1. 前言:VR/AR 將開啟第二次計(jì)算機(jī)科技文明
VR/AR 將開啟第二次計(jì)算機(jī)科技文明,以計(jì)算機(jī)技術(shù)為驅(qū)動(dòng)的生產(chǎn)力發(fā)展將全方位提升。我 們目前正處于計(jì)算機(jī)技術(shù)歷史第一次大浪潮的鼎盛時(shí)期,電腦、智能手機(jī)、云服務(wù)等性能健 全,先后推動(dòng)了桌面互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展,帶來了前所未有的科技生活體驗(yàn),包 括移動(dòng)支付、移動(dòng)業(yè)務(wù)、電商、新媒體、物流倉儲(chǔ)等。Facebook VR/AR 團(tuán)隊(duì)的首席科學(xué)家 邁克爾〃亞伯拉什在 2017 年提出,VR/AR 是計(jì)算機(jī)歷史上的第二次大浪潮,其影響可能超過過去三十年(90 年代至今)的個(gè)人計(jì)算機(jī)革命。未來數(shù)十年,VR/AR 將帶來的顛覆性 沖擊,既包括 To C 大眾消費(fèi)市場,也包括各行各業(yè)的 To B 市場,第二次計(jì)算機(jī)科技文明 的成果將全面滲透至農(nóng)林漁牧業(yè)、制造業(yè)、住宿餐飲、金融、地產(chǎn)、建筑業(yè)、教育、科技、 交通運(yùn)輸、零售電商、文化娛樂等。
為什么是由 VR/AR 開啟,而非區(qū)塊鏈、人工智能等革命性計(jì)算機(jī)技術(shù)?云計(jì)算、人工智能、 大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等計(jì)算機(jī)技術(shù)都需要依托其它產(chǎn)品而存在,其存在是為了補(bǔ)充強(qiáng)化其它產(chǎn)品, 如更快捷、易用、強(qiáng)大的服務(wù)器;更聰明、智能的電子設(shè)備,更高效、準(zhǔn)確的信息分析系統(tǒng); 更不易篡改的信息記錄系統(tǒng)等。當(dāng)前所有未來的主要前沿計(jì)算機(jī)技術(shù)中只有 VR/AR 以“全 新且獨(dú)立的產(chǎn)品形態(tài)”不需要依附于其它物品對象而存在。VR/AR 將是繼 PC 電腦、智能手 機(jī)之后的下一代消費(fèi)級計(jì)算機(jī)科技產(chǎn)品,其產(chǎn)品形態(tài)將會(huì)遵循類似從 PC 電腦(VR/AR 頭 戴式顯示器,簡稱頭顯)到智能手機(jī)(智能 VR/AR 眼鏡)的發(fā)展路線。
2020,VR/AR 產(chǎn)業(yè)發(fā)展按下加速鍵;巨頭亮劍,新賽季排位之戰(zhàn)拉開帷幕。2020 年因疫情 造成的社交隔離激發(fā)了 VR 游戲、虛擬會(huì)議、AR 測溫等需求崛起,Steam 平臺(tái) VR 活躍用 戶翻倍增長,虛擬會(huì)議,云端展覽案例層出不窮。2020 年全球 VR 頭顯出貨量達(dá) 670 萬臺(tái), 較 2019 年增長 72%,AR 眼鏡出貨量 40 萬臺(tái),增長 33%。
2020 年 VR/AR 產(chǎn)業(yè)投融資金額及數(shù)量回歸 2017 年高點(diǎn)水平,AR 眼鏡、工具軟件、VR/AR 游戲、教育培訓(xùn)等成為投融資的熱點(diǎn)領(lǐng)域。海外大廠蘋果、谷歌、Facebook 均沿著戰(zhàn)略目 標(biāo)進(jìn)行并購布局,蘋果仍在完善 VR/AR 產(chǎn)業(yè)鏈,谷歌意圖重回消費(fèi)級 AR 市場,F(xiàn)acebook 則以硬件反哺 VR 內(nèi)容生態(tài)。國內(nèi) VR/AR 產(chǎn)業(yè)發(fā)展較海外晚一到兩年,但政府及行業(yè)均高 度重視,產(chǎn)業(yè)扶持政策不斷出臺(tái),傳統(tǒng)企業(yè)華為、歌爾、愛奇藝等穩(wěn)扎穩(wěn)打,初創(chuàng)企業(yè) Nreal、 亮亮視野、瓏璟光電、小派、睿悅、MAD Gaze 等具備產(chǎn)業(yè)鏈核心技術(shù)或關(guān)鍵地位,紛紛完 成大額融資、發(fā)展提速。
在由 PC 電腦、智能手機(jī)及互聯(lián)網(wǎng)主導(dǎo)的第一大計(jì)算機(jī)科技浪潮中,掌握了核心環(huán)節(jié)與關(guān)鍵 技術(shù)的團(tuán)隊(duì)成長為科技巨頭,如蘋果、谷歌、Facebook、微軟等。VR/AR 新賽季排位之戰(zhàn) 已拉開帷幕,未來由 VR/AR 主導(dǎo)的第二次計(jì)算機(jī)科技浪潮會(huì)再次產(chǎn)生眾多核心環(huán)節(jié)與關(guān)鍵 技術(shù),涉及操作系統(tǒng)、芯片技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能、光學(xué)技術(shù)、開發(fā)引擎等。技術(shù)迭代 將帶來產(chǎn)業(yè)鏈格局的重塑機(jī)會(huì),掌握核心環(huán)節(jié)與關(guān)鍵技術(shù)的公司將獲得更大的話語權(quán),成長 為新一代科技巨頭。
2. VR/AR 產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀:崛起前夜,如火如荼
2.1. 技術(shù)積累:產(chǎn)業(yè)鏈趨于成熟
2.1.1. 跨越低谷穩(wěn)步復(fù)蘇,產(chǎn)業(yè)規(guī);帕
按照技術(shù)成熟度曲線擬合,VR/AR 產(chǎn)業(yè)當(dāng)前已走出泡沫破滅低谷期,位于穩(wěn)步爬升復(fù)蘇期。技術(shù)成熟度曲線(The Hype Cycle)專門用以擬合與描述新技術(shù)的發(fā)展階段,曲線橫軸是技 術(shù)隨著時(shí)間的發(fā)展的成熟度,縱軸則是技術(shù)的曝光度/業(yè)界的關(guān)注度。技術(shù)成熟度曲線能夠揭 示新技術(shù)的發(fā)展規(guī)律,我們以此擬合 VR/AR 產(chǎn)業(yè)的五大發(fā)展階段:
1)技術(shù)萌芽期 (1968-2012):VR/AR 新技術(shù)被提出并開始逐步進(jìn)入大眾視野。1968 年,美國計(jì)算機(jī)圖形 學(xué)之父 Ivan Sutherlan 組織開發(fā)首個(gè)計(jì)算機(jī)圖形驅(qū)動(dòng)的頭盔顯示器及頭部追蹤系統(tǒng)。
2)期 望膨脹期(2012-2016):大眾企業(yè)/研究機(jī)構(gòu)開始倉促進(jìn)入 VR/AR 領(lǐng)域,意圖抓住新的增長 點(diǎn)以占領(lǐng)先機(jī),VR/AR 設(shè)備大量涌現(xiàn)。2012 年,谷歌推出 Google Glass 的一代眼鏡產(chǎn)品。 2013 年,F(xiàn)acebook 以 20 億美元收購 Oculus 并推出 VR 頭盔。2014 年,VR/AR 概念進(jìn)入 市場視野,被認(rèn)為是替代智能手機(jī)的下一代通用計(jì)算平臺(tái)。Facebook、微軟先后進(jìn)入 VR/AR 領(lǐng)域,Sony、三星、HTC 等多家大廠也推出相關(guān)硬件產(chǎn)品。2015-2016 年,VR/AR 市場熱 度達(dá)到高點(diǎn),2016 產(chǎn)業(yè)元年 Sony、HTC、Oculus 推出第一代面向大眾消費(fèi)市場 VR 終端 “三劍客”(PSVR、HTC Vive、Oculus Rift)。谷歌以 5 億美元投資 Magic Leap,Microsoft 推出面向垂直行業(yè)市場的 AR 終端 Hololens。
3)低谷期(2016-2019):受限于商業(yè)模式仍 不明晰,網(wǎng)絡(luò)、硬件及內(nèi)容的瓶頸均未突破,人們逐漸修正對 VR/AR“光明前景”的到達(dá)預(yù) 期,資本市場熱度下降、收緊投資,VR/AR 行業(yè)退潮、進(jìn)入寒冬。市場中缺乏競爭力的企業(yè) 失去資本造血,留存企業(yè)積蓄力量、韜光養(yǎng)晦。2019 年起 Oculus、HTC、Valve、華為、 Microsoft 等密集發(fā)布新一代硬件產(chǎn)品。
4)復(fù)蘇期(2019 至今):基于第一波產(chǎn)品的失敗經(jīng) 驗(yàn)教訓(xùn),新技術(shù)逐步改進(jìn)、產(chǎn)業(yè)鏈趨于成熟,產(chǎn)品體驗(yàn)及性價(jià)比明顯提升。2019 年底隨著 全球 5G 正式展開部署,VR/AR 作為 5G 核心的商業(yè)場景重新被認(rèn)識(shí)及重視,行業(yè)重回升勢; 同年 Qculus Quest 發(fā)售,VR 游戲《Beat Saber》全球銷量超 100 萬份。2020 年,VR/AR 行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)成熟度提升,疊加疫情推動(dòng)居家需求上升,以 Facebook 發(fā)布的 Qculus Quest 2 為代表的消費(fèi)級 VR 設(shè)備需求增長強(qiáng)勁,爆款 VR 游戲《Half-Life:Alyx》引爆行業(yè)。 2020 年 VR/AR 產(chǎn)業(yè)投融資活躍,金額及數(shù)量均回到 2016 年的高點(diǎn)水平。
5)生產(chǎn)穩(wěn)定期:VR/AR 新技術(shù)的性能/效果最終能滿足消費(fèi)者需求時(shí),將進(jìn)入實(shí)質(zhì)的普及生產(chǎn)階段。
VR/AR 出貨量增長顯著,已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化放量增長階段。比之 2018-2020 年相對平緩的終端 出貨量,隨著 Facebook Quest2、微軟 Hololens2 等標(biāo)桿 VR/AR 終端迭代發(fā)售、電信運(yùn) 營商虛擬現(xiàn)實(shí)終端的發(fā)展推廣,以及平均售價(jià)從當(dāng)前 2500/9700 元進(jìn)一步下降,2021-2022 年 VR/AR 終端規(guī)模上量、顯著增長。
全球 VR/AR 市場規(guī)模已近千億,未來五年 CAGR 達(dá) 54%。據(jù) IDC 等機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì),2020 年 全球 VR/AR 市場規(guī)模約為 900 億元,其中 VR 市場規(guī)模 620 億元,AR 市場規(guī)模 280 億元。 中國信通院預(yù)測全球虛擬(增強(qiáng))現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)規(guī)模 2020-2024 五年年均增長率約為 54%,其 中 VR 增速約 45%,AR 增速約 66%,2024 年二者市場規(guī)模接近、均達(dá)到 2400 億元。
VR 奇點(diǎn)已現(xiàn):消費(fèi)級硬件銷量持續(xù)強(qiáng)勁,即將跨過 1000 萬臺(tái)臨界點(diǎn)。Facebook 的創(chuàng)始人 扎克伯格認(rèn)為,在一個(gè)平臺(tái)上需要有約 1000 萬人使用及購買 VR 內(nèi)容才能使開發(fā)人員持續(xù) 研發(fā)以及獲利,而一旦超過這個(gè)門檻,內(nèi)容與生態(tài)系統(tǒng)將會(huì)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。這一臨界點(diǎn), VR有望于2021年達(dá)到。據(jù)IDC統(tǒng)計(jì),2021年第一季度VR頭顯全球出貨量同比增長52.4%。 其中,Oculus 憑一己之力推動(dòng)全球整體 VR 市場的增長,2021 年第一季度其產(chǎn)品占據(jù)全球 VR 出貨量的近三分之二,Oculus Quest 2 自 2020 年第四季度發(fā)布以來在消費(fèi)者市場表現(xiàn) 搶眼。除 Oculus 外,中國 VR 本土廠商 DPVR、Pico 在 2021 年第一季度也表現(xiàn)不俗,DPVR 位居第二,出貨量同比增長 108.6%;Pico 位居第三,出貨量同比增長 44.7%。DPVR、 Pico 立足中國穩(wěn)固的本土市場的同時(shí)致力于通過教育等商用領(lǐng)域布局開拓國際市場。此外, 2021 年第一季度,HTC、Sony 在 VR 全球出貨量中分列廠商第四、五位。HTC、SONY份額下降較快主要系當(dāng)前兩公司的在售產(chǎn)品款式較老,新款產(chǎn)品發(fā)售后即將成為 Oculus 的有 力競爭者,市場份額排名有望上升。
現(xiàn)象級消費(fèi)產(chǎn)品 Oculus Quest 2 累計(jì)銷量超出此前各代之和,預(yù)計(jì) 2021 全年銷量 500~900 萬臺(tái)。Oculus Quest 2 作為 Facebook 最新一代 VR 一體機(jī),上市之初即表現(xiàn)不俗,2020 年9月發(fā)布之初預(yù)定量就達(dá)初代 5倍。據(jù) Facebook Reality Labs 副總裁 Andrew Bosworth, Oculus Quest 2 發(fā)售半年時(shí)間內(nèi)累計(jì)銷量就已經(jīng)超過歷代 Oculus VR 頭顯總和。 SuperData 統(tǒng)計(jì) Oculus Quest 2 2020Q4 單季度銷量達(dá) 109.8 萬臺(tái);RecRoom 根據(jù)新增 用戶數(shù)預(yù)測 2020Q4 單季度銷量為 200-300 萬臺(tái)。假設(shè) 21Q1-21Q3 單季度銷量維持 100 萬 臺(tái),Q4 旺季銷量 200 萬臺(tái),得到 2021 年 Oculus Quest 2 保守預(yù)計(jì)銷量 500 萬臺(tái);假設(shè) 21Q1-21Q3 單季度銷量維持 200 萬臺(tái),Q4 旺季銷量 400 萬臺(tái),得到 2021 年 Oculus Quest 2 樂觀預(yù)計(jì)銷量 900 萬臺(tái)。綜上,Oculus Quest 2 2021 全年銷量有望達(dá)到 500~900 萬臺(tái)。
AR 靜待培育:產(chǎn)品策略由 TO C 轉(zhuǎn)向 TO B,核心技術(shù)尚在攻關(guān)階段。由于技術(shù)問題,面向 C 端市場的 Google Glass、Magic Leap One 等產(chǎn)品銷量遠(yuǎn)不達(dá)預(yù)期,隨后大部分廠商紛紛 轉(zhuǎn)向 B 端行業(yè)應(yīng)用市場。同時(shí),AR 的上游核心技術(shù)包括微顯示、光學(xué)、芯片等還并不成熟, 諸多技術(shù)環(huán)節(jié)尚處于攻關(guān)階段。
2.1.2. VR/AR 產(chǎn)業(yè)地圖:硬件、軟件、內(nèi)容、應(yīng)用
從硬件、軟件、內(nèi)容/平臺(tái)、應(yīng)用四大維度建立 VR/AR 產(chǎn)業(yè)鏈分析框架。
芯片:高通芯片一家獨(dú)大,國產(chǎn)芯片奮力追趕
1)高通驍龍 XR2 成為 VR 主力芯片。最早應(yīng)用到 VR/AR 設(shè)備的芯片是高通針對手機(jī)的 SOC 方案 821、835、845,其中 835、845 均針對 VR/AR 設(shè)備作相應(yīng)優(yōu)化,2018 年 5 月,高通 推出 VR 專用芯片驍龍 XR1,其性能與驍龍手機(jī)芯片660 相近。2019 年 12 月,高通發(fā)布基 于驍龍 865 衍生的 XR2,集成了高通的 5G、AI 及 XR 技術(shù)。
2)瑞芯微、全志、華為海思等國產(chǎn)芯片待突圍。目前大陸產(chǎn)的 VR 芯片較少且影響力較弱, 主要包括瑞芯微 Rockchip、全志 VR9、INFOTM 等。2017 年全志科技發(fā)布首個(gè)專用 VR 芯 片 VR9,內(nèi)臵 VR 專用低延時(shí)加速模塊 Portal 1.0 以及雙引擎直驅(qū)雙屏專用系統(tǒng),突破性達(dá) 到全景 6K 解碼播放能力。2020 年上半年電信推出的天翼小 V 一體機(jī)使用 VR9 芯片、主打 低端觀影市場;Rokid Glass 2 搭載晶晨 Amlogic 905D3 芯片,12 納米制程;Dream Glass 4K 則使用瑞芯微 Mali-T864 GPU。2020 年 5 月,華為海思發(fā)布 XR 芯片平臺(tái),推出首款支持8K 解碼能力,集成 GPU、NPU 的 XR 芯片,首款基于該平臺(tái)的 AR 眼鏡為 Rokid Vision。 華為海思 XR 芯片具有一流的解碼能力,但目前由于受美國制裁,海思芯片后續(xù)應(yīng)用前景尚 不明朗。
操作系統(tǒng):VR 安卓占據(jù)主流,AR 則乾坤未定
1)VR 一體機(jī)目前主要使用安卓系統(tǒng)。早期的 VR 一體機(jī)基本沿襲手機(jī)端的計(jì)算芯片與操作 系統(tǒng),如 Oculus Go 采用高通驍龍 821 芯片,Vive Focus 采用高通驍龍 835 芯片,操作系 統(tǒng)則是在安卓系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化及定制。類似地,分體式 VR 包括 PC VR、PS VR 以 及華為 VR Glass、創(chuàng)維 V601 等超短焦手機(jī) VR,其運(yùn)行的操作系統(tǒng)仍以連接的主機(jī)為主, 包括微軟 WMR、索尼 PS 及安卓系統(tǒng)。
2)AR 操作系統(tǒng)系生態(tài)占領(lǐng)制高點(diǎn)。目前市場上的創(chuàng)業(yè)型公司 AR 眼鏡自身缺乏系統(tǒng)研發(fā)能 力,當(dāng)前仍以多以安卓系統(tǒng)為基礎(chǔ)進(jìn)行優(yōu)化與定制?萍季揞^將 AR 操作系統(tǒng)視為戰(zhàn)略制高 點(diǎn),如微軟HoloLens采用以Windows NT 為基礎(chǔ)的Windows 10 Holographic 系統(tǒng),HoloLens 2 則采用全新多平臺(tái)操作系統(tǒng) Windows Core OS;Magic Leap 自研專為空間計(jì)算設(shè)計(jì)的 Lumin OS。國內(nèi)企業(yè)虹宇科技 2020 年發(fā)布自研 VR/AR 3D 多任務(wù)系統(tǒng) Iris OS,可以呈現(xiàn)2D、3D 的窗口及全景應(yīng)用,支持多人多設(shè)備協(xié)作,兼容各類芯片平臺(tái)及光學(xué)模組。公司致 力于將 Iris OS 打造為開放的 VR/AR 操作平臺(tái),目前已與 OPPO、vivo、TCL 等廠商展開合 作。
行業(yè)標(biāo)準(zhǔn):海外巨頭積極加入,國內(nèi)廠商動(dòng)作較慢
OpenXR 是一個(gè)由 Khronos 組織聯(lián)盟開發(fā)的開放式、無版權(quán)費(fèi)用的 XR 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,旨在 簡化 VR/AR 軟件開發(fā),打通游戲引擎及內(nèi)容底層連接,塑造具備互通性的開放生態(tài)。OpenXR 最大的意義是,游戲開發(fā)者使用一個(gè) API 接口就能讓游戲在不同品牌的 VR/AR 中運(yùn)行;硬 件廠商則可利用現(xiàn)有 OpenXR 內(nèi)容降低市場進(jìn)入門檻,為消費(fèi)者提供更豐富的內(nèi)容體驗(yàn)。 目前微軟在 HoloLens、WMR 頭顯均提供 OpenXR 支持;Unity 推出 OpenXR 支持預(yù)覽版; Epic 宣布虛幻引擎 5 不再支持 SteamVR、Oculus 等平臺(tái),轉(zhuǎn)而支持且僅支持 OpenXR 標(biāo) 準(zhǔn);Oculus 推薦游戲引擎使用 OpenXR 等。國內(nèi)廠商中華為、兆芯、Pico 等也加入 OpenXR 聯(lián)盟參與標(biāo)準(zhǔn)的討論與制定工作。
平臺(tái):Steam 盤據(jù)一方,Quest 平臺(tái)異軍突起
平臺(tái)競爭主要取決于內(nèi)容影響力與硬件滲透率,目前 VR 平臺(tái)中影響力最大的為 Steam(內(nèi) 容驅(qū)動(dòng))與 Oculus Quest(硬件驅(qū)動(dòng))。Steam 平臺(tái)受益于 3A級VR 游戲《半條命:Alyx》 的推動(dòng),2020 年 VR 活躍用戶大大增長,Valve Index 頭顯也供不應(yīng)求。截至 2020 年 12 月, Steam 官方數(shù)據(jù)顯示 Steam 平臺(tái)會(huì)話數(shù)量達(dá) 1.04 億次,總游戲時(shí)長增加 30%,新增用戶達(dá) 170 萬,VR 收入增長 71%,VR 月活超 200 萬人。Quest 平臺(tái)則隨著 Quest 2 銷量暴漲, 活躍用戶數(shù)及平臺(tái)收入一路暴漲,據(jù) VRFocus 稱,截至 2021 年 2 月,F(xiàn)acebook 公布 Quest 平臺(tái)有超過 60 余款游戲收入達(dá) 100 萬美元,其預(yù)計(jì)到 2021 年底平臺(tái)累計(jì)收入將超過 5 億美元。
2.1.3. VR:硬件趨于成熟,靜待內(nèi)容與應(yīng)用百花齊放
硬件
VR 終端的硬件主要由芯片處理器、屏幕及光學(xué)器件、聲學(xué)器件、存儲(chǔ)、殼料、輔料等構(gòu)成。其中,芯片處理器、存儲(chǔ)、光學(xué)顯示器件在 VR 終端成本中占比較高,與智能手機(jī)重合度較高,許多領(lǐng)域的技術(shù)積累可以復(fù)用,硬件產(chǎn)業(yè)鏈相對比較成熟。VR 目前的主要的使用場景 是游戲及視頻,以圖像處理與顯示為功能重點(diǎn),因此硬件成本中屏幕占比 36%、光學(xué)器件占 比 6%,光學(xué)顯示器合計(jì)占比約 40%;同時(shí) VR 也需要較高的內(nèi)存,存儲(chǔ)成本占比 27%;負(fù) 責(zé)計(jì)算、渲染和圖像處理的 CPU、GPU 處理器占比 16%左右。
以 Oculus Quest 2 為例,Quest 2 采用高通驍龍 XR2 芯片組、閃迪內(nèi)存、JDI、夏普的 LCD 顯示屏、兩片菲涅爾透鏡、國產(chǎn)鋰電池組、4 個(gè)外部攝像頭實(shí)現(xiàn) 6DOF 頭部交互,產(chǎn)品具 備更輕的質(zhì)量、更緊湊的結(jié)構(gòu)、更準(zhǔn)確的交互及更高的圖像性能。
產(chǎn)品形態(tài):VR 一體機(jī)成為主流方案,設(shè)備價(jià)格進(jìn)一步下探。近一年 VR 新品頻出,以 Oculus Quest 2 為代表的 VR 一體機(jī)持續(xù)暢銷。一體機(jī)已經(jīng)成為消費(fèi)級 VR 主流技術(shù)方案,一體機(jī) 體積小、重量輕、更便攜,應(yīng)用場景更加豐富與廣泛,符合消費(fèi)類電子產(chǎn)品的演進(jìn)趨勢。同 時(shí)觀察到 VR 設(shè)備價(jià)格進(jìn)一步下探,2020 年 10 月 9 日發(fā)售的華為 VR Glass 定價(jià) 1999 元, 2021 年 5 月 24 日發(fā)售的 NOLO Sonic 定價(jià) 1999 元,VR 終端實(shí)現(xiàn)價(jià)格下沉,有望進(jìn)一步 提升市場滲透率。
根據(jù) VR 終端的硬件組成將其拆解為以下四大模塊:計(jì)算模塊、定位模塊、光學(xué)模塊、顯示 模塊。VR 終端基于四大模塊采用不同性能的組件、不同路徑的技術(shù)方案進(jìn)行組合構(gòu)成了目 前市場上各有差異的設(shè)備。我們依次對四大核心模塊進(jìn)行拆解分析,VR 硬件產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)具 備較高的成熟度,且各個(gè)模塊仍具備邊際改善的升級空間。
1)計(jì)算模塊:高算力為便攜性松綁,高通 XR 芯片完成迭代
VR 徹底構(gòu)造三維虛擬空間需要巨大的算力支持,這往往通過 PC 機(jī)的高性能 CPU 與顯卡才 能勉強(qiáng)實(shí)現(xiàn)。然而,這類高性能計(jì)算設(shè)備往往難以做到小型便攜化,VR 顯示設(shè)備外接高性 能設(shè)備變?yōu)楸厝悔厔荩捎镁纜連接方式造成的行動(dòng)區(qū)域受限大幅削弱了 VR 的發(fā)展空間。 目前 VR 處理器分為手機(jī)芯片及專用芯片,以驍龍 820、MTK、三星、麒麟等為代表的手機(jī) 芯片性能優(yōu)越,但其功耗與散熱問題難以解決且成本較高;以高通驍龍 865 為基礎(chǔ)的 XR 專 用芯片是目前 VR 一體機(jī)的絕對主力芯片。
高通于 2018 年推出專門為 VR/AR 一體機(jī)設(shè)計(jì)的芯片 XR1,其性能比驍龍 845 XR 版稍弱, 但成本更低,基本達(dá)到沉浸式 VR 體驗(yàn)的最低標(biāo)準(zhǔn)。2019年高通驍龍發(fā)布5G+XR芯片 XR2, 驍龍XR2 是以驍龍865為基礎(chǔ)針對 VR/AR 設(shè)備進(jìn)行改造的專用芯片平臺(tái),結(jié)合了高通 5G、 AI 及 XR 領(lǐng)域的最新技術(shù),相對 XR1 其性能得到顯著提升,目前新一代 VR 一體機(jī) Oculus Quest 2、VIVE Focus 3、Pico Neo 3 系列等均采用 XR2 平臺(tái)。
根據(jù)高通官方介紹 XR2 芯片性能:1)在視覺體驗(yàn)方面,XR2 平臺(tái)的 GPU 可以 1.5 倍像素 填充率、3 倍紋理速率實(shí)現(xiàn)高效高品質(zhì)的圖形渲染;支持眼球追蹤的視覺聚焦渲染;支持更 高刷新率的可變速率著色,可以在渲染重負(fù)載工作的同時(shí)保持低功耗;XR2 的顯示單元可以 支持高達(dá) 90fps 的 3K×3K 單眼分辨率;在流傳輸與本地播放中支持 60fps 的 8K 360 度視 頻。2)在交互體驗(yàn)方面,XR 2 平臺(tái)引入 7 路并行的攝像頭支持及定制化的計(jì)算機(jī)視覺處理 器;可以高度精確地實(shí)時(shí)追蹤用戶的頭部、嘴唇及眼球;支持 26 點(diǎn)手部骨骼追蹤。3)在音 頻方面, XR2 平臺(tái)在豐富的 3D 空間音效中提供全新水平的音頻層以及非常清晰的語音交 互;集成定制的始終開啟的、低功耗的 Hexagon DSP;支持語音激活、情境偵測等硬件加 速特性。4)除硬件平臺(tái)外,高通還提供包括平臺(tái) API 在內(nèi)的軟件與技術(shù)套裝以及關(guān)鍵組件 選擇、產(chǎn)品、硬件設(shè)計(jì)資料的參考設(shè)計(jì)。
2)定位模塊:Inside-out+6DoF,打破固定場景限制
當(dāng)前 Inside-out 已經(jīng)取代 Outside-in 成為 VR 主流追蹤技術(shù)架構(gòu)。定位追蹤技術(shù)在實(shí)現(xiàn)上 主要分為兩類,即“Outside-in”和“Inside-out”。Outside-in 追蹤定位技術(shù)需要在房間里布 臵傳感器的擺放或者懸掛位臵,最早實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化并開始大量用于體驗(yàn)館、線下門店等商業(yè)場 景。2017 年微軟 Hololens 采用 Inside-out 技術(shù)方案后,這種擺脫外部設(shè)備的追蹤技術(shù)受到 關(guān)注,隨后越來越多的大型廠商推出以 Inside-out 為基礎(chǔ)的設(shè)備。 Inside-out 追蹤定位技術(shù) 能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的無繩化,隨著機(jī)器視覺算法的逐步成熟,Inside-out 方案僅靠 VR 頭顯上的 攝像頭即可準(zhǔn)確定位,有效降低了硬件成本及上手難度。
基于手柄的“6+6”頭手交互為當(dāng)前主流交互方式。定位技術(shù)的原理簡單概括,就是“信號 源+傳感器”,使用相應(yīng)的算法計(jì)算出物體的位臵信息(包括三軸及旋轉(zhuǎn)共六個(gè)自由度,6DOF)。 隨著算法及算力的成熟,VR 設(shè)備從初期的 3DOF 向 6DOF 演進(jìn),如 Vive Focus 升級為 6DOF 手柄的 Vive Focus Plus;Oculus 推出首款 6DOF 一體機(jī) Oculus Quest;Pico 將其 3DOF 的 Pico 小怪獸一體機(jī)升級為 6DOF 的 Pico Neo。目前手柄控制依然是主流,融合 Inside-out 6DOF 頭動(dòng)+ 6DOF 手柄交互的 “6+6”交互路線是主流方案,代表廠商包括 Oculus Quest、Pico、Nolo、Ximmerse 等。各廠商的 VR 手柄設(shè)計(jì)有較大不同,通常都會(huì) 配臵搖桿,小型觸摸板,A、B 操作按鈕,以及握柄部分的電容感測,可識(shí)別壓力、觸感、 以及光學(xué)數(shù)據(jù)。裸手交互是未來的發(fā)展趨勢。裸手交互(原生手勢識(shí)別)方案需要識(shí)別出手 部骨架的 21 或 26 個(gè)關(guān)鍵點(diǎn),并將每個(gè)點(diǎn)用 3 個(gè)自由度衡量,輸出 21/26*3 維的矢量,并 由專業(yè)算法來識(shí)別手部的姿態(tài)和位臵。裸手交互的硬件方案包括 RGB 攝像頭、3D 攝像頭 (TOF、結(jié)構(gòu)光、雙目視覺)和數(shù)據(jù)手套等,業(yè)界標(biāo)桿是以 Leap Motion 與 uSens 為代表 的雙目紅外相機(jī)方案,支持雙手交互、單手 26DOF 跟蹤,廣泛用于一體式、主機(jī)式虛擬現(xiàn)實(shí)終端,而在手機(jī)式產(chǎn)品方面,華為 AR Engine 利用結(jié)構(gòu)光器件實(shí)現(xiàn)單手 26DOF 交互方 案。
3)光學(xué)模塊:菲涅爾透鏡應(yīng)用成熟,攻堅(jiān)折疊光路技術(shù)
菲涅爾透鏡使 VR 頭顯設(shè)備能在短距離中實(shí)現(xiàn)有效圖像顯示效果,是目前主流 VR 頭顯透鏡 光學(xué)部件。菲涅爾透鏡,又名螺紋透鏡,采用聚乙烯塑料注塑成型工藝,表面加工成一圈圈 向外由小到大由淺到深的同心圓,剖面看似鋸齒狀。該設(shè)計(jì)能夠在保留常規(guī)透鏡光學(xué)特征的 同時(shí)實(shí)現(xiàn)鏡片輕量化,即在構(gòu)造大光圈+短焦距的透鏡的同時(shí)具有較輕的重量與較薄的厚度。 但菲涅爾透鏡由于焦距所限無法減少光學(xué)成像模組的整體厚度,同時(shí)其光學(xué)特性會(huì)在一定程 度上影響成像質(zhì)量,使顯示器件的清晰度受損及曲率出現(xiàn)偏差。菲涅爾透鏡的制造工藝已經(jīng) 較為成熟,生產(chǎn)成本也較常規(guī)透鏡低。
折疊光路,又稱短焦距光學(xué)系統(tǒng),其成熟應(yīng)用將帶來 VR 設(shè)備里程碑式的體驗(yàn)提升。因?yàn)殓R 頭需要將來自顯示器的光聚焦到用戶眼中,而光線的聚焦必須留以足夠的距離,所以 VR 頭 顯必須保持一定的厚度。折疊光路的原理是使用偏振膜將光路壓縮、將距離“折疊”到其自 身,使光線可以在更窄的空間內(nèi)穿越同樣的距離,以使得整體 VR 設(shè)備變輕薄。同時(shí)折疊光 路也可以實(shí)現(xiàn)更好的成像效果以及更廣的視場角,有望進(jìn)一步提升 VR 設(shè)備的整體體驗(yàn)。但 折疊光路也存在諸多技術(shù)難點(diǎn),包括 1)光學(xué)設(shè)計(jì)復(fù)雜;2)光效較低、光線經(jīng)多次折返后強(qiáng) 度下降;3)輕薄設(shè)計(jì)與廣視角難以兼得等。
軟件
1)系統(tǒng)軟件:3D 化與實(shí)時(shí)性成為現(xiàn)有操作系統(tǒng)技術(shù)面向
虛擬現(xiàn)實(shí)優(yōu)化創(chuàng)新的重要技術(shù)方向。 正如 iOS 基于 UNIX,Android 基于 Linux,虛擬現(xiàn)實(shí) OS 并非獨(dú)立于現(xiàn)有操作系統(tǒng)發(fā)展 而來,在操作系統(tǒng)和底層軟件上繼承了移動(dòng)端特性,是基于移動(dòng) OS 定制優(yōu)化的嵌入式實(shí) 時(shí)系統(tǒng)。一方面,結(jié)合近眼顯示等特點(diǎn),虛擬現(xiàn)實(shí) OS 有望成為首個(gè) 3D 化操作系統(tǒng)。當(dāng) 前移動(dòng) OS 主要面向傳統(tǒng)手機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì),用戶視野較小,UI 控件和 Layout 布局方式均面 向 2D,對多任務(wù)系統(tǒng)的執(zhí)行并不迫切。虛擬現(xiàn)實(shí) OS 可能不再有“桌面”概念,用戶目之 所及即為操作界面,更加強(qiáng)調(diào)空間思維,在 3D 圖形渲染、3D 內(nèi)容傳輸、3D 顯示乃至基 于 glTF 等新興 3D 格式等方面變化甚巨。
另一方面,結(jié)合感知交互等需求,虛擬現(xiàn)實(shí) OS 凸顯穩(wěn)態(tài)、實(shí)時(shí)、緊耦合的發(fā)展特性。傳 統(tǒng)移動(dòng) OS 是一個(gè)“待命式”系統(tǒng),系統(tǒng)基于用戶有意識(shí)主動(dòng)操作進(jìn)行響應(yīng),且各子系統(tǒng) 相對獨(dú)立,如傳感與渲染子系統(tǒng)、圖像輸入與渲染子系統(tǒng),并無傳感器直接同渲染處理耦合, 系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在諸多緩存邏輯。虛擬現(xiàn)實(shí) OS 更像穩(wěn)態(tài)系統(tǒng),不論用戶主動(dòng)操作與否,從姿態(tài) 到渲染保持實(shí)時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行,20ms MTP 時(shí)延約束成為其中核心技術(shù)挑戰(zhàn),體現(xiàn)在如下方面。 在圖形渲染方面,由于復(fù)雜合成系統(tǒng)將帶來過高渲染延遲,不同于移動(dòng) OS 用戶界面 2D 圖 層合成的方式,虛擬現(xiàn)實(shí) OS 渲染方式存在顯著差異。在傳感融合方面,移動(dòng) OS 交互方 式以觸屏為主,基于這一交互技術(shù)的事件體系在虛擬現(xiàn)實(shí)中無法使用,此外,移動(dòng) OS系統(tǒng)架構(gòu)中缺少高精度高頻率的傳感融合實(shí)現(xiàn),架構(gòu)的復(fù)雜性導(dǎo)致傳感延遲較高。在內(nèi)容應(yīng)用 方面,移動(dòng) OS 圖形驅(qū)動(dòng)均為 C++庫,上層應(yīng)用采用 Dalvik 虛擬機(jī)作為運(yùn)行時(shí),與實(shí)際 圖形驅(qū)動(dòng)較遠(yuǎn),效率較低,且移動(dòng) OS 的事件回調(diào)機(jī)制難以滿足虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的實(shí)時(shí)性需 求。
2)工具軟件:3D 開發(fā)工具系核心是生產(chǎn)與創(chuàng)作工具,逐步走向簡單化、輕量化、可視化。目前市場核心的 3D 開發(fā)引擎包括 Unity 的 U3D、Epic Games 的 Unreal Engine,以及 Frostbite Engine 寒霜引擎、起源引擎等,主要用于游戲、影視等 PGC 的內(nèi)容生產(chǎn)。由于 Metaverse 需要簡單易用的生產(chǎn)工具,3D 開發(fā)工具也逐步走向簡單化、輕量化、可視化, 如 Roblox 平臺(tái)的開發(fā)工具 Roblox Studio,《我的世界》MC Studio 等。
目前,VR/AR 均已脫離了基于廠商原始 SDK 的簡陋低效開發(fā)階段,而步入了第三方技術(shù)支 持的高效開發(fā)新紀(jì)元。VR 大型應(yīng)用開發(fā)已得到各類圖形庫平臺(tái)供應(yīng)商的支持。VR 開發(fā)不再 拘泥于 Oculus SDK、OpenVR 等原始 SDK,而是可以通過 Unity、Unreal 等成熟圖形引擎、 游戲引擎實(shí)現(xiàn)快速高效開發(fā)。
平臺(tái)/內(nèi)容
VR 內(nèi)容題材日益豐富,促進(jìn) VR 體驗(yàn)向消費(fèi)者滲透普及。截至 2020 年 12 月,Steam、 Oculus PC、Viveport、SideQuest、Pico、Oculus Quest 平臺(tái)的 VR 應(yīng)用總數(shù)分別達(dá)到 5554、 1755、2513、931、578、235 款。截至 2020 年 9 月,F(xiàn)acebook Quest 平臺(tái)內(nèi)容收入已達(dá) 到 1.5 億美元,35 款游戲收入達(dá)到百萬美元,沉浸聲、手勢識(shí)別與虛擬化身等特色內(nèi)容制作 SDK 陸續(xù)發(fā)布。隨著 VR 內(nèi)容的豐富、設(shè)備體驗(yàn)的升級以及售價(jià)的不斷下探,VR 產(chǎn)品將 進(jìn)一步向消費(fèi)者滲透普及。
應(yīng)用
游戲之外,視頻、直播、電競、社交等商業(yè)場景亦多點(diǎn)開花,呈現(xiàn)廣闊前景。根據(jù) IDC 數(shù) 據(jù),消費(fèi)類 VR 主要包括游戲、視頻、直播、影院、電競、社交、音樂等領(lǐng)域,而商業(yè)類 VR 主要是教育、文旅、醫(yī)療、家裝、房產(chǎn)、零售等。其中基礎(chǔ)的 VR 娛樂產(chǎn)品如游戲、視頻、 直播等需要用戶具有高沉浸感,從而達(dá)到“身臨其境”的體驗(yàn),這對于 VR 內(nèi)容的品質(zhì)要求 非常高;而對于商用場景,用戶對產(chǎn)品的關(guān)注點(diǎn)更多的在于能否達(dá)到相應(yīng)的效果,因此,商 用 VR 的內(nèi)容門檻相對用戶端要低,內(nèi)容制作成本也相對較低,同時(shí)一些商業(yè)模式也已經(jīng)跑 通,我們預(yù)計(jì)商業(yè) VR 將迎來高速發(fā)展。
據(jù)微軟預(yù)測,至 2025 年,企業(yè)市場規(guī)模(184 億美元,占比 43.64%)將超過消費(fèi)市場(159 億美元)。當(dāng)前企業(yè)市場主要由一線工人(FLW)類需求主導(dǎo),且主要集中在離散制造、流 程制造相關(guān)行業(yè),但坐辦公室的信息工人(IW)類企業(yè)市場也正開始受益于 AR/VR 帶來的工作潛力,包括如協(xié)作場景、虛擬會(huì)議和設(shè)計(jì)評估等。
從具體落地來看,根據(jù) IDC 的預(yù)測,我國 VR 市場企業(yè) IT 支出規(guī)模預(yù)計(jì)將在 2024 年達(dá) 到 921.8 億元,2020-2024 年 CAGR 約為 39.5%,行業(yè)處于高速增長期,具體到細(xì)分行 業(yè),從 2019 年數(shù)據(jù)來看,VR 教育占比最高,達(dá)到 25.1%,其次是制造、零售、消費(fèi)及 服務(wù)業(yè)。政策方面,教育部印發(fā)的《2019 年教育信息化和網(wǎng)絡(luò)安全工作要點(diǎn)》中將 VR 技 術(shù)納入教育信息化的年度重點(diǎn)工作任務(wù)。產(chǎn)業(yè)方面,根據(jù)華為 AILab 于 2018 年 6 月發(fā)布 的 VR 教育白皮書,國內(nèi)的訊飛幻境已與 40 多家公立學(xué)校開展 VR 教育合作。
2.1.4. AR:部分環(huán)節(jié)尚存技術(shù)難點(diǎn),但發(fā)展?jié)摿薮?/B>
硬件
光學(xué)與顯示領(lǐng)域仍是 AR 硬件的重要突破點(diǎn),光學(xué)與顯示占據(jù) 1000 美元級 AR 硬件成本的 43%。AR 眼鏡的光學(xué)與顯示模組包括近眼顯示(即光學(xué)鏡片)、微顯示器及與二者相關(guān)的景深技術(shù)。光學(xué)顯示是 AR 眼鏡組成的核心部分,影響最終成像效果,光學(xué)顯示之于 AR 眼鏡 相當(dāng)于屏幕之于手機(jī)。AR 眼鏡其余供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)與智能手機(jī)重合度較高,量產(chǎn)及普及的壁壘 較低。
以 HoloLens 為例,主要硬件包括全息處理模塊、2 個(gè)光導(dǎo)透明全息透鏡、2 個(gè) LCos 微型投 影以及 6 個(gè)攝像頭,總成本 1500 美元。其中 LCos 微型投影設(shè)備與透明全息透鏡達(dá) 570 美 元(中國部分廠家單個(gè) LCos 微型投影儀成本 500-1000 元不等)、占比 43%,全息處理單元 (CPU、GPU、HPU)成本約 400 美元、占比 31%,存儲(chǔ)設(shè)備 200 美元,6 個(gè)攝像頭及傳 感器成本 100 美元,電池 30 美元。
產(chǎn)品形態(tài):AR 眼鏡一體式與分體式并存,主流產(chǎn)品逐步具備手勢識(shí)別功能。AR 眼鏡尚未形 成統(tǒng)一的產(chǎn)品形態(tài)與技術(shù)路徑,當(dāng)前一體式、分體式并存。一體式 AR 眼鏡由于需要將電池、 芯片等集成在眼鏡中,當(dāng)前難以做到輕量級。手勢識(shí)別功能是 AR 感知交互的重要方式,也 是 AR 眼鏡的基礎(chǔ)性功能配臵,當(dāng)前 HoloLens 2、Magic Leap one、Nreal light 等較為主流 的 AR 眼鏡均具備手勢識(shí)別功能,而配臵深度攝像頭模組是具備手勢識(shí)別的剛性要求。
1)光學(xué)(成像)模塊:升級路徑明確,光波導(dǎo)為最終發(fā)展方向
AR 的光學(xué)元件與 VR 有很大不同。AR 需要 See Through,與真實(shí)環(huán)境發(fā)生交互。AR 的近 近眼顯示是不能直接放在眼前而是放到眼睛旁邊,因此需要一組光學(xué)元件將屏幕的像耦合到 眼前。AR 光學(xué)元件正在由自由曲面/Birdbath 等向光波導(dǎo)演進(jìn)。短期來看,由于成本可控, 工藝較為成熟,自由曲面/Birdbath 仍會(huì)在 C 端 AR 市場占有一席之地。長期來看,由于光波 導(dǎo)輕薄性及顯示效果優(yōu)勢,一旦突破量產(chǎn)瓶頸后有望實(shí)現(xiàn)快速滲透。
光波導(dǎo)可以分為兩類技術(shù)方案,幾何光波導(dǎo)與衍射光波導(dǎo)。幾何光波導(dǎo)成像效果好但量產(chǎn)難 度高,衍射光波導(dǎo)具備基礎(chǔ)量產(chǎn)條件有望成為主流技術(shù)方案。幾何光波導(dǎo)由一系列半透半反 鏡面組成,鏡面是嵌入到玻璃基底里面并且與傳輸光線形成一個(gè)特定角度的表面,每一個(gè)鏡 面會(huì)將部分光線反射出波導(dǎo)進(jìn)入人眼。幾何光波導(dǎo)的概念最先由以色列公司 Lumus 提出并 一直致力于優(yōu)化迭代,市場上還未出現(xiàn)大規(guī)模的量產(chǎn)眼鏡產(chǎn)品。
幾何光波導(dǎo)運(yùn)用傳統(tǒng)幾何光學(xué)設(shè)計(jì)理念、仿真軟件及制造流程,沒有牽扯到任何微納米級結(jié) 構(gòu),因此圖像質(zhì)量可以達(dá)到很高的水準(zhǔn)。但是,整體工藝流程比較繁冗,包括半透半反鏡面 陣列的鍍膜工藝。
衍射光波導(dǎo)可進(jìn)一步細(xì)分為全息光波導(dǎo)與表面浮雕光柵波導(dǎo),主要原理為通過衍射光柵替代 傳統(tǒng)幾何光學(xué)器件,采用鏡片表面的光柵結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)光束的擴(kuò)展和耦出。通過合理的設(shè)計(jì)光柵 結(jié)構(gòu),光柵波導(dǎo)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)出瞳的二維擴(kuò)展。衍射光柵是一個(gè)具有周期結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件, 周期可以是全息技術(shù)在材料內(nèi)部曝光形成的“明暗干涉條紋”(全息光波導(dǎo)),也可以是材料 表面浮雕出來的高峰和低谷(表面浮雕光柵波導(dǎo))。
全息光波導(dǎo)方案通過雙光束全息曝光技術(shù)在介質(zhì)中形成干涉條紋,從而可以獲得折射率周期 性變化的光柵結(jié)構(gòu)。全息體光柵并不是通過結(jié)構(gòu)圖型而是通過材料的不同制作光柵,理論上 全息光柵的衍射銷率可以達(dá) 100%,有更好的成像效果。但全息體光柵材料和量產(chǎn)工藝是當(dāng) 前門檻。材料端合成難度大,且多用于軍用對我國禁運(yùn)。量產(chǎn)工藝激光脈沖法不適用于規(guī)模 量產(chǎn)。全息體光柵方案廠商需要具有 IDM 能力,提供從材料到量產(chǎn)完整的解決方案,代表公 司包括蘋果公司收購的 Akonia、Digilens、Sony 等。
表面浮雕光柵波導(dǎo)方案通過使用亞波長尺度的表面浮雕光柵代替?zhèn)鹘y(tǒng)的折反射元件作為光 波導(dǎo)中耦入、耦出和擴(kuò)展區(qū)域的光學(xué)元件,從而實(shí)現(xiàn)對光束的調(diào)制。根據(jù)凹槽的輪廓、形狀 和傾角等結(jié)構(gòu)參數(shù)的不同,常用的表面浮雕光柵可以分為一維光柵與二維光柵。一維光柵根 據(jù)剖面形狀劃分為矩形光柵、梯形光柵、閃耀光柵和傾斜光柵等,二維光柵常用的結(jié)構(gòu)有六 邊形分布的柱狀光柵。目前通過納米壓印技術(shù),表面浮雕光柵波導(dǎo)已具備成熟批量生產(chǎn)條件, 代表公司包括微軟 HoloLens 2,Magic Leap One 等。
衍射光波導(dǎo)技術(shù)與幾何光波導(dǎo)相比,其主要優(yōu)勢在于光柵在設(shè)計(jì)與生產(chǎn)更具靈活性,不論是 利用傳統(tǒng)半導(dǎo)體微納米制造生產(chǎn)工藝的表面浮雕光柵,還是利用全息干涉技術(shù)制成的體光柵, 都是在玻璃基底平面上加鍍一層薄膜然后加工,不需要像幾何光波導(dǎo)中的玻璃切片和粘合工藝,可量產(chǎn)性及良率要高很多。
2)顯示模塊:LCOS 是當(dāng)前主要方案,MicroLED 是遠(yuǎn)期最佳解決方案
AR 有四類顯示方案:LCOS、DLP、硅基 OLED、MicroLED,其中 LCOS 是當(dāng)前主要方 案,波導(dǎo)+MicroLED 是遠(yuǎn)期最佳解決方案。
LCOS 硅基液晶(liquid crystal on silicon),將液晶分子填充于上層玻璃基板和下層金屬 反射層之間,金屬反射層和頂層 ITO 公共電極之間的電壓共同決定液晶分子的光通性,而 顯示驅(qū)動(dòng)電路直接在硅基板上完成制備。 LCoS 的顯示原理為入射的 S 偏振光經(jīng)過液晶層, 若液晶不產(chǎn)生扭轉(zhuǎn),達(dá)到底部金屬反射層反射回來時(shí)仍為 S 偏振光,穿過液晶層射出。隨后 經(jīng)過 PBS 棱鏡反射回到原來光路 ,光線不進(jìn)入投影光路,即此像素呈現(xiàn)“暗態(tài)”。反之, 若液晶發(fā)生偏轉(zhuǎn),入射的 S 偏振光在經(jīng)過液晶層時(shí)會(huì)發(fā)生偏振,可穿過 PBS 棱鏡是,將進(jìn) 入投影光路,即呈現(xiàn)“亮態(tài)”。 LCoS 的制作工藝主要為通過半導(dǎo)體工藝進(jìn)行刻蝕與沉積制 造將液晶層和各種保護(hù)反射層制備到硅基驅(qū)動(dòng)。目前由于 LCOS 量產(chǎn)工藝成熟,大部分參數(shù) 都適配光波導(dǎo),其目前是 AR 主要方案。 DLP 數(shù)字光處理(Digital Light Processing),原理與 LCoS 類似,但是不是通過液晶對 光學(xué)進(jìn)行處理,而是通過棱鏡。
DLP 核心在于 DMD(Digital Micromirror Device),該核心 MEMS 器件由 TI長期壟斷。制作工藝主要為通過半導(dǎo)體工藝制作 MEMS 系統(tǒng)控制楞鏡偏轉(zhuǎn),從而控制光路。 硅基 OLED(OLED-on-Silicon)方案,原理與傳統(tǒng) OLED 方案相似,由于在玻璃基板上很 難驅(qū)動(dòng)小尺寸的像素,從而使用 CMOS 工藝來替代。但由于 OLED 方案的光亮度小,如果 配合光波導(dǎo)在戶外使用效果不佳。硅基 OLED 方案會(huì)限制 AR 的使用場景,配合光波導(dǎo)效果 不佳,目前看不是主流方案。
Micro-LED 高集成半導(dǎo)體信息顯示技術(shù),指以自發(fā)光的微米量級的 LED 為發(fā)光像素單元, 將其組裝到驅(qū)動(dòng)面板上形成高密度 LED 陣列的顯示技術(shù)。由于 micro LED 芯片尺寸小、集 成度高和自發(fā)光等特點(diǎn), 在顯示方面與 LCD、OLED 相比在亮度、分辨率、對比度、能耗、 使用壽命、響應(yīng)速度和熱穩(wěn)定性等方面具有更大的優(yōu)勢。Micro-LED 是目前業(yè)界內(nèi)比較公認(rèn) 的最佳解決方案,其刷新率、亮度、發(fā)光方式、像素密度等指標(biāo)都可以提供最佳性能指標(biāo)。 但由于其像素尺寸,間距都是幾微米量級,給量產(chǎn)及全彩方案帶來了極大的挑戰(zhàn)。JBD 已于 2020 年實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)間距 5μm,5000DPI 的單色 Micro LED 晶圓量產(chǎn);隨著海茲定律推動(dòng) LED 成本持續(xù)下探,芯片尺寸不斷下降,Micro LED 正在快速落地,有望成為搭配光波導(dǎo)的最終 AR 顯示技術(shù)。
Micro-LED 的顯著優(yōu)勢構(gòu)建在復(fù)雜的工藝流程與嚴(yán)苛的技術(shù)門檻上。Micro-LED 顯示主要包 括外延生長、驅(qū)動(dòng)背板制作、芯片制作、批量轉(zhuǎn)移等工藝流程。其中,芯片制造、巨量轉(zhuǎn)移、 驅(qū)動(dòng)是 Micro-LED 產(chǎn)業(yè)化的主要痛點(diǎn),巨量轉(zhuǎn)移更是“難上加難”。目前,業(yè)界推出了 Stamp 轉(zhuǎn)移、激光轉(zhuǎn)移、自組裝轉(zhuǎn)移以及 bonding、Interpose 等轉(zhuǎn)移技術(shù),但總體來看,轉(zhuǎn)移技術(shù) 的成熟度和良率水平還有待提升,需要全產(chǎn)業(yè)鏈的持續(xù)探索和優(yōu)化。
軟件
AR 軟件已經(jīng)過各大互聯(lián)網(wǎng)公司打包整合,功能更加完善,技術(shù)支持更加充分。蘋果、谷歌 都在開發(fā)者大會(huì)上推出了面向 AR 開發(fā)者的便捷化軟件開發(fā)工具。
蘋果的 AR Kit:2017 年 6 月的 WWDC 大會(huì)上,蘋果正式公布了自己的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)開發(fā)者平臺(tái)AR Kit,它支持 Unity、Unreal 和 SceneKit,具備動(dòng)作追蹤以及平面、光線、范圍估算 等特性便于 AR 游戲開發(fā)者、電影制作人或是品牌開發(fā)自己的作品。庫克直接把它叫做“全 球最大的 AR 平臺(tái)”。
谷歌的 AR Core:2017 年 8 月,谷歌宣布推出了和 AR Kit 對標(biāo)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) SDK,名為“AR Core”。 2017 年 10 月 19 日,三星和谷歌宣布了一項(xiàng)合作,將谷歌的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)開發(fā)平臺(tái) AR Core 引入三星 Galaxy 智能手機(jī)系列。
其他 AR SDK 軟件工具產(chǎn)品:在 AR SDK 生態(tài)系統(tǒng)中,除了 AR Kit 和 AR Core 這兩棵大樹 外,還存在一些輔助的 SDK。國外有老牌 AR SDK Vuforia,2015 年被蘋果收購的 Metio, Facebook 的 AR Studio 等;國內(nèi) AR SDK 有百度 AR,騰訊 QAR,支付寶 AR 等。
平臺(tái)/內(nèi)容
AR 開發(fā)成本降低,應(yīng)用內(nèi)容大幅增加。Pokemon Go 的火爆讓大眾第一次直觀感受到 AR 的 魅力。得益于 AR Kit、AR Core 等高效開發(fā)軟件,制作 AR 應(yīng)用的門檻和成本大幅降低。同 時(shí),AR 應(yīng)用數(shù)量激增。AR 應(yīng)用程序在 2017 年 9 月 20 日 AR Kit 正式上線之初只有五十多 款,而在 3 個(gè)月的時(shí)間就已經(jīng)有超過 1000 款應(yīng)用。AR 應(yīng)用在內(nèi)容上也呈現(xiàn)多樣化的趨勢, 既有類似 Pokemon Go 這樣的 AR 游戲,也有傳統(tǒng)制造企業(yè)與 AR 的聯(lián)合,比如寶馬推出的 BMW i Visualizer,樂高也發(fā)布了使用 AR Kit 的來整合數(shù)字和實(shí)物的應(yīng)用 AR Studio。
應(yīng)用
AR 產(chǎn)業(yè)因產(chǎn)品形態(tài)與價(jià)格尚未達(dá)到消費(fèi)級的水平,當(dāng)前仍在 B 端商業(yè)場景落地,2021 年預(yù) 計(jì)光波導(dǎo)鏡片與 MicroLED 微顯示屏幕良率及量產(chǎn)難題將有所突破,AR 眼鏡在功耗、體積、 重量、視場角會(huì)有大幅的改善及提升,AR 眼鏡將越來越接近普通眼鏡形態(tài),整體來看,AR 產(chǎn)業(yè)進(jìn)入 C 端市場尚待時(shí)日,需蘋果、微軟等巨頭的推動(dòng)和產(chǎn)業(yè)界共同努力。
基于 AR 的遠(yuǎn)程協(xié)作解決方案將稱為未來幾年 AR B 端市場的重要落地場景。AR 遠(yuǎn)程協(xié)作 可通過 AR 眼鏡或具備 AR 功能的手機(jī)等采集聲音音頻,并通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)胶笈_(tái)協(xié)助端 進(jìn)行技術(shù)支持,具有低延遲、高畫質(zhì)的優(yōu)良特性; AR 眼鏡的遠(yuǎn)程協(xié)作可以解放雙手, 借助 AR 遠(yuǎn)程協(xié)作系統(tǒng),可由經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人員協(xié)助運(yùn)維人員進(jìn)行“面對面”的遠(yuǎn)程指導(dǎo) 服務(wù)。當(dāng)下代表性的主流 AR 遠(yuǎn)程協(xié)作平臺(tái)包括:微軟 Dynamics 365、Atheer ARMP、Scope AR WorkLink 等。
2.2. 5G 加速:基礎(chǔ)設(shè)施趨于完善
5G 網(wǎng)絡(luò)高速率、低時(shí)延的特性將大幅提升 VR/AR 用戶體驗(yàn)。根據(jù) 5G 的性能指標(biāo),5G 移 動(dòng)網(wǎng)絡(luò)能夠達(dá)到 20Gbps 的峰值速率,是 4G 的 20 倍;能夠達(dá)到 1Gbps 的體驗(yàn)速率,是 4G 的 100 倍;空口時(shí)延 1ms,是 4G 的 1/5。
相較 4G,5G 在網(wǎng)絡(luò)傳輸、通信時(shí)延等方面均有較大技術(shù)提升,其技術(shù)革新將給 VR 設(shè)備的 帶來更大的想象空間。據(jù)賽迪智庫對比 5G 與 4G 的關(guān)鍵性能指標(biāo),5G 網(wǎng)絡(luò)下畫面端到端延 遲相比 4G 將減少 10 倍,將顯著減輕玩家眩暈感;5G 傳輸信號下用戶體驗(yàn)速率提升 10-100 倍,PC VR、主機(jī) VR 將擺脫連線直接通過無線型號進(jìn)行傳輸,甚至直接將算力放至云端, 可以減輕設(shè)備體積及重量。
千兆帶寬+ Wi-Fi6能夠較好滿足 VR/AR 網(wǎng)絡(luò)要求。我國目前已經(jīng)基本普及了百兆光纖入戶, 未來將逐步開展城市千兆帶寬入戶示范。固定網(wǎng)絡(luò)經(jīng)歷了 5 個(gè)階段的發(fā)展,目前已進(jìn)入以 10G PON 光纖技術(shù)為基礎(chǔ)的千兆時(shí)代。10G PON 作為千兆網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)技術(shù),與前幾代固 定接入技術(shù)相比,帶寬、用戶體驗(yàn)及聯(lián)接容量三個(gè)方面均有飛躍式發(fā)展,上下行速率將高達(dá) 對稱 10Gbps,時(shí)延降低到 100μs 以下,實(shí)現(xiàn)全場景多業(yè)務(wù)覆蓋,滿足 VR 用戶的規(guī); 發(fā)展。同時(shí),下一代 Wi-Fi 技術(shù) Wi-Fi 6 在傳輸速率、功耗、空間和性能等方面同樣具有 較大提升。Wi-Fi 6 支持更高的傳輸速率,最高速率可達(dá) 9.6Gbps;允許更多的設(shè)備接入, 并且能夠加快每一臺(tái)設(shè)備的速度與容量;在連接相同數(shù)量設(shè)備的基礎(chǔ)上,速度是 Wi-Fi 5 的 近四倍。
Cloud VR 能夠解決本地 VR 現(xiàn)存痛點(diǎn),有助于加速行業(yè)普及。VR 用戶體驗(yàn)與終端成本的 平衡是目前影響 VR 產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵問題。本地 VR 受到用戶體驗(yàn)與終端成本的制約, Cloud VR 能夠解決主要痛點(diǎn)。一方面,以 HTC VIVE、Oculus Rift、Sony PlayStation 等 為代表的高品質(zhì) VR 設(shè)備,其配臵套裝價(jià)格高達(dá)數(shù)千乃至萬元,過高的終端成本明顯制約了 高品質(zhì) VR 的普及。另一方面,目前 VR 的渲染主要在本地主機(jī)或終端進(jìn)行,如果連接電 腦會(huì)損失便攜性; VR 一體機(jī)配臵顯卡則相對體積大、頭顯重。此外,通過統(tǒng)一的 Cloud VR/AR 平臺(tái),可適配不同終端上的不同類型的內(nèi)容,解決 VR 內(nèi)容的分散性。
2.3. Metaverse:指向下一代互聯(lián)網(wǎng)形態(tài)
2.3.1. VR 是下一代媒體形式,AR 是下一代計(jì)算平臺(tái)
VR(Virtual Reality)與 AR(Augemented Reality)互相競爭、互相成就。AR 由于需要 在用戶真實(shí)視覺場景中構(gòu)造出虛擬三維物體,本身就帶有一定的 VR 色彩,因而 AR 與 VR 常統(tǒng)一為 VR/AR 概念一并進(jìn)行討論。兩者的區(qū)別主要體現(xiàn)在:
1)兩者的目的不同。VR 的目的是提供一個(gè)完全的虛擬化三維空間,令用戶深度沉浸其中而 不發(fā)覺。AR 的目的是為用戶提供在真實(shí)環(huán)境下提供輔助性虛擬物體,本質(zhì)只是用戶視野內(nèi) 現(xiàn)實(shí)世界的延伸。
2)兩者的實(shí)現(xiàn)方式不同,F(xiàn)有的主流 VR 頭顯技術(shù)通過用戶位臵定位,利用雙目視差分別 為用戶左右眼提供不同的顯示畫面,已達(dá)到欺騙視覺中樞制造幻象的目的。相比之下,AR 技術(shù)則通過測量用戶與真實(shí)場景中物體的距離并重構(gòu),實(shí)現(xiàn)虛擬物體與現(xiàn)實(shí)場景的交互。
3)兩者的技術(shù)痛點(diǎn)不同。VR 的關(guān)鍵在于如何通過定位與虛擬場景渲染實(shí)現(xiàn)用戶“以假亂真” 的沉浸體驗(yàn),目前的應(yīng)用瓶頸在定位精度與傳輸速度。AR 的關(guān)鍵是如何通過在虛擬環(huán)境里 重構(gòu)現(xiàn)實(shí)世界的物體已實(shí)現(xiàn)“現(xiàn)實(shí)-虛擬”交互,目前的技術(shù)瓶頸主要在算法和算力上。
4)兩者的服務(wù)對象不同。VR 產(chǎn)品經(jīng)過多年發(fā)展,已逐步進(jìn)入商品化流程,目前零售產(chǎn)品報(bào) 價(jià)在 500-4000 人民幣之間,面向終端消費(fèi)者。AR 產(chǎn)品仍然處于發(fā)展的初期,相關(guān)新品的報(bào) 價(jià)在 20000-50000 人民幣之間,主要面向特定企業(yè)級用戶預(yù)訂。
雖然 VR、AR 存在明顯的差異,但它們并非完全獨(dú)立的技術(shù)。VR 和 AR 在互相競爭的同時(shí) 也在互相成就。VR 利用計(jì)算機(jī)生成的圖像完全取代現(xiàn)實(shí)世界,AR 則將計(jì)算機(jī)生成的圖像添 加到用戶周遭環(huán)境中。但最終兩種技術(shù)的競爭將會(huì)模糊化,同一設(shè)備可以兩種技術(shù)兼而有之。
從 VR 與 AR 的區(qū)別上我們不難發(fā)現(xiàn) VR 本質(zhì)上是更先進(jìn)的媒體形式,而 AR 卻是強(qiáng)大的計(jì) 算平臺(tái)。VR 主要應(yīng)用于游戲、娛樂方面,如同將游戲機(jī)放在眼前;而游戲、娛樂僅僅是 AR 應(yīng)用的子集,未來 AR 在醫(yī)療、工業(yè)、教育、零售等市場有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/P>
VR 產(chǎn)業(yè)憑借消費(fèi)級硬件產(chǎn)品、爆款 VR 游戲逐步向 C 端市場滲透。1)標(biāo)桿 VR 頭顯 OculusQuest 2 在 2020 年完成迭代,同期銷量超一代 5 倍以上,Quest 熱銷促進(jìn)了 VR 內(nèi)容消費(fèi)的 繁榮,Quest 平臺(tái)累計(jì)銷售收入超 1.5 億美元,超 60 款 VR 游戲收入達(dá) 100 萬美元;2) 《Half-Life:Alyx》VR 游戲顯著帶動(dòng) Valve Index 頭顯銷量,游戲宣布開售后 Valve Index 頭顯相繼在 31 個(gè)國家售罄。2020 年 3 月,在《Half-Life: Alyx》上線的推動(dòng)下,steam 平臺(tái) Valve Index 占頭顯設(shè)備比重從上月的 7.69%增加至 11.14%,環(huán)比增幅達(dá) 3.48%。此外,Rift S、HTC Vive 占比均有所增加。在 B 端市場,VR 同樣在教育培訓(xùn)、文化旅游、展覽展示等 場景展示出強(qiáng)大的商業(yè)前景。
AR 產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品形態(tài)、價(jià)格尚未達(dá)消費(fèi)級水平,仍在 B 端商業(yè)場景落地。2021 年預(yù)計(jì)光波導(dǎo)鏡 片、MicroLED 微顯示屏幕良率及量產(chǎn)難題被突破,AR 眼鏡在功耗、體積、重量、視場角會(huì) 有大幅的改善及提升,AR 眼鏡將越來越接近普通眼鏡形態(tài); AR 的遠(yuǎn)程協(xié)作解決方案 是 AR 在 B 端市場的重要落地場景,AR 遠(yuǎn)程協(xié)作可通過 AR 眼鏡或具備 AR 功能的手機(jī)等 采集聲音音頻,并通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)胶笈_(tái)協(xié)助端進(jìn)行技術(shù)支持,具有低延遲、高畫質(zhì)的優(yōu) 良特性。AR 產(chǎn)業(yè)進(jìn)入 C 端市場尚待時(shí)日,需蘋果、微軟等巨頭的推動(dòng)及產(chǎn)業(yè)界共同努力。
2.3.2. Metaverse 指向下一代互聯(lián)網(wǎng)形態(tài)
Metaverse 元宇宙并非一個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)概念,目前尚無統(tǒng)一的定義,我們將其歸納為 Metaverse 為在虛擬環(huán)境中搭建的“現(xiàn)實(shí)世界”,人們利用數(shù)字分身 Avatar 在時(shí)間依然只能 單向流動(dòng)的世界中進(jìn)行同步實(shí)時(shí)交互,用共通協(xié)定的“貨幣”購買及出售由任何人/組織機(jī)構(gòu) 創(chuàng)建的物品(可以是內(nèi)容、體驗(yàn)、服務(wù)等)。Metaverse 的關(guān)鍵特征包括永續(xù)性、實(shí)時(shí)性、 無準(zhǔn)入限制、經(jīng)濟(jì)功能、可連接性、可創(chuàng)造性。
行業(yè)所共識(shí)的一點(diǎn)是,Metaverse 不會(huì)一夜之間出現(xiàn)!癕etaverse 前”與“Metaverse 后” 不會(huì)有涇渭分明的界限,而且也不會(huì)是由一家公司打造與運(yùn)行。Metaverse 是互聯(lián)網(wǎng)的下一 代形態(tài),將由許多獨(dú)立工具、平臺(tái)和由共享基礎(chǔ)設(shè)施、標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議支撐的世界不斷融合產(chǎn)生。
拆解 Metaverse 為 meta(表示超越)、verse(取自 universe)。直觀理解,元宇宙的發(fā)展大 概率會(huì)歷經(jīng)兩大階段:第一階段,超越真實(shí)世界,即真實(shí)世界中的公司借助數(shù)字化等技術(shù)手 段搭建“分布式”的虛擬世界/平臺(tái);第二階段,形成宇宙,分散的虛擬的世界/平臺(tái)在一定 機(jī)制下實(shí)現(xiàn)互通,被一套系統(tǒng)串聯(lián)起來。真實(shí)世界中的各類型公司/各功能場景在虛擬世界中 的交叉點(diǎn)或?qū)⒋呱^為成熟的 Metaverse 元宇宙。
Metaverse(元宇宙)最初作為科幻概念被首次提出。1992 年,科幻作家 Neal Stephenson 在其著作《雪崩》中的描述中,人類可以通過 Avatar(數(shù)字替身),在一個(gè)虛擬三維空間中 生活,現(xiàn)實(shí)世界的所有事物都可以被數(shù)字化復(fù)制到這一空間,作者將這個(gè)人造空間稱之為 Metaverse(元宇宙)。Metaverse 脫胎于現(xiàn)實(shí)世界,又與現(xiàn)實(shí)世界平行,并且始終在線。2018 年問世的電影《頭號玩家》中的“綠洲”,進(jìn)一步具象呈現(xiàn)了 Metaverse 的可能樣貌,它具 有完整運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、跨越實(shí)體和數(shù)字世界,數(shù)據(jù)、數(shù)字物品、內(nèi)容以及 IP 都可以在其 間通行,用戶、公司都可以創(chuàng)作內(nèi)容、商品,讓 Metaverse 愈加繁榮。
疫情隔離加速虛擬世界感知,為元宇宙概念做好鋪墊。因居家隔離需求,人們的生活場所被 迫轉(zhuǎn)變成為基于真實(shí)世界的虛擬世界,將包括工作、生活、娛樂、學(xué)術(shù)等諸多線下行為投射 到視頻會(huì)議、游戲等在線數(shù)字化場景中。具體來看,Zoom 等在線視頻會(huì)議工具在疫情隔離 期間得到廣泛應(yīng)用;加州伯克利大學(xué)選擇沙盒游戲《我的世界》(Minecraft)作為畢業(yè)典禮 的舉辦場所,畢業(yè)生們以虛擬形象齊聚校園參加畢業(yè)典禮;美國著名流行歌手 Travis Scott 在游戲《堡壘之夜》(Fortnite)中舉辦的一場虛擬演唱會(huì)容納全球千萬游戲玩家觀眾;全球 頂級 AI 學(xué)術(shù)會(huì)議 ACAI 在游戲《動(dòng)物森友會(huì)》上舉辦研討會(huì)并由演講者在游戲中播放 PPT 發(fā)表講話等。隨著線上線下行為的打通,真實(shí)世界與虛擬世界的邊界進(jìn)一步模糊,強(qiáng)化人們 對虛擬世界的感知與想象力。
Metaverse 模胚《堡壘之夜》實(shí)現(xiàn)多 IP、跨平臺(tái)聯(lián)動(dòng)!侗局埂酚螒?qū)崿F(xiàn)巨量的品牌 IP 包括漫威、DC、NFL(美國國家橄欖球聯(lián)盟)、喬丹等多個(gè)不同世界觀體系的 IP 同時(shí)上線。 《堡壘之夜》具備創(chuàng)意平臺(tái)屬性,隨著游戲在全平臺(tái)上線,主機(jī)、PC、移動(dòng)端玩家無障礙互 動(dòng),自由創(chuàng)造。《堡壘之夜》中已經(jīng)出現(xiàn)一個(gè)完整的次級經(jīng)濟(jì)體,玩家可以構(gòu)建自己的內(nèi)容 并將其貨幣化;小到數(shù)字服裝(“皮膚”)或舞蹈(“表情”),并迅速擴(kuò)展到使用《堡壘之夜》 的引擎、資產(chǎn)及美學(xué)創(chuàng)造所有新的游戲與體驗(yàn)。
Roblox 已具備 Metaverse 的初步基本框架。Roblox 最早從兒童教育起家,逐漸發(fā)展成為大 型多人游戲創(chuàng)作、分享及銷售平臺(tái),通過開放式的平臺(tái)和創(chuàng)作機(jī)制、由玩家主導(dǎo)建立一個(gè)去 中心化的世界,已經(jīng)逐漸搭建起 Metaverse 的基本框架。Roblox 列出平臺(tái)具有通向元宇宙 的 8 個(gè)關(guān)鍵特點(diǎn):1)Identity(身份):自由創(chuàng)造虛擬形象,第二人生;2)Friends(朋友): 跨越空間、多維社交;3)Immersive(沉浸感):虛擬與現(xiàn)實(shí)世界無障礙連接;4)Anywhere (隨地):低門檻+高滲透率+多端入口;5)Variety(多元化):超越現(xiàn)實(shí)生活的自由;6) Low Friction(低延遲):5G、邊緣計(jì)算,消除失真感;7)Economy(經(jīng)濟(jì)):UGC 創(chuàng)造 價(jià)值、與現(xiàn)實(shí)經(jīng)濟(jì)打通;8)Civility(文明):最終發(fā)展方向,虛擬世界大繁榮。
Metaverse 元宇宙的重要性集中體現(xiàn)在 1)新的增量價(jià)值;2)互聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)化迭代;3)新的 貨幣與資源的分配方式。
1)新的增量價(jià)值:即使元宇宙達(dá)不到科幻小說作家的幻想愿景,但作為一種新的計(jì)算平臺(tái) 或內(nèi)容媒體也可能產(chǎn)生數(shù)萬億美元的價(jià)值。但在它的全部愿景中,元宇宙成為大多數(shù)數(shù)字體 驗(yàn)的門戶,所有物理體驗(yàn)的關(guān)鍵組成部分,以及下一個(gè)勞動(dòng)力平臺(tái)。
2)互聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)化迭代:元宇宙是下一代互聯(lián)網(wǎng)功能性的“繼承者”,且覆蓋面更廣、花費(fèi)時(shí) 間更長、商業(yè)活動(dòng)更多樣。元宇宙時(shí)代會(huì)誕生新的公司、產(chǎn)品和服務(wù),重構(gòu)管理從支付處理 到身份驗(yàn)證、招聘、廣告交付、內(nèi)容創(chuàng)建、安全等一切商務(wù)活動(dòng)。
3)新的貨幣與資源的分配方式:在虛擬世界中,選擇居住在城市以外的潛在勞動(dòng)者將能夠 通過虛擬勞動(dòng)參與“高價(jià)值”經(jīng)濟(jì)。隨著越來越多的消費(fèi)者支出轉(zhuǎn)向虛擬商品、服務(wù)和體驗(yàn), 我們還將看到我們生活的地方、構(gòu)建的基礎(chǔ)設(shè)施以及誰執(zhí)行哪些任務(wù)的進(jìn)一步變化。
2.3.3. VR/AR 是中場,Metaverse 是終局
元宇宙旨在構(gòu)建一個(gè)持久的虛擬共享空間,同時(shí)依然能夠保持對現(xiàn)實(shí)世界的感知和體驗(yàn)。沉 浸式交互設(shè)備為玩家進(jìn)入元宇宙提供完全真實(shí)、持久且順暢的交互體驗(yàn),是真實(shí)世界與元宇 宙的橋梁,一方面最大限度地為玩家提供真實(shí)體感的沉浸式交互體驗(yàn),另一方面讓玩家保持 對真實(shí)世界的感知。因此,元宇宙的構(gòu)建需要基于 VR、AR 及腦機(jī)接口技術(shù)的沉浸式設(shè)備作為必要的交互手段。 沉浸式交互設(shè)備包括 VR 設(shè)備、AR 設(shè)備以及腦機(jī)接口設(shè)備等。其中,VR/AR 設(shè)備相對成熟、 已經(jīng)能夠應(yīng)用于部分商業(yè)場景,如 3D 電影、3D 演唱會(huì)、模擬駕駛訓(xùn)練、線上虛擬旅游等。
然而,僅僅依靠 VR/AR 設(shè)備遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法達(dá)到完全理想的Metaverse 元宇宙,尚無法為用戶提 供順暢無阻、穩(wěn)定持久及虛擬共享的大規(guī)模交互與共享體驗(yàn)。VR/AR 終端復(fù)雜沉重,只能賦予人們局部感官的超現(xiàn)實(shí)體驗(yàn),并不能實(shí)現(xiàn)所有感官的共享與交互,腦機(jī)接口技術(shù) (Brain-Computer Interface,BCI)因此脫穎而出。腦機(jī)接口技術(shù)是指通過人腦與其他電子 設(shè)備之間建立直接的信號通道,從而繞開語言和肢體的方式實(shí)現(xiàn)與電子設(shè)備的交互。由于人 類的所有感官最終都是通過將信號傳遞到大腦才形成的,如果通過腦機(jī)接口技術(shù),原則上將 能夠通過刺激大腦對應(yīng)區(qū)域從而完全模擬所有的感官體驗(yàn)。相比于 VR/AR 設(shè)備,直接與人 類大腦皮層相連的腦機(jī)接口更有可能成為未來元宇宙時(shí)代中玩家與虛擬世界之間交互的最 佳設(shè)備。
Metaverse 從概念走向現(xiàn)實(shí),VR/AR 是必經(jīng)階段。一定程度上,VR/AR 是 Metaverse 的技 術(shù)基礎(chǔ)。Metaverse 是一個(gè)共享的虛擬空間,允許個(gè)人與數(shù)位環(huán)境中的其他用戶進(jìn)行互動(dòng), 讓人們可以以具體的虛擬形象存在其中,就如同活在與現(xiàn)實(shí)世界平行的世界。VR/AR 技術(shù)將 塑造網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)的新形態(tài),VR 技術(shù)將讓用戶在虛擬的網(wǎng)絡(luò)世界中獲得更加真實(shí)、具體化的體 驗(yàn),使虛擬世界與真實(shí)世界的運(yùn)行模式更加相似;AR 技術(shù)則可以將虛擬世界與現(xiàn)實(shí)融合得 更緊密。
Metaverse 的發(fā)展也必將預(yù)示著 VR/AR 的崛起。技術(shù)的成熟伴隨著價(jià)格的下調(diào),產(chǎn)品體驗(yàn) 從分級客戶逐漸轉(zhuǎn)向大眾消費(fèi),最終實(shí)現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)的完美融合,真正走進(jìn)全真互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。 走向 Metaverse,VR/AR 的崛起需要一個(gè)漫長的過程,也蘊(yùn)藏著巨大的利潤;ヂ(lián)網(wǎng)時(shí)代, 是驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)繁榮發(fā)展的兩大重要規(guī)律——“飛輪效應(yīng)”與“網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)”同樣適用于元宇宙。 元宇宙的內(nèi)容產(chǎn)業(yè)需要在品類、質(zhì)量上都具備足夠的吸引力以形成“網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)”,降低規(guī)模 擴(kuò)張的邊際成本;當(dāng)發(fā)展到生態(tài)足夠繁榮的階段將形成“飛輪效應(yīng)”,邁入生態(tài)自我促進(jìn)與 優(yōu)質(zhì)內(nèi)容自我增殖的持續(xù)繁榮階段。VR/AR 入局方:秣馬厲兵,十方逐鹿
2.4. 圍繞硬件、軟件、內(nèi)容/平臺(tái)展開競爭
VR/AR 的競爭主要集中在三大領(lǐng)域:一是硬件(沉浸式終端設(shè)備);二是軟件(操作系統(tǒng)、 工具系統(tǒng));三是內(nèi)容/平臺(tái)(影視、游戲及其內(nèi)容集成平臺(tái),虛擬社交平臺(tái)等)。體驗(yàn)與性價(jià) 比的平衡是決定硬件滲透率的關(guān)鍵;操作系統(tǒng)是決定用戶習(xí)慣與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的生態(tài)制高點(diǎn),工 具系統(tǒng)能極大提升開發(fā)效率;內(nèi)容/平臺(tái)的多寡則直接體現(xiàn)為在 VR/AR 市場占據(jù)的優(yōu)勢份額。
科技巨頭圍繞硬件、軟件、內(nèi)容/平臺(tái)三大競爭方向,利用自身優(yōu)勢搶灘 VR/AR。在這一場 日益緊張的競爭中,各科技巨頭依據(jù)自身資源稟賦的不同選擇不同的切入方向。
2.4.1. Facebook:以消費(fèi)級硬件切入,劍指 VR 社交
硬件方面,F(xiàn)acebook 在收購 Oculus 后相繼推出 PC VR Oculus Rift CV,VR 一體機(jī) Oculus Go、VR 一體機(jī) Oculus Quest、PC VR Oculus Rift S、VR 一體機(jī) Oculus Quest 2。其中 Oculus Quest 2 上線半年后銷量超過此前所有產(chǎn)品總和,預(yù)測2021年銷量為500-900萬臺(tái)。
軟件方面,出于商業(yè)競爭及戰(zhàn)略安全的考慮,F(xiàn)acebook 已經(jīng)加大投入構(gòu)建圍繞空間計(jì)算與 3D 的完整 VR/AR 操作系統(tǒng),以應(yīng)對對安卓系統(tǒng)的依賴而受制于谷歌。自研操作系統(tǒng)有助于 Facebook 將社交、隱私與硬件深度結(jié)合,為其收購的公司以及合作伙伴構(gòu)建完善生態(tài)。
內(nèi)容方面,Quest 平臺(tái)采用嚴(yán)格的審核機(jī)制決定游戲上線,以高品質(zhì)內(nèi)容成就高口碑,上線 以來收入規(guī)模穩(wěn)步增長,累計(jì)收入規(guī)模超 1.5 億美元,超 60 款游戲收入達(dá) 100 萬美元。 此外,VR 社交平臺(tái)《Facebook Horizon》被視作 Facebook 志在社交的橋頭堡,仍在測試 中,兼容 Rift、Quest。
2.4.2. 微軟:專注 AR 眼鏡,繼續(xù)打磨 HoloLens
硬件方面,微軟發(fā)布 HoloLens 一代驚艷市場,持續(xù)打磨后推出 HoloLens 2,增加了強(qiáng)大的 手勢追蹤,這種進(jìn)步是劃時(shí)代性的,如同智能手機(jī)的觸屏功能;相對一代 CPU 性能有顯著 提升,可以流暢運(yùn)行復(fù)雜特效;與微軟 Azure、Dynamics 365 等遠(yuǎn)程方案很好結(jié)合使用。
軟件方面,HoloLens 運(yùn)行在名為 Windows Holographic 的平臺(tái)上,如果將 HoloLens 看作 PC 機(jī),那么 Windows Holographic 平臺(tái)就是操作系統(tǒng); Windows 10 的 Windows Holographic 平臺(tái)能夠提供全息影像框架、交互模型、感知 API 和 XboxLive 服務(wù),目前在 Windows 商店里能夠找到數(shù)百個(gè)全息 UWP 應(yīng)用,可見其正在規(guī)模性地?cái)U(kuò)展。 同時(shí),微軟聯(lián)合 Unity 推出 MRTK 開發(fā)工具(Microsoft Mixed Reality Toolkit)旨在幫助開 發(fā)者輕松利用 Unity 開發(fā)跨平臺(tái) MR 應(yīng)用,它同時(shí)允許開發(fā)者通過編輯器模擬輕松進(jìn)行原型 設(shè)計(jì)。最新的 MRTK 2.7 現(xiàn)可通過 Mixed Reality Feature Tool 下載,正式支持 OpenXR。
2.4.3. 蘋果:低調(diào)布局多年,顛覆性產(chǎn)品蓄勢待發(fā)
專利技術(shù),截至目前,蘋果已有 330 多項(xiàng)公開可查的 VR/AR 關(guān)鍵專利。蘋果在 AR/VR 領(lǐng)域 的布局最早可以追溯到 2006 年提交的一項(xiàng)頭戴式顯示器的專利。截至目前透露的最新專利 包括“動(dòng)態(tài)環(huán)境照明控制”、“全景光場捕捉、處理和顯示”,以及一項(xiàng)“基站”專利,為 VR/AR 內(nèi)容提供處理能力,支持用戶與內(nèi)容進(jìn)行 6DoF 交互。
軟件方面,蘋果最新的 ARKit 5 幫助開發(fā)者構(gòu)建比以往任何時(shí)候都要更好的 AR 體驗(yàn),主要 包括位臵錨定支持更多地區(qū)、人臉追蹤功能升級、改進(jìn)運(yùn)動(dòng)追蹤等。
內(nèi)容方面,蘋果收購 VR/AR 直播企業(yè) Next VR、收購虛擬現(xiàn)實(shí)初創(chuàng)公司 Spaces、Apple TV+ 流媒體視頻服務(wù)中增加 VR/AR 內(nèi)容,基于底層鏈條逐步完善內(nèi)容生態(tài)。
2.4.4. 谷歌:不再支持 Daydream,重心重回 AR
戰(zhàn)略調(diào)整,1)2012 年推出首款 AR 智能眼鏡 Google Glass;2)2014 年擱淺 Google Glass 相關(guān)研發(fā),并加入三星之列發(fā)售 Cardboard“手機(jī) VR”,正式標(biāo)志其進(jìn)入 VR 領(lǐng)域;3)2016 年發(fā)布 Daydream VR 平臺(tái),并上市 Daydream View VR;4)2017 年推出 ARCore 平臺(tái);5) 2019 年關(guān)閉 Google Jump、不再支持 Daydream,戰(zhàn)略重心重回 AR。
硬件方面,2017 年,Google Glass 以企業(yè)版本 Glass Enterprise Edition 回歸,主要面向企業(yè)客戶,涉及農(nóng)業(yè)機(jī)械、制造業(yè)、醫(yī)療以及物流等領(lǐng)域。2019 年,Google Glass Enterprise Edition 2問世。企業(yè)級市場之外,谷歌于2020年收購加拿大眼鏡公司North布局消費(fèi)級AR, North 創(chuàng)立于 2012 年,主要研發(fā)支持手勢控制操作的臂環(huán)設(shè)備 Myo;2018 年改名為 North, 同時(shí)推出智能眼鏡 Focals,同年 North 收購英特爾 230 多份智能眼鏡專利。
軟件方面,對標(biāo)蘋果 ARKit 推出 ARCore,基于安卓系統(tǒng)搭建增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(Augmented Reality, AR)應(yīng)用的 SDK。ARCore 使用三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)來整合虛擬內(nèi)容和現(xiàn)實(shí)世界:運(yùn)動(dòng)跟蹤技術(shù) (讓手機(jī)能夠理解并追蹤自身在環(huán)境中的相對位臵);環(huán)境理解技術(shù)(讓手機(jī)可以偵測到扁 平的水平面,如地表或咖啡桌);光照強(qiáng)度估測技術(shù)(可以估量當(dāng)前環(huán)境的光照情況)。
2.5. 投融資:資本熱度回歸,流向趨于理性
投融資規(guī)模、數(shù)量持續(xù)恢復(fù),未來 2-3 年熱度將持續(xù)。由于 VR/AR 行業(yè)多數(shù)企業(yè)尚處于中 早期創(chuàng)業(yè)階段,極大依賴外部融資和并購進(jìn)行研發(fā)活動(dòng),投融資仍是行業(yè)景氣度重要的衡量 指標(biāo)。2020 年全球 VR/AR 投融資規(guī)模達(dá)到 244 億元,投融資并購發(fā)生 220 起,規(guī)模與數(shù) 量均實(shí)現(xiàn)連續(xù)三年上漲。其中,海外 VR/AR 投資規(guī)模在絕對數(shù)量與相對增幅方面均領(lǐng)先國 內(nèi),2018/2019/2020 年海外 VR/AR 投資規(guī)模分別為 108/163/223 億元?紤]到國外 VR/AR 產(chǎn)業(yè)領(lǐng)先國內(nèi) 2-3 年,資本對行業(yè)的研究和理解更加深入且投融資活動(dòng)更活躍,預(yù)計(jì)未來 2-3 年國內(nèi) VR/AR 初創(chuàng)企業(yè)將迎來一波并購熱。
資本流向趨于理性,由蜂擁硬件切換至硬件與應(yīng)用并重。2016 年 VR/AR 內(nèi)容匱乏敲響警鐘, 2017 年內(nèi)容環(huán)節(jié)融資并購規(guī)模明顯增加,之后融資并購金額占比一直保持在 10%以上。2017 年軟件環(huán)節(jié)資本遇冷,近三年軟件環(huán)節(jié)投融資占比維持在恰當(dāng)水平。2020 年全球完成大額融資的企業(yè)集中于 VR/AR 硬件與應(yīng)用兩大產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵環(huán)節(jié):硬件方面,VR/AR 行業(yè)上游硬 件競爭格局尚未定型,硬件尚待繼續(xù)成熟,是資本主要布局的方向。應(yīng)用方面,資本布局更 多在 B 端尋找機(jī)會(huì)。此外,內(nèi)容方面,隨著 VR 硬件銷量開始放量,游戲生態(tài)進(jìn)入良性循 環(huán),未來將吸引更多資本入局。
AR 硬件在未來 2-3 年內(nèi)是融資并購高發(fā)領(lǐng)域。據(jù) VR 陀螺統(tǒng)計(jì),2020 年 AR 眼鏡以 47.62 億元融資并購額占據(jù)年度融資并購額排行榜榜首,其中的過億美元融資并購事件包括 1) Magic Leap 獲 3.5 億美元戰(zhàn)略投資;2)谷歌以 1.8 億美元收購 North;3)Snapchat 以 1.66 億美元收購 AI Factory;4)Teamviewer 以 1.56 億美元收購 Ubimax;5)Inuitive 獲 1.06 億美元 E 輪融資;6)蘋果以 1 億美元收購 NextVR。AR 被廣泛認(rèn)同為下一代計(jì)算平臺(tái),國 內(nèi)外科技巨頭均加快布局、加大投入,預(yù)計(jì)未來 2-3 年內(nèi) AR 硬件仍將為融資并購的高發(fā)領(lǐng)域。