2021年元宇宙VR行业研究报告.docx

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1、2021年元宇宙VR行业研究报告导语在由PC电脑、智能手机及互联网主导的第一大计算机科 技浪潮中,掌握了核心环节与关键技术的团队成长为科技巨 头,如苹果、谷歌、Facebook,微软等。1 .前言:VR/AR将开启第二次计算机科技文明VR/AR将开启第二次计算机科技文明,以计算机技术为驱动 的生产发展将全方位提升。我们目前正处于计算机技术历史 第一次大浪潮的鼎盛时期,电脑、智能手机、云服务等性能健 全,先后推动了桌面互联网、移动互联网的高速发展，带来了 前所未有的科技生活体验,包括移动支付、移动业务、电商、 新媒体、物流仓储等。FacebookVR/AR团队的首席科学家迈克 尔亚伯拉什在201

2、7年提出，VR/AR是计算机历史上的第二次 大浪潮,其影响可能超过过去三十年（90年代至今）的个人计 算机革命。未来数十年,VR/AR将带来的颠覆性冲击,既包括 ToC大众消费市场,也包括各行各业的ToB市场，第二次计算机 科技文明的成果将全面渗透至农林渔牧业、制造业、住宿餐 饮、金融、地产、建筑业、教育、科技、交通运输、零售电 商、文化娱乐等。为什么是由VR/AR开启,而非区块链、人工智能等革命性 计算机技术?云计算、人工智能、大数据、区块链等计算机技 术都需要依托其它产品而存在,其存在是为了补充强化其它产 品,如更快捷、易用、强大的服务器;更聪明、智能的电子设 备,更高效、准确的信息分析系

3、统;更不易篡改的信息记录系 统等。当前所有未来的主要前沿计算机技术中只有VR/AR以 “全新且独立的产品形态”不需要依附于其它物品对象而存在。VR/AR将是继PC电脑、智能手机之后的下一代消费级计算 机科技产品,其产品形态将会遵循类似从PC电脑（VR/AR头戴 式显示器,简称头显）到智能手机（智能VR/AR眼镜）的发展 路线。2020, VR/AR产业发展按下加速键;巨头亮剑,新赛季排位 之战拉开帷幕。2020年因疫情造成的社交隔离激发了 VR游戏、 虚拟会议、AR测温等需求崛起,Steam平台VR活跃用户翻倍增 长,虚拟会议，云端展览案例层出不穷。2020年全球VR头显出 货量达670万台,

4、较2019年增长72%, AR眼镜出货量40万 台,增长33%。2020年VR/AR产业投融资金额及数量回归2017年高点水 平，AR眼镜、工具软件、VR/AR游戏、教育培训等成为投融资 的热点领域。海外大厂苹果、谷歌、Facebook均沿着战略目标 进行并购布局,苹果仍在完善VR/AR产业链,谷歌意图重回消 费级AR市场,Facebook则以硬件反哺VR内容生态。国内 VR/AR产业发展较海外晚一到两年,但政府及行业均高度重视, 产业扶持政策不断出台,传统企业华为、歌尔、爱奇艺等稳扎 稳打,初创企业Nreal、亮亮视野、珑璟光电、小派、睿悦、MADGaze等具备产业链核心技术或关键地位,纷纷

5、完成大额融 资、发展提速。在由PC电脑、智能手机及互联网主导的第一大计算机科技 浪潮中,掌握了核心环节与关键技术的团队成长为科技巨头, 如苹果、谷歌、Facebook,微软等。VR/AR新赛季排位之战已 拉开帷幕,未来由VR/AR主导的第二次计算机科技浪潮会再次 产生众多核心环节与关键技术,涉及操作系统、芯片技术、传 感技术、人工智能、光学技术、开发引擎等。技术迭代将带来 产业链格局的重塑机会,掌握核心环节与关键技术的公司将获 得更大的话语权,成长为新一代科技巨头。2 . VR/AR产业现状:崛起前夜，如火如荼2.1. 技术积累:产业链趋于成熟2. 1. 1.跨越低谷稳步复苏，产业规模化放量按

6、照技术成熟度曲线拟合,VR/AR产业当前已走出泡沫破灭 低谷期,位于稳步爬升复苏期。技术成熟度曲线(TheHypeCycle)专门用以拟合与描述新技术的发展阶段,曲 线横轴是技术随着时间的发展的成熟度,纵轴则是技术的曝光 度/业界的关注度。技术成熟度曲线能够揭示新技术的发展规 律,我们以此拟合VR/AR产业的五大发展阶段:1)技术萌芽期(1968-2012) ： VR/AR新技术被提出并开始逐步进入大众视野。1968年,美国计算机图形学之父 IvanSutherlan组织开发首个计算机图形驱动的头盔显示器及 头部追踪系统。2)期望膨胀期(2012-2016):大众企业/研究机构开始仓 促进入V

7、R/AR领域,意图抓住新的增长点以占领先机,VR/AR设 备大量涌现。2012年,谷歌推出GoogleGlass的一代眼镜产 品。2013年，Facebook以20亿美元收购Oculus并推出VR头 盔。2014年,VR/AR概念进入市场视野,被认为是替代智能手 机的下一代通用计算平台。Facebook,微软先后进入VR/AR领 域,Sony、三星、HTC等多家大厂也推出相关硬件产品。2015- 2016年,VR/AR市场热度达到高点,2016产业元年Sony、 HTC、Oculus推出第一代面向大众消费市场VR终端“三剑客”(PSVR、HTCVive、OculusRift) 谷歌以 5 亿美

8、元投资 MagicLeap, Microsoft推出面向垂直行业市场的AR终端 Hololens 3)低谷期(2016-2019):受限于商业模式仍不明晰,网 络、硬件及内容的瓶颈均未突破,人们逐渐修正对VR/AR ”光明 前景”的到达预期,资本市场热度下降、收紧投资,VR/AR行业 退潮、进入寒冬。市场中缺乏竞争力的企业失去资本造血,留 存企业积蓄力量、韬光养晦。2019年起Oculus、HTC、Valve, 华为、Microsoft等密集发布新一代硬件产品。4）复苏期（2019至今）:基于第一波产品的失败经验教 训,新技术逐步改进、产业链趋于成熟,产品体验及性价比明 显提升。2019年底随

9、着全球5G正式展开部署,VR/AR作为5G 核心的商业场景重新被认识及重视,行业重回升势;同年 QculusQuest发售,VR游戏BeatSaber全球销量超100万 份。2020年,VR/AR行业产业链各环节成熟度提升,叠加疫情 推动居家需求上升,以Facebook发布的QculusQuest2为代表 的消费级VR设备需求增长强劲,爆款VR游戏Half-Life： Alyx引爆行业。2020年VR/AR产业投融资活跃,金额及数量 均回到2016年的高点水平。5）生产稳定期：VR/AR新技术的性能/效果最终能满足消费 者需求时,将进入实质的普及生产阶段。VR/AR出货量增长显著,已进入产业化

10、放量增长阶段。比之 2018-2020年相对平缓的终端出货量,随着FacebookQuest2、 微软Hololens2等标杆VR/AR终端迭代发售、电信运营商虚拟 现实终端的发展推广,以及平均售价从当前2500/9700元进 步下降,2021 -2022年VR/AR终端规模上量、显著增长。Q 2 : 2016-2022E金球VR出賞量預測全球VR/AR市场规模已近千亿,未来五年CAGR达54%。据 IDC等机构统计,2020年全球VR/AR市场规模约为900亿元, 其中VR市场规模620亿元,AR市场规模280亿元。中国信通院 预测全球虚拟（增强）现实产业规模2020-2024五年年均增长

11、率约为54%,其中VR增速约45%, AR增速约66%, 2024年二者 市场规模接近、均达到2400亿元。千朴来:中国/tilft, VRPC.”证和中。二行痴祝报告VR奇点已现:消费级硬件销量持续强劲,即将跨过1000万 台临界点。Facebook的创始人扎克伯格认为,在个平台上需 要有约1000万人使用及购买VR内容才能使开发人员持续研发 以及获利,而一旦超过这个门槛,内容与生态系统将会实现跨 越式发展。这临界点,VR有望于2021年达到。据IDC统计, 2021年第一季度VR头显全球出货量同比增长52. 4%。其中, Oculus凭一己之推动全球整体VR市场的增长,2021年第一 季度

12、其产品占据全球VR出货量的近三分之二,0culusQuest2 自2020年第四季度发布以来在消费者市场表现抢眼。除Oculus 外,中国VR本土厂商DPVR、Pico在2021年第一季度也表现不 俗,DPVR位居第二,出货量同比增长108.6%； Pico位居第三，出货量同比增长44. 7%。DPVR、Pic。立足中国稳固的本土 市场的同时致力于通过教育等商用领域布局开拓国际市场。此 外,2021年第一季度,HTC、Sony在VR全球出货量中分列厂商 第四、五位。HTC、SONY份额下降较快主要系当前两公司的在售 产品款式较老,新款产品发售后即将成为。cuius的有力竞争 者,市场份额排名有

13、望上升。现象级消费产品0culusQuest2累计销量超出此前各代之 和，预计2021全年销量50900万台。0culusQuest2作为 Facebook最新一代VR一体机,上市之初即表现不俗,2020年 9月发布之初预定量就达初代5倍。据FacebookRealityLabs 副总裁AndrewBosworth, 0culusQuest2发售半年时间内累计销 量就已经超过历代OculusVR头显总和。SuperData统计 0culusQuest22020Q4 单季度销量达 !09. 8 万台;RecRoom 根据 新增用户数预测2020Q4单季度销量为200-300万台。假设 21Q1-

14、21Q3单季度销量维持100万台,Q4旺季销量200万台, 得到202I年0culusQuest2保守预计销量500万台;假设 21Q1-21Q3单季度销量维持200万台,Q4旺季销量400万台, 得到2021年0culusQuest2乐观预计销量900万台。综上, OculusQuest22021全年销量有望达到50900万台。I 5： 2019-2021E Oculus QuestVRf KU （万台）12019 1 2020 2021EH： SuperData. RecRoom.安常iL奉M比中AR静待培育:产品策略由TOC转向TOB,核心技术尚在攻 关阶段。由于技术问题,面向C端市场的

15、GoogleGlass、 MagicLeapOne等产品销量远不达预期,随后大部分厂商纷纷转 向B端行业应用市场。同时,AR的上游核心技术包括微显示、 光学、芯片等还并不成熟,诸多技术环节尚处于攻关阶段。2. 1.2.VR/AR产业地图:硬件、软件、内容、应用从硬件、软件、内容/平台、应用四大维度建立VR/AR产业 链分析框架。芯片:咼通芯片一家独大，国产芯片奋追赶1）高通骁龙XR2成为VR主力芯片。最早应用到VR/AR设备的芯片是高通针对手机的SOC方案821、835、845其中 835、845均针对VR/AR设备作相应优化,2018年5月,高通推 出VR专用芯片骁龙XR1,其性能与骁龙手机

16、芯片660相近。 2019年12月,高通发布基于骁龙865衍生的XR2,集成了高通 的5G、A!及XR技术。2）瑞芯微、全志、华为海思等国产芯片待突围。目前大陆 产的VR芯片较少且影响较弱,主要包括瑞芯微Rockchip、全 志VR9、INF0TM等。2017年全志科技发布首个专用VR芯片 VR9,内貉VR专用低延时加速模块Portall.O以及双引擎直驱 双屏专用系统,突破性达到全景6K解码播放能力。2020年上半 年电信推出的天翼小V一体机使用VR9芯片、主打低端观影市 场;RokidGlass2搭载晶晨Amlogic905D3芯片,12纳米制程; DreamGlass4K 则使用瑞芯微

17、Mali-T864GPUO 2020 年 5 月,华 为海思发布XR芯片平台，推出首款支持8K解码能力,集成 GPU、NPU的XR芯片,首款基于该平台的AR眼镜为 RokidVisiono华为海思XR芯片具有一流的解码能力,但目前 由于受美国制裁,海思芯片后续应用前景尚不明朗。操作系统:VR安卓占据主流,AR则乾坤未定1） VR一体机目前主要使用安卓系统。早期的VR一体机基 本沿袭手机端的计算芯片与操作系统,如OculusGo采用高通骁 龙821芯片,ViveFocus采用高通骁龙835芯片,操作系统则 是在安卓系统的基础上进行优化及定制。类似地,分体式VR包 括PCVR、PSVR以及华为VR

18、Glass、创维V601等超短焦手机 VR,其运行的操作系统仍以连接的主机为主,包括微软WMR、索 尼PS及安卓系统。2） AR操作系统系生态占领制高点。目前市场上的创业型公 司AR眼镜自身缺乏系统研发能力,当前仍以多以安卓系统为基 础进行优化与定制。科技巨头将AR操作系统视为战略制高点, 如微软HoloLens采用以WindowsNT为基础的WindowslOHolographic系统,HoloLens2则采用全新多平台操 作系统WindowsCoreOS； MagicLeap自研专为空间计算设计的 LuminOSo国内企业虹宇科技2020年发布自研VR/AR3D多任务 系统IrisOS,可

19、以呈现2D、3D的窗口及全景应用,支持多人多 设备协作,兼容各类芯片平台及光学模组。公司致于将 IrisOS打造为开放的VR/AR操作平台,目前已与。PPO、vivo、 TCL等厂商展开合作。行业标准:海外巨头积极加入,国内厂商动作较慢OpenXR是个由Khronos组织联盟开发的开放式、无版权 费用的XR行业标准规范,旨在简化VR/AR软件开发,打通游戏 引擎及内容底层连接，塑造具备互通性的开放生态。OpenXR最 大的意义是，游戏开发者使用一个API接口就能让游戏在不同 品牌的VR/AR中运行;硬件厂商则可利用现有OpenXR内容降低 市场进入门槛,为消费者提供更丰富的内容体验。目前微软在

20、HoloLens、WMR头显均提供OpenXR支持;Unity推出OpenXR支 持预览版;Epic宣布虚幻引擎5不再支持SteamVR、Oculus等 平台,转而支持且仅支持OpenXR标准;Oculus推荐游戏引擎使 用。penXR等。国内厂商中华为、兆芯、Pico等也加入OpenXR 联盟参与标准的讨论与制定工作。平台；Steam盘据一方,Quest平台异军突起平台竞争主要取决于内容影响力与硬件渗透率,目前VR平 台中影响最大的为Steam （内容驱动）与。culusQuest （硬件 驱动）。Steam平台受益于3A级VR游戏半条命;Alyx的 推动,2020年VR活跃用户大大增长,V

21、alvelndex头显也供不 应求。截至2020年12月,Steam官方数据显示Steam平台会 话数量达1.04亿次,总游戏时长增加30%,新增用户达170 万,VR收入增长71%, VR月活超200万人。Quest平台则随着 Quest2销量暴涨,活跃用户数及平台收入一路暴涨,据 VRFocus称，截至2021年2月,Facebook公布Quest平台有超 过60余款游戏收入达100万美元,其预计到2021年底平台累 计收入将超过5亿美元。2. 1.3. VR：硬件趋于成熟,静待内容与应用百花齐放硬件VR终端的硬件主要由芯片处理器、屏幕及光学器件、声学 器件、存储、売料、辅料等构成。其中,

22、芯片处理器、存储、光学显示器件在VR终端成本中占比较高,与智能手机重合度较 高,许多领域的技术积累可以复用,硬件产业链相对比较成 熟。VR目前的主要的使用场景是游戏及视频,以图像处理与显 示为功能重点,因此硬件成本中屏幕占比36柒 光学器件占比 6%,光学显示器合计占比约40%;同时VR也需要较高的内存, 存储成本占比27%;负责计算、渲染和图像处理的CPU、GPU处 理器占比16%左右。以OculusQuest2为例,Quest2采用高通骁龙XR2芯片 组、闪迪内存、JDI、夏普的LCD显示屏、两片菲涅尔透镜、国 产锂电池组、4个外部摄像头实现6D0F头部交互,产品具备更 轻的质量、更紧凑的

23、结构、更准确的交互及更高的图像性能。m 8: VR弊潴及件成本占比辅料,5%收热,3%先升.6%青料朱源:立盘产业研完,安怙证拳価玄中心行卫所为踣光学能伴6%产品形态:VR一体机成为主流方案,设备价格进步下 探。近一年VR新品频出,以OculusQuest2为代表的VR一体机 持续畅销。一体机已经成为消费级VR主流技术方案,一体机体 积小、重量轻、更便携,应用场景更加丰富与广泛,符合消费 类电子产品的演进趋势。同时观察到VR设备价格进一步下探, 2020年10月9日发售的华为VRGlass定价!999元,202I年5 月24日发售的NOLOSonic定价!999元,VR终端实现价格下 沉，有望

24、进步提升市场渗透率。根据VR终端的硬件组成将其拆解为以下四大模块:计算模 块、定位模块、光学模块、显示模块。VR终端基于四大模块采 用不同性能的组件、不同路径的技术方案进行组合构成了目前 市场上各有差异的设备。我们依次对四大核心模块进行拆解分 析,VR硬件产业链已经具备较高的成熟度，且各个模块仍具备 边际改善的升级空间。1）计算模块:高算为便携性松绑,高通XR芯片完成迭 代VR彻底构造三维虚拟空间需要巨大的算支持,这往往通 过PC机的高性能CPU与显卡才能勉强实现。然而，这类高性能 计算设备往往难以做到小型便携化,VR显示设备外接高性能设 备变为必然趋势,采用线缆连接方式造成的行动区域受限大幅

25、 削弱了 VR的发展空间。目前VR处理器分为手机芯片及专用芯 片,以骁龙820、MTK、三星、麒麟等为代表的手机芯片性能优 越,但其功耗与散热问题难以解决且成本较高;以高通骁龙865 为基础的XR专用芯片是目前VR 一体机的绝对主力芯片。高通于2018年推出专门为VR/AR 一体机设计的芯片XR1, 其性能比骁龙845XR版稍弱,但成本更低,基本达到沉浸式VR 体验的最低标准。2019年高通骁龙发布5G+XR芯片XR2,骁龙 XR2是以骁龙865为基础针对VR/AR设备进行改造的专用芯片平 台，结合了高通5G、AI及XR领域的最新技术,相对XR1其性 能得到显著提升,目前新一代VR 一体机Oc

26、ulusQuest2. VIVEFocus3. PicoNeo3系列等均采用XR2平台。根据高通官方介绍XR2芯片性能:1）在视觉体验方面, XR2平台的GPU可以L 5倍像素填充率、3倍纹理速率实现高效 高品质的图形渲染;支持眼球追踪的视觉聚焦渲染;支持更高 刷新率的可变速率着色,可以在渲染重负载工作的同时保持低 功耗;XR2的显示单元可以支持高达90fps的3KX3K单眼分辨 率；在流传输与本地播放中支持60fps的8K360度视频。2）在 交互体验方面,XR2平台引入7路并行的摄像头支持及定制化的 计算机视觉处理器；可以高度精确地实时追踪用户的头部、嘴 唇及眼球；支持26点手部骨骼追踪。

27、3）在音频方面,XR2平台 在丰富的3D空间音效中提供全新水平的音频层以及非常清晰的 语音交互；集成定制的始终开启的、低功耗的HexagonDSP;支 持语音激活、情境侦测等硬件加速特性。4）除硬件平台外,高 通还提供包括平台API在内的软件与技术套装以及关键组件选 择、产品、硬件设计资料的参考设计。K 11:髙通XR2 Vs髙通8352）定位模块:Inside-out+6DoF,打破固定场景限制当前Inside-out已经取代Outside-in成为VR主流追踪技 术架构。定位追踪技术在实现上主要分为两类,即“Outside- in和Inside-out”。Outside-in追踪定位技术需

28、要在房间 里布貉传感器的摆放或者悬挂位貉,最早实现产品化并开始大 量用于体验馆、线下门店等商业场景。2017年微软Hololens采 用Inside-out技术方案后,这种摆脱外部设备的追踪技术受到 关注,随后越来越多的大型厂商推出以Inside-out为基础的设 备。Inside-out追踪定位技术能够实现设备的无绳化,随着机 器视觉算法的逐步成熟,Inside-out方案仅靠VR头显上的摄像 头即可准确定位,有效降低了硬件成本及上手难度。基于手柄的“6+6”头手交互为当前主流交互方式。定位技 术的原理简单概括,就是“信号源+传感器”,使用相应的算法 计算出物体的位貉信息（包括三轴及旋转共六

29、个自由度, 6D0F） 随着算法及算的成熟,VR设备从初期的3DOF向 6D0F 演进,如 ViveFocus 升级为 6D0F 手柄的 ViveFocusPlus； Oculus 推出首款 6D0F 一体机 OculusQuest； Pico 将其 3DOF 的 Pico小怪兽一体机升级为6D0F的PicoNeoo目前手柄控制依然 是主流,融合Inside-out6D0F头动+6D0F手柄交互的“6+6” 交互路线是主流方案,代表厂商包括OculusQuest、Pico、 Nolo、Ximmerse等。各厂商的VR手柄设计有较大不同,通常 都会配貉摇杆,小型触摸板,A、B操作按钮,以及握柄部

30、分的 电容感测,可识别压、触感、以及光学数据。裸手交互是未 来的发展趋势。裸手交互（原生手势识别）方案需要识别出手 部骨架的21或26个关键点,并将每个点用3个自由度衡量, 输出21/26*3维的矢量,并由专业算法来识别手部的姿态和位 貉。裸手交互的硬件方案包括RGB摄像头、3D摄像头（TOF、结 构光、双目视觉）和数据手套等,业界标杆是以LeapMotion与 uSens为代表的双目红外相机方案,支持双手交互、单手26DOF 跟踪,广泛用于一体式、主机式虚拟现实终端,而在手机式产 品方面,华为AREngine利用结构光器件实现单手26DOF交互方 案。3）光学模块:菲涅尔透镜应用成熟,攻坚折

31、叠光路技术菲涅尔透镜使VR头显设备能在短距离中实现有效图像显示 效果,是目前主流VR头显透镜光学部件。菲涅尔透镜,又名螺 纹透镜,采用聚乙烯塑料注塑成型工艺,表面加工成一圈圈向 外由小到大由浅到深的同心圆,剖面看似锯齿状。该设计能够 在保留常规透镜光学特征的同时实现镜片轻量化,即在构造大 光圈+短焦距的透镜的同时具有较轻的重量与较薄的厚度。但菲 涅尔透镜由于焦距所限无法减少光学成像模组的整体厚度,同 时其光学特性会在一定程度上影响成像质量,使显示器件的清 晰度受损及曲率出现偏差。菲涅尔透镜的制造艺已经较为成 熟,生产成本也较常规透镜低。折叠光路,又称短焦距光学系统,其成熟应用将带来VR设 备里

32、程碑式的体验提升。因为镜头需要将来自显示器的光聚焦 到用户眼中,而光线的聚焦必须留以足够的距离,所以VR头显 必须保持一定的厚度。折叠光路的原理是使用偏振膜将光路压 缩、将距离“折叠”到其自身，使光线可以在更窄的空间内穿 越同样的距离,以使得整体VR设备变轻薄。同时折叠光路也可 以实现更好的成像效果以及更广的视场角，有望进步提升VR 设备的整体体验。但折叠光路也存在诸多技术难点,包括1）光 学设计复杂;2）光效较低、光线经多次折返后强度下降;3） 轻薄设计与广视角难以兼得等。软件1）系统软件:3D化与实时性成为现有操作系统技术面向虚拟现实优化创新的重要技术方向。正如iOS基于UNIX, And

33、roid基于Linux,虚拟现实OS并非独立于现有操作系统发 展而来,在操作系统和底层软件上继承了移动端特性,是基于 移动OS定制优化的嵌入式实时系统。一方面,结合近眼显示等 特点,虚拟现实OS有望成为首个3D化操作系统。当前移动OS 主要面向传统手机应用设计,用户视野较小,UI控件和Layout 布局方式均面向2D,对多任务系统的执行并不迫切。虚拟现实 OS可能不再有“桌面”概念,用户目之所及即为操作界面,更 加强调空间思维，在3D图形渲染、3D内容传输、3D显示乃至 基于glTF等新兴3D格式等方面变化甚巨。另一方面,结合感知交互等需求,虚拟现实OS凸显稳态、 实时、紧耦合的发展特性。传统

34、移动OS是个待命式系 统,系统基于用户有意识主动操作进行响应,且各子系统相对 独立,如传感与渲染子系统、图像输入与渲染子系统,并无传 感器直接同渲染处理耦合,系统设计存在诸多缓存逻辑。虚拟 现实OS更像稳态系统,不论用户主动操作与否,从姿态到渲染 保持实时稳定运行,20msMTP时延约束成为其中核心技术挑战, 体现在如下方面。在图形渲染方面，由于复杂合成系统将带来 过高渲染延迟,不同于移动OS用户界面2D图层合成的方式, 虚拟现实OS渲染方式存在显著差异。在传感融合方面，移动OS 交互方式以触屏为主,基于这交互技术的事件体系在虚拟现 实中无法使用,此外,移动OS系统架构中缺少高精度高频率的 传

35、感融合实现,架构的复杂性导致传感延迟较高。在内容应用 方面,移动OS图形驱动均为C+库,上层应用采用Dalvik虚拟 机作为运行时,与实际图形驱动较远,效率较低,且移动OS的 事件回调机制难以满足虚拟现实应用的实时性需求。2）工具软件:3D开发工具系核心是生产与创作工具，逐步 走向简单化、轻量化、可视化。目前市场核心的3D开发引擎包 括 Unity 的 U3D、EpicGames 的 UnrealEngine,以及 FrostbiteEngine寒霜引擎、起源引擎等,主要用于游戏、影 视等PGC的内容生产。由于Metaverse需要简单易用的生产 具,3D开发工具也逐步走向简单化、轻量化、可视

36、化,如 Roblox平台的开发工具RobloxStudio,我的世界MCStudio 等。目前,VR/AR均已脱离了基于厂商原始SDK的简陋低效开发 阶段,而步入了第三方技术支持的高效开发新纪元。VR大型应 用开发已得到各类图形库平台供应商的支持。VR开发不再拘泥 于OculusSDK、OpenVR等原始SDK,而是可以通过Unity、 Unreal等成熟图形引擎、游戏引擎实现快速高效开发。平台/内容VR内容题材日益丰富,促进VR体验向消费者渗透普及。截 至 2020 年 12 月,Steam、 OculusPC、 Viveport、 SideQuest、 Pico、OculusQuest平台

37、的VR应用总数分别达到5554、1755、 2513、931、578、235 款。截至 2020 年 9 月,FacebookQuest 平台内容收入已达到L 5亿美元,35款游戏收入达到百万美 元,沉浸声、手势识别与虚拟化身等特色内容制作SDK陆续发 布。随着VR内容的丰富、设备体验的升级以及售价的不断下 探，VR产品将进步向消费者渗透普及。图19:不同平台VR内敦米VR内容数量（个）資料朱源:VR陀蜂,安博证春研无中心- z.行近知民若应用游戏之外,视频、直播、电竞、社交等商业场景亦多点开 花,呈现广阔前景。根据IDC数据,消费类VR主要包括游戏、 视频、直播、影院、电竞、社交、音乐等领域

38、,而商业类VR主 要是教育、文旅、医疗、家装、房产、零售等。其中基础的VR 娱乐产品如游戏、视频、直播等需要用户具有高沉浸感,从而 达到“身临其境”的体验,这对于VR内容的品质要求非常高; 而对于商用场景,用户对产品的关注点更多的在于能否达到相 应的效果,因此,商用VR的内容门槛相对用户端要低,内容制 作成本也相对较低,同时一些商业模式也已经跑通,我们预计 商业VR将迎来高速发展。据微软预测,至2025年,企业市场规模（184亿美元,占 比43. 64%）将超过消费市场（159亿美元）。当前企业市场主 要由一线工人（FLW）类需求主导,且主要集中在离散制造、流 程制造相关行业,但坐办公室的信息

39、工人（IW）类企业市场也 正开始受益于AR/VR带来的工作潜,包括如协作场景、虚拟 会议和设计评估等。89 21: VRTOC及TO B的原用勒也4: QC.怙/拿马寃中7从具体落地来看,根据IDC的预测,我国VR市场企业IT 支出规模预计将在2024年达到921. 8亿元,2020-2024年CAGR 约为39. 5%,行业处于高速增长期,具体到细分行业,从2019 年数据来看,VR教育占比最高,达到25. 1%,其次是制造、零 售、消费及服务业。政策方面,教育部印发的2019年教育信 息化和网络安全工作要点中将VR技术纳入教育信息化的年度 重点工作任务。产业方面,根据华为AILab于201

40、8年6月发布 的VR教育白皮书,国内的讯飞幻境已与40多家公立学校开展 VR教育合作。S 22： 2020-2024E中国 VR市场企Jk IT支由也模預測2. 1.4. AR：部分环节尚存技术难点,但发展潜巨大光学与显示领域仍是AR硬件的重要突破点,光学与显示占 据1000美元级AR硬件成本的43%。AR眼镜的光学与显示模组 包括近眼显示（即光学镜片）、微显示器及与二者相关的景深 技术。光学显示是AR眼镜组成的核心部分,影响最终成像效 果,光学显示之于AR眼镜相当于屏幕之于手机。AR眼镜其余供 应链环节与智能手机重合度较高,量产及普及的壁垒较低。以HoloLens为例,主要硬件包括全息处理模

41、块2个光导 透明全息透镜、2个LCos微型投影以及6个摄像头,总成本 1500美元。其中LCos微型投影设备与透明全息透镜达570美元 （中国部分厂家单个LCos微型投影仪成本500-1000元不 等）、占比43%,全息处理单元（CPU、GPU、HPU）成本约400 美元、占比31%,存储设备200美元,6个摄像头及传感器成本 100美元,电池30美元。fl 24: AR 依及什本占比筑塩夫与传电池2，“童料关过:送送衣.安汉 泰巧定中心:_ a2k圻治产品形态:AR眼镜一体式与分体式并存,主流产品逐步具 备手势识别功能。AR眼镜尚未形成统一的产品形态与技术路 径,当前一体式、分体式并存。一体

42、式AR眼镜由于需要将电 池、芯片等集成在眼镜中,当前难以做到轻量级。手势识别功 能是AR感知交互的重要方式，也是AR眼镜的基础性功能配 貉,当前 HoloLens2、MagicLeapone、Nreallight 等较为主流 的AR眼镜均具备手势识别功能,而配貉深度摄像头模组是具备 手势识别的刚性要求。1）光学（成像）模块:升级路径明确,光波导为最终发展方向AR的光学元件与VR有很大不同。AR需要SeeThrough,与 真实环境发生交互。AR的近近眼显示是不能直接放在眼前而是 放到眼睛旁边,因此需要一组光学元件将屏幕的像耦合到眼 前。AR光学元件正在由自由曲面/Birdbath等向光波导演进

43、。 短期来看,由于成本可控,艺较为成熟,自由曲面/Birdbath 仍会在C端AR市场占有一席之地。长期来看,由于光波导轻薄 性及显示效果优势,一旦突破量产瓶颈后有望实现快速渗透。光波导可以分为两类技术方案,几何光波导与衍射光波 导。几何光波导成像效果好但量产难度高，衍射光波导具备基 础量产条件有望成为主流技术方案。几何光波导由一系列半透 半反镜面组成,镜面是嵌入到玻璃基底里面并且与传输光线形 成一个特定角度的表面,每一个镜面会将部分光线反射出波导 进入人眼。几何光波导的概念最先由以色列公司Lumus提出并 一直致力于优化迭代,市场上还未出现大规模的量产眼镜产几何光波导运用传统几何光学设计理念

44、、仿真软件及制造 流程,没有牵扯到任何微纳米级结构,因此图像质量可以达到 很高的水准。但是,整体工艺流程比较繁冗,包括半透半反镜 面阵列的镀膜艺。衍射光波导可进步细分为全息光波导与表面浮雕光栅波 导，主要原理为通过衍射光栅替代传统几何光学器件，采用镜 片表面的光栅结构实现光束的扩展和耦出。通过合理的设计光 栅结构,光栅波导技术可以实现出瞳的二维扩展。衍射光栅是 个具有周期结构的光学元件,周期可以是全息技术在材料内 部曝光形成的明暗干涉条纹”（全息光波导）,也可以是材 料表面浮雕出来的高峰和低谷（表面浮雕光栅波导）。全息光波导方案通过双光束全息曝光技术在介质中形成干 涉条纹,从而可以获得折射率周

45、期性变化的光栅结构。全息体 光栅并不是通过结构图型而是通过材料的不同制作光栅,理论 上全息光栅的衍射销率可以达100%,有更好的成像效果。但全 息体光栅材料和量产艺是当前门槛。材料端合成难度大,且 多用于军用对我国禁运。量产艺激光脉冲法不适用于规模量 产。全息体光栅方案厂商需要具有IDM能力,提供从材料到量 产完整的解决方案,代表公司包括苹果公司收购的Akonia、 Digilens Sony 等表面浮雕光栅波导方案通过使用亚波长尺度的表面浮雕光 栅代替传统的折反射元件作为光波导中耦入、耦出和扩展区域 的光学元件,从而实现对光束的调制。根据凹槽的轮廓、形状 和倾角等结构参数的不同,常用的表面浮

46、雕光栅可以分为维 光栅与二维光栅。维光栅根据剖面形状划分为矩形光栅、梯 形光栅、闪耀光栅和倾斜光栅等,二维光栅常用的结构有六边 形分布的柱状光栅。目前通过纳米压印技术,表面浮雕光栅波 导已具备成熟批量生产条件,代表公司包括微软HoloLens2, MagicLeapOne 等。衍射光波导技术与几何光波导相比,其主要优势在于光栅 在设计与生产更具灵活性,不论是利用传统半导体微纳米制造 生产艺的表面浮雕光栅,还是利用全息干涉技术制成的体光 栅,都是在玻璃基底平面上加镀层薄膜然后加工,不需要像 几何光波导中的玻璃切片和粘合工艺,可量产性及良率要高很 多。2)显示模块:LCOS是当前主要方案,Micr

47、oLED是远期最 佳解决方案AR有四类显示方案:LCOS、DLP、硅基OLED、MicroLED, 其中LCOS是当前主要方案,波导+MicroLED是远期最佳解决方 案。LCOS 硅基液晶(liquidcrystaionsilicon),将液晶分子 填充于上层玻璃基板和下层金属反射层之间,金属反射层和顶 层IT0公共电极之间的电压共同决定液晶分子的光通性,而显 示驱动电路直接在硅基板上完成制备。LCoS的显示原理为入射 的S偏振光经过液晶层,若液晶不产生扭转,达到底部金属反 射层反射回来时仍为S偏振光,穿过液晶层射出。随后经过PBS 棱镜反射回到原来光路,光线不进入投影光路,即此像素呈现 “

48、暗态”。反之,若液晶发生偏转,入射的S偏振光在经过液 晶层时会发生偏振,可穿过PBS棱镜是,将进入投影光路,即 呈现“亮态”。LCoS的制作工艺主要为通过半导体工艺进行刻 蚀与沉积制造将液晶层和各种保护反射层制备到硅基驱动。目 前由于LCOS量产艺成熟,大部分参数都适配光波导,其目前 是AR主要方案。DLP数字光处理(DigitalLightProcessing),原理与LCoS类似,但是不是通 过液晶对光学进行处理,而是通过棱镜。DLP 核心在于 DMD (DigitalMicromirrorDevice),该核心 MEMS器件由TI长期垄断。制作工艺主要为通过半导体工艺制作 MEMS系统控制楞镜偏转,从而控制光路。硅基OLED (OLED-on- Silicon)方案,原理与传统OLED方案相似,由于在玻璃基板 上很难驱动小尺寸的像素,从而使用CMOS艺来替代。但由于 OLED方案的光亮度小,如果配合光波导在户外使用效果不佳。 硅基OLED方案会限制AR的使用场景,配合光波导效果不佳, 目前看不是主流方案。Micro-LED高集成半导体信息显示技术,指以自发光的微米 量级的LED为发光像素单元,将其组装到驱动面板上形成高密 度LED阵列的显示技术。由于micr