LCoS

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限制較多，逐漸淡出LCoS作為微顯示技術(shù)存在比較明顯的限制，逐漸淡出微顯示領(lǐng)域。LCoS的優(yōu)勢(shì)在于技術(shù)成熟，成本低廉，像素密度高且功耗低，在早期的AR設(shè)備中應(yīng)用較多，如靈犀微光靈犀AR(LCoS+幾何光波導(dǎo))，MagicLeapOne(LCoS+衍射光波導(dǎo))。但劣勢(shì)也相對(duì)明顯，如對(duì)比度較低，特別是在大入射角情況下；由于必須和PBS配合使用而限制了整體光機(jī)的小型化和輕量化進(jìn)程（目前較小的digilens的LCoS光機(jī)體積為2.5立方厘米）；低溫狀態(tài)下無(wú)法工作，環(huán)境適應(yīng)性較差等。因此，大量廠(chǎng)商都在積極尋求使用LBS/DLP等方案代替LCoS，2018年以后搭載LCoS的新機(jī)型逐漸淡出。硅基OLED

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亮度較低，目前難以應(yīng)用于戶(hù)外AR場(chǎng)景硅基OLED的缺點(diǎn)也比較明確，應(yīng)用局限于VR及類(lèi)似設(shè)備。目前市場(chǎng)上主流的硅基OLED產(chǎn)品亮度均小于3000nits，與10萬(wàn)nits的要求相去甚遠(yuǎn)，難以應(yīng)用于戶(hù)外AR場(chǎng)景。同時(shí)，由于產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝更加復(fù)雜，其價(jià)格比LCoS貴50%以上，但使用壽命在高亮度模式下將低于3000小時(shí)且極有可能出現(xiàn)燒屏的情況，整體性?xún)r(jià)比更低。因此，雖已有部分AR廠(chǎng)商使用硅基OLED替代LCoS，但其仍不是AR像源的最佳解決方案。LBS

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激光二極管對(duì)溫度敏感、分辨率較差與LCoS等其他顯示技術(shù)相比，LBS技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯。LBS系統(tǒng)主要由激光、光學(xué)器件和MEMSMirror組成由于LBS使用激光光源進(jìn)行逐像素渲染，相較其他非激光、逐幀渲染方案天然具有延遲低（激光納秒vs普通光源毫秒）、畫(huà)面滯留時(shí)間短、亮度高、能耗低、色彩豐富的優(yōu)勢(shì)。此外，為獲得更大的視場(chǎng)角和更高的解析度，其他技術(shù)必須增加微鏡的數(shù)量并放大產(chǎn)品尺寸，而LBS方案僅通過(guò)改變MEMS微鏡的振動(dòng)頻率和反轉(zhuǎn)角度即可實(shí)現(xiàn)，因而更易實(shí)現(xiàn)光機(jī)的輕量和小型化。（目前LBS光機(jī)體積大致在0.5-1.5立方厘米）。對(duì)LBS技術(shù)可能的限制來(lái)自于較低的分辨率和畫(huà)像質(zhì)量。當(dāng)前主流的LBS產(chǎn)品分辨率約720P，提高分辨率可能需要較高的成本。AR硬件/軟件企業(yè)Rave首席科學(xué)家KarlGuttag將搭載LBS光機(jī)的HoloLens2代和搭載LCoS光機(jī)的HoloLens1代進(jìn)行對(duì)比測(cè)試后發(fā)現(xiàn)，雖然HoloLens2的垂直視場(chǎng)角較1代提升近一倍（30度vs17.5度），但其在分辨率、色彩均勻性等方面的表現(xiàn)均更差。此外，HoloLens2實(shí)拍圖色彩飽和度更低，觀感模糊，霧度也更大。DLP

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對(duì)溫度敏感，難以小型化DLP由于成本高、體積大等缺陷，在AR場(chǎng)景中的應(yīng)用有一定限制。DLP（DigitalLightProcessing）系統(tǒng)的核心是TI專(zhuān)利的DMD芯片（DigitalMicromirrorDevice），它由數(shù)百萬(wàn)個(gè)高反射的鋁制獨(dú)立微型鏡片組成，每個(gè)鏡片通過(guò)數(shù)量龐大的超小型數(shù)字光開(kāi)關(guān)控制角度。這些開(kāi)關(guān)可以接受電子訊號(hào)代表的資料字節(jié)，然后產(chǎn)生光學(xué)字節(jié)輸出，將輸入DMD的視頻或圖形信號(hào)轉(zhuǎn)換成高清晰度的、高灰度等級(jí)的圖像。DLP由于以鏡片為基礎(chǔ)，提高了光通效率，因此DLP投影系統(tǒng)比所有其他顯示系統(tǒng)具有更強(qiáng)的亮度。然而，由于其設(shè)計(jì)難度大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)成本高、體積大等劣勢(shì)，目前在AR、HUD等設(shè)備中應(yīng)用并不普及。MircoLED

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仍處在早期階段，較多技術(shù)問(wèn)題需要解決MicroLED產(chǎn)品性能絕佳，是業(yè)內(nèi)公認(rèn)的AR顯示最佳解決方案。MicroLED即LED微縮技術(shù)，通過(guò)將傳統(tǒng)LED陣列化、微縮化后定址巨量轉(zhuǎn)移到電路基板上形成超小間距LED，可將毫米級(jí)別的LED長(zhǎng)度進(jìn)一步縮小到微米級(jí)（50um左右，原本LED的1%）。相較其它技術(shù)，MicroLED產(chǎn)品性能在亮度、對(duì)比度、工作溫度范圍、刷新率、分辨率、色域、功耗、延時(shí)、體積、壽命等多方面具備較大優(yōu)勢(shì)，被期望為下一代主流顯示技術(shù)的重要路徑。MicroLED的發(fā)展瓶頸在于微米級(jí)的像素尺寸和間距給量產(chǎn)和全彩方案所帶來(lái)的巨大挑戰(zhàn)。MicroLED的生產(chǎn)包括芯片和背板制造、巨量轉(zhuǎn)移、接合、驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)維修等環(huán)節(jié)，由于其晶粒尺寸在微米級(jí)，生產(chǎn)單個(gè)成品即需要處理數(shù)百萬(wàn)甚至數(shù)千萬(wàn)晶粒，對(duì)技術(shù)的效率和良率提出了極為嚴(yán)苛的要求，現(xiàn)有技術(shù)水平還無(wú)法滿(mǎn)足其量產(chǎn)需求。而MicroLED晶粒的發(fā)光效率、波長(zhǎng)一致性和良率也尚未達(dá)到MicroLED彩色化顯示的要求?；诖?，現(xiàn)有MicroLED屏幕價(jià)格高昂，單片售價(jià)即大于1000美金。2018年三星演示的采用microLED技術(shù)的TheWall電視，146寸版報(bào)價(jià)高于10萬(wàn)美元。光學(xué)模組：從幾何光學(xué)到納米光學(xué)與VR的不同之處在于，AR眼鏡需要透視（see-through），既要看到真實(shí)的外部世界，也要看到虛擬信息，所以成像系統(tǒng)不能擋在實(shí)現(xiàn)前方，這就需要多加一個(gè)或一組光學(xué)組合，通過(guò)層疊的方式，將虛擬信息和真實(shí)場(chǎng)景融為一體，設(shè)計(jì)包括自由曲面，光波導(dǎo)等。生產(chǎn)方式從幾何光學(xué)到納米光學(xué)。傳統(tǒng)的光學(xué)透鏡加工方式為切割/注塑/涂層/拋光等等，但隨著光波導(dǎo)等光學(xué)模組的復(fù)雜化，傳統(tǒng)加工工藝帶來(lái)了生產(chǎn)流程復(fù)雜、良率低等問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外包括Digilens，WaveOptics，至格科技，瓏璟光電等廠(chǎng)家開(kāi)始探索納米壓印、紫外光加工等加工方案。自由曲面解決方案：自由曲面棱鏡/反射鏡，BirdBath三種方案微顯示器的光線(xiàn)來(lái)源都來(lái)自于眼睛上方：1)BirdBath方案：分光鏡同時(shí)反射和投射光線(xiàn)，使用戶(hù)在看清現(xiàn)實(shí)世界的物理景象時(shí)，也可看到微顯示器生成的數(shù)字影像。位于分光鏡一側(cè)的凹面鏡用來(lái)反射光線(xiàn)，將光重新導(dǎo)向眼睛。采用Birdbath結(jié)構(gòu)的AR眼鏡通常體積較大，視場(chǎng)角中等（50°左右）。由于分光鏡為半透半反鏡，光線(xiàn)經(jīng)過(guò)分光鏡時(shí)被多次反射，每次反射都會(huì)產(chǎn)生50%的光損，因此能量損失嚴(yán)重。2)自由曲面反射鏡：僅使用一個(gè)曲面反射鏡收集來(lái)自于微顯示器和現(xiàn)實(shí)世界的光線(xiàn)。采用自由曲面反射鏡結(jié)構(gòu)的AR眼鏡也具有較大體積，可實(shí)現(xiàn)的視場(chǎng)角為50°~100°，但視場(chǎng)角大小取決于光源大小。由于光線(xiàn)僅被反射一次，自由曲面反射鏡結(jié)構(gòu)的光損明顯降低。3)自由曲面棱鏡：巧妙地將兩個(gè)折射面，一個(gè)全內(nèi)反射面和一個(gè)部分反射面合并到一個(gè)元件中，增加了結(jié)構(gòu)的自由度。此種結(jié)構(gòu)可以增大視場(chǎng)角，同時(shí)提高成像質(zhì)量，但光學(xué)元件的厚度較大，通常需要一個(gè)校正棱鏡來(lái)消除環(huán)境光從自由曲面棱鏡的折射。光波導(dǎo)技術(shù)解決方案：幾何/陣列光波導(dǎo)，浮雕光柵光波導(dǎo)，布拉格光柵光波導(dǎo)光波導(dǎo)技術(shù)是應(yīng)AR需求而生的一個(gè)比較有特色的光學(xué)組件。因它的輕薄與外界光線(xiàn)的高穿透特性而被認(rèn)為是消費(fèi)級(jí)AR眼鏡的必選光學(xué)方案。AR眼鏡中光的傳輸關(guān)鍵在于“全反射”。其實(shí)，波導(dǎo)技術(shù)并不是新發(fā)明，光纖就是波導(dǎo)的一種，只不過(guò)傳輸?shù)氖俏覀兛床灰?jiàn)的紅外波段的光。光機(jī)完成成像過(guò)程后，波導(dǎo)將光耦合進(jìn)自己的玻璃基底中，通過(guò)“全反射”原理將光傳輸?shù)窖劬η胺皆籴尫懦鰜?lái)，就完成了圖像的傳輸。對(duì)視場(chǎng)角的需求對(duì)玻璃基底材料提出要求。越是大的視場(chǎng)角，就需要越高折射率的玻璃基底來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此傳統(tǒng)玻璃制造商比如康寧(GLWUS)和肖特(Schott，未上市)，近年來(lái)都在為近眼顯示市場(chǎng)研制專(zhuān)門(mén)的高折射率并且輕薄的玻璃基底，還在努力不斷增大晶元尺寸以降低波導(dǎo)生產(chǎn)的單位成本。具體來(lái)看，當(dāng)前光波導(dǎo)技術(shù)可以分為下面三種：1)幾何/列陣光波導(dǎo)。該概念和專(zhuān)利一直由以色列公司Lumus提出并持續(xù)優(yōu)化迭代，基本原理是耦合光進(jìn)入波導(dǎo)的一般是一個(gè)反射面或者棱鏡。在多輪全反射后光到達(dá)眼鏡前方時(shí)，會(huì)遇到一個(gè)“半透半反”鏡面陣列，將光耦合出波導(dǎo)。幾何/列陣光波導(dǎo)目前大都只能實(shí)現(xiàn)一維擴(kuò)瞳。這里的“半透半反”鏡面陣列相當(dāng)于將出瞳沿水平方向復(fù)制了多份，每一個(gè)出瞳都輸出相同的圖像，這樣眼睛在橫向移動(dòng)時(shí)都能看到圖像，這就是一維擴(kuò)瞳技術(shù)(1DEPE)。幾何/列陣光波導(dǎo)工藝流程復(fù)雜，良率提升難度極大。“半透半反”鏡面陣列的鍍膜工藝中，由于光在傳播過(guò)程中會(huì)越來(lái)越少，陣列中這五六個(gè)鏡面的每一個(gè)都需要不同的反射透射比(R/T)，以保證整個(gè)動(dòng)眼框范圍內(nèi)的出光量是均勻的。并且由于幾何波導(dǎo)傳播的光通常是偏振的，每個(gè)鏡面的鍍膜層數(shù)可能達(dá)到十幾甚至幾十層。這些鏡面是鍍膜后層層摞在一起并用特殊的膠水粘合，然后按照一個(gè)角度切割出波導(dǎo)的形狀，這個(gè)過(guò)程中鏡面之間的平行度和切割的角度都會(huì)影響到成像質(zhì)量。因此，即使每一步工藝都可以達(dá)到高良率，這幾十步結(jié)合起來(lái)的總良率卻是一個(gè)挑戰(zhàn)。每一步工藝的失敗都可能導(dǎo)致成像出現(xiàn)瑕疵，常見(jiàn)的有背景黑色條紋、出光亮度不均勻、鬼影等。2)浮雕光柵衍射光波導(dǎo)。傳統(tǒng)的光學(xué)結(jié)構(gòu)被平面的衍射光柵取代，通過(guò)材料表面浮雕出來(lái)的高峰和低谷，在材料中形成了一個(gè)折射率的周期性變化。通過(guò)設(shè)計(jì)光柵的參數(shù)(材料折射率、光柵形狀、厚度、占空比等)可以將某一衍射級(jí)(即某一方向)的衍射效率優(yōu)化到最高，從而使大部分光在衍射后主要沿這一方向傳播。用衍射光柵可以實(shí)現(xiàn)二維擴(kuò)瞳，digilens和WaveOptics分別具有兩種技術(shù)方案。HololensI,VuzixBlade,MagicLeapOne,Digilens等使用的方法是，當(dāng)入射光柵將光耦合入波導(dǎo)后，會(huì)進(jìn)入一個(gè)轉(zhuǎn)折光柵的區(qū)域，這個(gè)區(qū)域內(nèi)的光柵溝壑方向與入射光柵呈一定角度，那么它就像一個(gè)鏡子一樣將X方向打來(lái)的光反射一下變成沿Y方向傳播。另外一種實(shí)現(xiàn)二維擴(kuò)瞳的方式是直接使用二維光柵，即光柵在至少兩個(gè)方向上都有周期，將單向“溝壑”變?yōu)橹鶢铌嚵?。WaveOptics就是采用的這種結(jié)構(gòu)，從入射光柵耦合進(jìn)波導(dǎo)的光直接進(jìn)入一個(gè)具有二維柱狀陣列發(fā)區(qū)域，可以同時(shí)將光線(xiàn)在X和Y兩個(gè)方向?qū)崿F(xiàn)擴(kuò)束，并且一邊傳播一邊將一部分光耦合出來(lái)進(jìn)入人眼。3)布拉格光柵衍射光波導(dǎo)（也叫全息光柵光波導(dǎo)）。利用光全息術(shù)在記錄材料薄膜上記錄點(diǎn)光源的干涉條紋，再經(jīng)過(guò)處理制成光柵條紋結(jié)構(gòu)的薄膜光學(xué)元件，具有光束準(zhǔn)直、聚焦、偏轉(zhuǎn)等功能。其對(duì)光的衍射符合布拉格定律，只有滿(mǎn)足布拉格條件的入射光才會(huì)被衍射，不滿(mǎn)足布拉格條件的入射光不被衍射。目前在做全息體光柵(VHG)波導(dǎo)方案的廠(chǎng)家比較少，包括十年前就為美國(guó)軍工做AR頭盔的Digilens，曾經(jīng)出過(guò)單色AR眼鏡的Sony，還有由于被蘋(píng)果收購(gòu)的Akonia。優(yōu)點(diǎn)顯著，探索持續(xù)進(jìn)行。這種技術(shù)具有體積薄，重量輕，且可同時(shí)記錄多個(gè)全息圖等優(yōu)點(diǎn)，使它能夠替代許多傳統(tǒng)的光學(xué)元件，如棱鏡、立方體分束器和光柵等，進(jìn)一步減小AR頭戴式顯示器體積。由于體光柵由于受到可利用材料的限制，能夠?qū)崿F(xiàn)的折射率差有限，導(dǎo)致它目前在FOV、光效率、清晰度等方面都還未達(dá)到與表面浮雕光柵同等的水平。但是由于它在設(shè)計(jì)壁壘、工藝難度和制造成本上都有一定優(yōu)勢(shì)，業(yè)內(nèi)對(duì)這個(gè)方向的探索從未停歇。SLAM：理解環(huán)境與使用者，實(shí)現(xiàn)虛擬信息和現(xiàn)實(shí)世界的結(jié)合SLAM（SimulataneousLocalizationandMapping），同步定位與地圖構(gòu)建，指在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中通過(guò)重復(fù)觀測(cè)到的環(huán)境特征定位自身位置和姿態(tài)，再根據(jù)自身位置構(gòu)建周?chē)h(huán)境的增量式地圖，從而達(dá)到同時(shí)定位和地圖構(gòu)建的目的。現(xiàn)代流行的SLAM系統(tǒng)大概可以分為前端和后端。前端通過(guò)傳感器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，研究幀與幀之間變換關(guān)系，主要完成實(shí)時(shí)的位姿跟蹤，對(duì)輸入的圖像進(jìn)行處理，計(jì)算姿態(tài)變化。后端主要對(duì)前端的輸出結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化，得到最優(yōu)的位姿估計(jì)和地圖。SLAM傳感器、算法、技術(shù)框架等持續(xù)改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)自我姿態(tài)評(píng)價(jià)以及虛擬圖像反饋，構(gòu)建人與虛擬內(nèi)容的有效交互。從上世紀(jì)80年代發(fā)展到顯現(xiàn)，配合SLAM算法的傳感器出現(xiàn)了視覺(jué)（單目、雙目、RGBD、ToF等各種相機(jī)），慣性/磁性（IMU等傳感器），以及聲吶，2D/3D激光雷達(dá)等一系列解決方案。SLAM算法也從開(kāi)始的基于濾波器的方法（EKF、PF等）向基于優(yōu)化的方法轉(zhuǎn)變，技術(shù)框架也從開(kāi)始的單一線(xiàn)程向多線(xiàn)程演進(jìn)。SLAM在ARVR中有較多應(yīng)用，AR中主要是1）現(xiàn)實(shí)物體與虛擬物體的有效交互，2）實(shí)現(xiàn)語(yǔ)義理解，優(yōu)化智能輔助功能：實(shí)現(xiàn)虛擬世界和現(xiàn)實(shí)世界之間坐標(biāo)疊加、實(shí)現(xiàn)幾何物理信息交互。與電腦、平板、手機(jī)的3D顯示不同，AR更注重虛擬信息與真實(shí)信息的無(wú)縫融合，即圖像出現(xiàn)的平面位置與景深準(zhǔn)確、帶來(lái)沉浸感的良好體驗(yàn)。這就需要利用SLAM算法，準(zhǔn)確疊加虛擬坐標(biāo)系和真實(shí)坐標(biāo)系。同時(shí)，真實(shí)環(huán)境中有高低起伏、有障礙物、有遮擋關(guān)系，AR可以讓虛擬信息跟這些真實(shí)環(huán)境中的物理信息進(jìn)行交互。實(shí)現(xiàn)語(yǔ)義理解，優(yōu)化智能輔助功能。隨著機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)的發(fā)展，虛擬信息可以“理解”真實(shí)世界，讓二者的融合更趨于自然。當(dāng)前計(jì)算機(jī)已經(jīng)可以已經(jīng)可以認(rèn)出圖片上的內(nèi)容，但沒(méi)有理解內(nèi)容之間的關(guān)系，當(dāng)前的一項(xiàng)研究方向是，應(yīng)用SLAM+AI技術(shù)，通過(guò)特征提取，實(shí)現(xiàn)機(jī)器的語(yǔ)義理解，優(yōu)化AR系統(tǒng)的輔助功能。傳感器：交互方式與應(yīng)用場(chǎng)景升級(jí)推動(dòng)傳感器升級(jí)AR中交互方式的升級(jí)，帶來(lái)更多樣信息需求。隨著人機(jī)交互由2D走向3