天天最新:2023年XR行业研究报告 XR开启交互方式变革

2023-05-26 11:36:28

来源:西部证券

一、XR开启交互方式变革,行业渗透有望加速

1.1、VR/AR:下一代人机交互终端

元宇宙概念热潮之下,VR/AR 作为虚拟世界的交互入口,有望代替 PC 和手机成为下一 代人机交互终端,引领产业变革。 VR(Virtual Reality),即虚拟现实,通过运用仿真、电子信息、计算机、传感器等多 种技术手段,营造出一个与现实世界完全隔离的虚拟世界,同时为用户模拟视觉、听 觉、触觉等感官体验,使用户能够获得身临其境的沉浸感。例如电影《头号玩家》中 所展示的就是 VR 技术,通过佩戴 VR 设备,主角可“进入”到虚拟世界中,凭借可 自由捏造的虚拟形象进行社交、娱乐、工作等任意活动。


【资料图】

AR(Augmented Reality),即增强现实,通过运用 AR 光学显示、三维建模、实时定 位、多媒体、智能交互等多种技术手段,将计算机生成的文字、图像、视频、三维模 型等虚拟信息模拟仿真后,应用到现实世界中,从而实现对现实世界的“增强”。例 如电影《失控玩家》中所展示的就是 AR 技术,通过佩戴 AR 眼镜,主角可以看到叠 加在现实世界的各类虚拟信息,例如任务、血量、弹药量、装备、医疗包等。

1.2、行业复盘:技术积累+内容丰富,XR行业进入复苏期

从 XR 产业发展进程来看,自 2020 年起,XR 产业已跨越低谷进入复苏期,未来有望实 现持续稳定发展。 热潮期(2012-2016 年):大厂纷纷入局,掀起投资热潮。2012 年 Oculus Rift 和 Google Glass 问世,两大产品作为 XR 正式走出实验室概念的标志,引领产业进入热潮期。 2014 年 Facebook 以 20 亿美元收购 Oculus,引发市场关注。2015 年起 Facebook、 Sony、HTC、微软等各大厂商纷纷加码 XR 赛道,陆续推出 XR 设备。

冷静期(2017-2019 年):市场热度消退,行业出清。受价格昂贵+技术有限+内容缺 乏多因素制约,用户使用门槛较高而综合体验较差,XR 出货回落,资本市场热度下 降投资收紧,产业进入冷静期。此后行业开始出清,缺乏竞争力的中小玩家退出市场, 头部厂商苦练内功,密集进行硬件设备迭代和内容生态积累。

复苏期(2019 年至今):VR/AR 先后实现复苏,实现稳定发展。伴随着 Facebook 发布 Oculus Quest 2 打造消费级硬件参数标准以及《Half-Life:Alyx》爆款游戏上线, VR 行业率先步入复苏期,产品出货量大幅增长,据 IDC 数据显示,2021 年 VR 出货 量首次突破 1000 万台,达到 1095 万台,同比增长 83.1%。而 AR 受制于光学方案 复杂,发展相对滞后。但在此期间,B 端重磅新品仍在持续推进,并于 2022 年将重 点转向消费级市场,Rokid Air、Oppo Air、雷鸟 Air 等多款消费级 AR 眼镜陆续上市。 伴随技术积累和内容丰富,XR 生态布局逐步完善,未来有望实现加速渗透,成为新 一代计算平台。

1.3、产业链:重点关注上游核心零部件

上游:主要包括核心硬件(芯片、显示、光学、声学、传感器)以及感知交互。其中近眼 显示技术(光学+显示)对产品性能和用户体验起决定性作用,价值量占比较高,是硬件 厂商重点布局环节。伴随近眼显示技术取得突破,VR/AR 有望实现进一步发展。 中游:主要包括终端硬件和配套外设。国内 VR 厂商主要包括 Pico、大朋、爱奇艺等,其 中 Pico 产品性能已可以对标甚至超越海外头部厂商,Pico 4 的推出更是引领新一轮硬件 创新。国内 AR 厂商主要包括 Nreal、Rokid、雷鸟、小米、华为等,其中 Nreal、Rokid 加速布局消费端市场,现已实现产业领跑。

下游:VR/AR 下游应用领域广泛,其中 VR 目前主要应用于 C 端市场,游戏为最大使用 场景,同时正在向直播、影视、社交、办公等场景积极拓展;AR 目前主要应用于 B 端市 场,包括工业、医疗、军事、安防等。

二、VR:终端产品百花齐放,内容生态日趋成熟

从近两年上市或发布的热门VR头显性能参数来看,产品的硬件形态和技术路径趋于统一。 除了部分厂商对原有分体式 VR 产品系列进行迭代以外,具备独立算力、显示、交互的一 体式 VR 头显成为 VR 主流形态,同时技术路径趋同有助于加速建立成熟产业链,降低零 部件及整机生产成本,从而实现价格的进一步下沉。 2022 年下半年新品频出,硬件创新持续。光学方面,Pancake 逐步替代菲涅尔透镜,成 为新一代 VR头显的主流方案;显示方面,Micro OLED/Mini LED实现加速渗透,Micro LED 发展趋势明确;交互方面,眼动追踪+瞳距调节提升用户佩戴舒适度,全彩透视开拓更多 应用场景。光学、显示、交互升级将优化用户体验,加快头显放量。

2.1、光学:Pancake逐步替代菲涅尔透镜,成为主流技术方案

以菲涅尔透镜为主的光学方案正全面被 Pancake 取代。此前,菲涅尔透镜以低成本和可 控的成像质量成为 VR 头显的首选方案。但菲涅尔透镜光学模组体积较大,不符合 VR 头 显的减法进化原则;另外单层镜片的物理性导致成像容易畸变,且无法调节屈光度,影响 用户使用体验,因而在消费市场的扩展有限。相比而言,Pancake 方案以轻薄、优秀的成 像质量以及逐步成熟的量产工艺,成为 VR 光学的发展方向。伴随 22 年下半年以 Meta、 Pico、HTC 为代表的头部企业密集发布搭载 Pancake 方案的 VR 头显,Pancake 正逐渐 替代菲涅尔透镜,成为新一代 VR 头显的主流方案。

Pancake 方案:其原理是图像源进入半透半反功能的镜片 BS(分束镜)之后,光线在镜 片、相位延迟片以及反射式偏振片之间多次折返,最终从反射式偏振片射出进入人眼。相 较于菲涅尔透镜,Pancake 方案优势明显: 设备轻薄化:Pancake 方案核心思路是通过折返的方式将光路折叠成为更紧凑的区域, 从而显著压缩屏幕和透镜之间的距离,有效实现 VR 头显的轻薄化。根据主流 VR 头 显方案参数对比可以看出,搭载 Pancake 的 VR 头显重量和厚度显著降低。 成像质量好:Pancake 方案通过透镜组合可以提高透镜边缘图像质量,降低图像畸变, 提高成像的对比度、清晰度、细腻度。 支持屈光调节:Pancake 方案通过移动透镜组中的其中一片透镜即可实现屈光度调节。 目前 Pancake 模组普遍的调节范围在 0-700°之间,对近视用户更加友好,使其可以 摘掉眼镜佩戴 VR 头显。

同时,Pancake 方案仍有部分问题亟待优化:光损高:在 Pancake 设计方案下,光每次经过半透半反镜会损失 50%,因此该方案 理论上最高光效仅为 25%。由于反射偏振膜也会损失约 10%,因此 Pancake 光学模 组实际光学利用率只有 10-20%,对显示屏幕亮度提出较高的要求。 视场角小:传统的 Fast LCD 屏幕尺寸一般为单眼 2.5 寸以下,而更适合 Pancake 方 案的、亮度更高的 Micro LED 屏幕尺寸在 1.3 寸以下,更小的屏幕需要更长的光路扩 大视场角。由于 Pancake 方案压缩了 TTL 总长,同时也压缩了透镜的直径,因而 Pancake 方案的 FOV 较小,当前量产方案中最高为 105°。而菲涅尔透镜的 FOV 大 都高于 100°,最高可达 200°。成本高:Pancake光学方案中最核心的是光学膜,而光学膜材料成本较高,据Wellsenn, 一组透镜(单目)的光学膜成本接近 100 元。同时 Pancake 方案需要搭配高亮屏幕, 也会增加成本。

未来趋势:伴随 VR 在消费级市场的逐步渗透和起量,消费者对 VR 的成像质量以及佩戴 体验提出更高的要求。基于此,Pancake 方案优势显著,更适合 VR 头显在消费级市场的 拓展。未来 3-5 年,伴随技术方案趋于成熟,缺陷逐步改善,规模生产降低成本,Pancake 将在未来几年占据市场主导地位,成为 VR 头显升级的首选。此外,Pancake 方案还会基 于当前的技术进一步进化,包括可变焦、单透镜等,以及通过与全息元件、光波导等结合 方式,逐步将折叠光路方案进化成类眼镜的液晶偏振全息方案和全息波导方案。

2.2、显示:Micro OLED/Mini LED加速渗透,Micro LED趋势确定

Fast LCD 是目前大多数 VR 头显的主流选择,中短期内 Micro OLED/Mini LED 将实现 加速渗透。Fast LCD 技术使用全新液晶材料(铁电液晶材料)与超速驱动技术,有效提 升刷新率至 75-90Hz,同时具备较高量产稳定性及良率,兼具效果与性价比。但 Fast LCD 存在响应时间限制,且功耗相对较高,中长期升级空间有限。相较而言,具备高分辨率、 高刷新率等优势的 Micro LED/Mini LED 优势显著。2022 年起,已有部分厂商推出采用搭 载 Micro LED/Mini LED 的 VR 头显,中短期内有望实现加速落地。

Micro OLED 显示器件:以单晶硅作为衬底,并采用 CMOS 工艺制作显示驱动电路。相 较于 Fast LCD,Micro OLED 具备显著优势: 高分辨率:Micro OLED 像素尺寸为传统显示器件的 1/10,且单眼像素密度可达到 2000+ PPI,远超过 Fast LCD(~1000PPI),有效削弱纱窗效应,提升设备显示效果。 高刷新率:Micro OLED 反应时间为微秒级,远超过 Fast LCD(毫秒级),有效改善 运动模糊现象,降低使用眩晕感。 轻量化:Micro OLED 采用单晶硅芯片作为衬底,减少器件的外部连线,重量相比传 统显示器件降低 50%以上。 低功耗:Micro OLED 为自发光技术,无需背光源,功耗约为 LCD 的 30-40%。

Mini LED 背光显示器件:将 LED 灯珠尺寸缩小至 50-200μm 之间,增大单位面积内灯 珠数量;同时将背光层分割成小块,通过 LED 芯片实现分区调光。相较于 LCD 背光显示, Mini LED 不仅可以有效提高屏幕亮度和对比度,同时通过增强对暗部区域显示的控制, 提高颜色饱和度。

未来趋势:中短期内 Micro OLED 和 Mini LED 作为过渡方案,在 Pancake 方案需要高亮 屏幕需求的带动下,有望实现加速渗透。其中,通过多维度对比,Micro OLED 在显示参 数上表现更优,伴随量产后规模效应下成本下降,Micro OLED 更有希望成为过渡期内的 主流显示方案。长期来看,Micro LED 各维度参数更胜一筹,没有短板,待巨量转移和全 彩化方案等技术突破瓶颈实现量产落地后,有望替代 Micro OLED,在 VR 头显实现全面 搭载,提升显示效果。

2.3、交互:眼动追踪+瞳距调节优化用户体验,全彩透视拓展应用生态

2.3.1、眼动追踪成为新一代头显标配,助推用户体验升级

VR 交互方式多样,眼动追踪备受关注。眼动追踪方案不仅可以通过注视点渲染技术优化 系统资源,降低系统渲染压力;同时可以通过屈光矫正、眼控交互、眼神交流等功能助推 用户体验升级,此外还可以与传感器结合进行用户行为分析,对产品和游戏制作进行优化 及定制。目前眼动追踪已从早期的外设配件逐渐成为 VR 的集成配置,并从企业级设备向 消费级设备延伸。近两年已有多款头部消费级 VR 头显例如 Sony PSVR2、Meta Quest Pro、 Pico 4 Pro 等搭载眼动追踪模块,致力于提升用户体验。

瞳孔角膜反射法为眼动追踪的主流技术方案。眼动追踪技术路线主要有五种,其中最常见 的是以 Tobii 为代表的技术提供商所采用的瞳孔角膜反射法。该方案下的眼动追踪主要由 眼动摄像机、光源和算法共同完成。其原理为:光源发射红外光在眼角膜反射形成闪烁点, 由眼动摄像机捕捉眼睛的高分辨率图像,再通过算法解析,实时定位闪烁点与瞳孔的位置, 最后借助模型估算出用户的视线方向和落点。 目前眼动追踪方案主要的技术难点在于:1)不同人眼部特征不同,导致识别的精度和准 确度较低;2)额外搭载眼动追踪技术模块,会提升设备成本。伴随各大厂商纷纷加码眼 部追踪,技术优化和成本改善将会助推眼动追踪在更多 VR 头显上实现搭载,为用户带来 创新应用和舒适体验。

2.3.2、自动瞳距调节首次进入消费级市场,减少用户眩晕感

瞳距调节必不可少,电驱自动成为趋势。与传统眼镜类似,VR 眼镜的间距要和用户瞳距 匹配,否则会导致模糊、视疲劳、眩晕等问题。然而个人的瞳距差异对模型的通用性提出 挑战,因此瞳距调节功能必不可少。此前 Oculus Quest 2 和 Pico Neo 3 主要采用的是手 动分段调节方案。伴随机械可变焦设备技术的逐渐成熟,瞳距调节方案正向电驱自动无极 调节演进。电驱自动瞳距调节:其原理是通过眼动追踪系统识别瞳孔位置,然后驱动电机自动将 Pancake 模组位移到合适的瞳距。2022 年,电驱自动调节首次进入消费级市场,在 Pico 4 Pro 上得以搭载。伴随底层 Pancake、眼动追踪、机械可变焦技术的成熟,“Pancake+ 眼球追踪+电驱自动无极调节”将成为新一代 VR 头显的主流技术方案,在消费级 VR 市 场实现加速拓展。

2.3.3、全彩透视技术开拓更多应用场景,助力MR发展

See-Through 功能最初目的是解决安全问题。See-Through 功能通过增加用户对周围环 境的感知,提高用户的安全系数;同时还可以让用户在不摘除头显的情况下,实现与外部 现实世界的行为交互,例如触摸和打开控制器,增强了 VR 头显体验的可持续性。基于 VR 设备上搭载的 RGB 摄像头以及产品设计等因素,此前 VR 设备上支持的多数为黑白透 视。目前 VR 设备上所搭载的黑白视频透视技术正在向全彩透视技术升级。2022 年下半 年起,多款主流 VR 头显选择搭载全彩透视技术方案,探索更多应用可能。

常见的 See-Through 实现方式主要有两种: 光学透视(Optical See-Through, OST):真实世界是通过放置在用户眼前的半透明 光学合成器看到的,计算机生成的图像也通过光学合成器被反射到用户的眼睛里,从 而将真实世界和虚拟世界结合起来。 视频透视(Video See-Through, VST):真实世界是通过相机捕捉到实时视图,然后 与计算机图像技术结合在一起,呈现在不透明的显示器上。 由于光学透视 OST:1)光路设计复杂,显示的画面视角有限;2)光线原因无法显示纯 黑的画面;3)光学零部件成本造价较高,因此 VR 设备厂商通常选择已经较为成熟的视 频透视 VST 方案。

黑彩透视向全彩透视进化,开拓更多应用场景。此前黑白透视不具有拓展应用生态的能力。 全彩透视技术的出现,解决 VR 视野遮挡的痛点,一方面加速了产品形态的融合,打破了 虚拟世界和现实世界之间的界限。另一方面,设备在玩法上加强了用户体验以及开拓了更 多的场景,释放出更多的生产力。尽管目前全彩透视仍有画面延迟、视觉差异以及配准问 题等需要解决,但是伴随技术方案逐步优化,全彩透视方案将成为 VR 产品的标配功能。

2.4、应用:内容逐渐丰富,场景逐步拓展

游戏与 VR 头显适配度更高,是 VR 在 C 端最主要的应用场景。从用户属性、技术准备等 角度来看,游戏与 VR 设备更加适配,因此游戏成为 VR 目前主要的应用场景,也是目前 VR 核心的内容变现方式。 优质游戏带动用户留存,应用开发者实现盈利。据 Steam 数据显示,爆款游戏《Half-Life: Alyx》上线当月,Steam VR 头显用户数占比大幅提升 0.75pct 至 1.91%。VR 用户留存提 升,增强了游戏变现能力,应用开发者收入实现高增长。据 Meta 数据显示,截至 2022 年 2 月,Quest 平台有 8 款应用流水超过 2000 万美元,124 个应用程序获得超过 100 万 美元的收入,同比增长 80%。

平台内容不断丰富,内容生态进入正循环。伴随游戏内容市场打破“爆款内容匮乏-平台 用户留存下降-内容厂商不愿制作”的恶性循环,众多内容工作室开始涌入 VR 赛道扩充游 戏内容,游戏与应用数量快速增长。截至 2023 年 1 月,最大的 VR 内容平台 SteamVR 内容数量已达到 7153 个。国内内容平台虽然起步稍晚,但也正在持续推进。2023 年,仍 有多款重磅 VR 游戏亟待上线,例如行尸走肉、捉鬼敢死队等,有望进一步带动用户增长。未来趋势:短期内,VR 应用将向社交、直播、影视等多场景逐步拓展,加速消费级内容 生态的繁荣。据 Omdia 数据显示,2026 年 VR 头显消费级应用市场规模将达到 75 亿美 元,2021-2026 年 CAGR 为 20.3%。长期来看,VR 头显有望进一步向 B 端市场渗透, 与医疗、教育、营销等应用场景结合,升级人机交互体验。

2.5、展望:奇点已至,软硬协同带动VR加速放量

短期 VR 出货承压,长期增长态势稳定。据 IDC,2021 年全球 VR 出货量为 1,095 万台, 突破年出货 1,000 万台的重要拐点,VR 时代已至。2022 年 VR 头显出货下滑,主要由于: 1)通货膨胀等多因素导致下游消费需求疲软;2)Meta 将 Quest 2 全系列产品价格上调 100 美元;3)部分新品上市时间推后。伴随软硬件新品密集发布,2023 年 VR 头显出货 有望恢复。长期来看,随着软硬件协同发展,内容生态日益完善,VR 头显将保持稳定增 长态势。据 IDC 预测,2027 年 VR 出货量有望达到 2465 万台,2022-27 年复合增长率超 过 20%。

三、AR:光学方案取得突破,C端产品蓄势待发

从近两年上市或发布的热门 AR 眼镜性能参数来看,产品的硬件形态和技术路径呈现多样 化。AR 眼镜产品设计尚未统一,目前仍为一体式和分体式整机共存。此外,AR 眼镜目前 的发展受制于近眼显示技术(光学+显示),由于所有近眼显示方案均有各自的优缺点,暂 未诞生明确的终极发展路径,因而导致搭载各类近眼显示技术方案的产品并存,针对不同 场景和市场呈现百花齐放的状态。 2022 年消费级 AR 眼镜市场全面起航。1)近眼显示方面,Birdbath+Micro OLED 方案获 得更多厂商的采用,光波导+Micro LED 方案初步量产落地,展现巨大的发展潜力。2)交 互方面,指环交互初步试水。解锁更多应用场景。

3.1、光学:光波导方案初步落地,有望成为未来趋势

多种光学方案并存,光波导成为重点发展方向。目前市场上较为成熟的是 BirdBath 方案, 该方案光效相对较高对适配显示方案要求低,且成本可控适合量产,成为大多数消费级 AR 厂商的首选。但同时 BB 方案存在光学模组体积大、透光率低等问题。相比而言,光 波导方案不受视场角和体积的平衡限制,且产品形态更接近传统眼镜,因而更适合用来打 造符合日常佩戴体验的轻量化 AR 眼镜,拓展消费级市场。2022 年,已有多款搭载光波 导的 AR 眼镜落地,伴随光波导量产工艺突破,将在消费级市场实现加速渗透。

光波导主要分为几何光波导和衍射光波导: 几何光波导:采用几何阵列反射原理实现光线传播。其优点在于:1)光效:基于几 何光学全反射,光效超过 15%;2)色散:全反射下色散控制效果较好,不存在杂色、 彩虹效应等问题;3)成像:借助高清微显示技术可实现高亮度、色彩丰富、景深融 合的全彩显示;4)漏光率:正面漏光率低于 1%,有效保护用户隐私。但同时其难点 在于二维扩瞳虽已实现技术突破,但制造工艺难度大,量产和良率方面存在挑战。

表面浮雕光波导:采用表面浮雕光栅替代传统的折反射光学元件。其优点在于表面浮 雕光波导可实现二维扩瞳,扩大眼动范围;且光学设计上简单灵活,生产制造难度相 对较低。但其缺陷在于:1)色散现象严重:不同波长光线在衍射光栅的衍射角度不 同,造成色彩分布不均匀,出现“彩虹效应”;同时衍射角度导致部分光向其他方向 传播,造成外侧漏光,导致用户隐私泄露;2)光效低:光效不足 1%。 体全息光波导:采用全息光学元件代替表面浮雕,可以实现单片彩色。理论上在满足 布拉格条件时,衍射效率可达到 100%,成像质量好。但是现阶段受于技术壁垒、工 艺难度和材料限制,全息光波导性能较差,暂未达到表面浮雕光波导同等水平,无法 满足 AR 眼镜商品化要求。

未来趋势:近年来,几何光波导显示技术在理论研究和制造工艺方面得到了飞速提升,已 成为 AR 领域最为成熟和最具发展潜力的光波导技术方案。如今,束缚几何光波导技术发 展的“难以量产、视场角小、光机体积大”等问题,已随着几何光波导“二维扩瞳”技术 的突破得到了彻底的解决。中短期来看,虽然几何光波导与表面浮雕光波导并存,但随着 二维几何光波导模组的量产,二维几何光波导凭借其性能优势和产业链优势将被 AR 眼镜 厂商广泛采纳。长期来看,伴随全息光波导技术和材料实现突破,全息光波导量产落地后, 制造成本最低且性能更优,有望成为更具潜力和优势的光学方案,全力推动轻量化 AR 眼 镜的发展。

3.2、显示:与光学方案深度绑定,静待全彩Micro LED量产

显示方案需与光学方案适配,Micro LED 成为光波导终极搭档。目前市场已推出的显示方 案有 LCOS、DLP、LBS、Micro OLED 和 Micro LED 方案,由于不同的光学方案对屏幕 亮度需求不同,适配的光学方案和微显示屏方案结合可以发挥 1+1>2 的效果。目前 Micro OLED+BirdBath 方案已成为一个可以均衡成本和显示效果的快速落地方案,加速消费级 AR 眼镜的铺开,2022 年发布的 AR 眼镜普遍采用此搭配方案。但是由于未来主流光学方 案光波导技术光效极低(<1%),Micro OLED亮度难以实现正常的入眼亮度,而Micro LED 在亮度、对比度、刷新率、功耗、体积等多方面具备优势,与光波导技术适配,被认为是 AR 近眼显示应用的终极方案。

Micro LED 显示技术:将背光源进行薄膜化、微小化、阵列化,使像素尺寸缩小至 50μ m 以下,同时实现每个像素单独定址,单独驱动发光。Micro LED 不仅具备 Micro OLED 高分辨率、高刷新率、低功耗的特点,同时继承了无机 LED 高亮度、反应速度快等特性, 在各维度表现优异,没有短板。此外,虽然现阶段 Micro LED 制造成本较高,但从理论角 度看,Micro LED 不需要大面积基板进行光刻或蒸发,也不需要复杂制程进行颜色转换和 防止亮度降低,所以理论上 Micro LED 系统成本更低。

但是目前 Micro LED 仍处于研发阶段,实现量产仍面临诸多技术瓶颈,包括前期的磊晶技 术瓶颈、巨量转移(Mass Transfer)良率、封装测试,以及后续的检测、维修等。虽然 目前巨量转移方案已经取得初步突破,但实现满足 AR 眼镜应用的全彩 Micro LED 仍是巨 大挑战。Micro LED 晶片红光发光效率差,采用全蓝光又会面临“如何高效色转换”的问 题,这使得“无法实现全彩高亮显示”成为 Micro LED 在近眼显示领域的主要缺陷。此前 市面上发布的搭载 Micro LED 的 AR 眼镜,主要以采用单绿色显示方案为主。

未来趋势:伴随各厂积极进行 Micro LED 研发布局,全彩化方案已现曙光。2022 年 6 月, JBD 宣布实现了 50 万尼特超高亮度的 0.13 英寸 Micro LED 微显示器的量产,该产品的 推出为 Micro LED 全彩化方案奠定基础。2023 年 1 月,在 CES 2023 消费电子展上,雷 鸟创新宣布了首款可量产的全彩 Micro LED+衍射光波导眼镜雷鸟 X2,该产品在光机上, 通过合色棱镜(X-cube)将附于三个不同面的红、绿、蓝单色 0.13 英寸微显示面板进行 光学合色,最终达成全彩显示效果。虽然相比传统单绿色的光引擎体积略大,但是在显示 上却带来了“分水岭”式的提升,标志着 AR 产业开始进入 Micro-LED 全彩时代。短期来 看,Micro OLED+BirdBath 凭借技术成熟度被 AR 眼镜厂商广泛采纳;长期来看,全新 Micro LED 有望在 2026 年实现规模化商用,搭配光波导成为 AR 眼镜的终极方案。

3.3、交互:指环交互初步试水,探索多元交互功能

企业级眼镜牺牲重量和成本实现多元交互,难以复制到消费级市场。高端 B 端眼镜通过搭 载大量传感器,实现空间定位、手势识别、眼动追踪等功能,但同时导致眼镜的重量和成 本的大幅提升,无法推广至消费级 AR 市场。例如 Magic Leap 2 搭载 18 枚传感器,但售 价高达 3,299 美元,重量为 260g。 消费级眼镜标配实体按键,指环交互初步试水。目前消费级 AR 眼镜为增加交互能力,实现更多功能,在避免通过搭载传感器额外增加重量和成本的同时,普遍选择标配实体按键。

例如雷鸟 1S,通过物理按键可以实现调节屏幕亮度、音量大小,切换 2D/3D 模式等功能。 此外,近两年,部分厂商还推出了更迷你型的戒指形态的交互配件,不仅具有更高的指令 下达效率和更多元的交互功能;同时不管在室内还是户外使用都不会“尴尬”。甚至部分 戒指配件还具备 3DOF 能力,可以带来在现实空间中的真实交互体验。目前已有光粒、 INMO、NOLO 等 AR 厂商推出了相应的智能戒指配件。 长期来看,AR 眼镜交互有望向手势交互、眼动追踪等交互方案进一步发展,逐步脱离智 能手机屏幕的控制,实现一体化、多模态、精细化的交互。

3.4、应用:B端应用较为确定,C端应用刚刚起步

企业级场景应用需求明确,消费级应用市场仍在起步阶段。目前AR眼镜主要应用于医疗、 军事、工业制造、安防等企业级场景中,以满足 B 端远程协作、模拟培训、信息辅助等需 求。而消费级应用市场还处于初期建设阶段,目前行业参与者多围绕场景在不同细分赛道 上进行各自发展,例如主打拍照的 AR 眼镜米家眼镜相机;主打听障人群视听需求的亮亮 视野听语者;主打户外赛道的李未可 Metalens S1;主打观影的华为 Huawei Vision Glass 等。未来消费级应用生态的搭建,还需硬件成本的进一步下沉和产品形态的进一步改善。

3.5、展望:大厂标杆性产品预计2025年落地,有望打开消费级市场

大厂标杆性产品预计 2025 年落地,加速 AR 眼镜在消费级市场的渗透。目前由于其硬件 方案有待优化,应用场景单一,价格门槛较高,消费级 AR 眼镜仍处于产业初期阶段,尚 未实现规模出货。因而短期内,AR 眼镜可作为效率工具使用,由容错高且价格敏感程度 较低的 B 端市场驱动,并逐步向 C 端发展。长期来看,Meta 和苹果均有望在 2025 年前 后发布 AR 眼镜,二者的技术积累和用户优势有利于其推出具备代表性的标杆性产品,正 式统一近眼显示方案和硬件形态,定义消费级 AR 眼镜的参数标准,激发产业活力,加速 推动AR眼镜在消费级市场的拓展。据IDC预测2027年出货量有望达到641万台,2022-27 年 CAGR 为 72.3%。

四、苹果MR:新品有望年中发布,颠覆性创新激活产业链

多维度功能创新,虚拟现实的“iPhone 时刻”。苹果宣布 6 月 6 日召开 2023 WWDC 开 发者大会,预计将会宣布首款 MR 头显。据 The Information 报道,首款 MR 头显预计将 搭载双芯片、3P Pancake 方案、单眼 4K Micro OLED、眼动+手部追踪交互等核心技术, 能够实现空中打字、VR/AR 模式平滑切换、虹膜扫描等创新功能,有望为用户带来全新 的虚拟现实体验。

4.1、硬件创新:全方位功能升级,打造标杆性MR产品

4.1.1、光学方案:采用3P式折叠光路方案,实现轻量化

3P 折叠光路方案实现轻量化,提升用户体验。据 The Information 报道,苹果 MR 一代预 计采用 3P Pancake 方案,重量约为 300-400g,远低于 PSVR2(560g)、Meta Quest Pro (722g),产品体积和重量的进一步优化将有效延长用户佩戴时间;同时视场角有望达到 120°,远超现有主流 VR 产品,基本可以覆盖人眼的可视范围,提高用户的沉浸感。除 此以外,相较于当前主流的两片式方案,苹果 MR 一代选择采用三片式方案,通过优化光 路设计可以进一步提高成像质量,提高产品竞争力。

4.1.2、显示方案:搭载4K Micro OLED屏幕,显著提高显示效果

Pancake 方案光效利用率较低,仅有 25%,因此需要搭配高亮度显示屏。据彭博社报道, 苹果 MR 预计搭载两块索尼 1.4 英寸 4K Micro OLED 屏幕,峰值亮度为 6000nits,是目 前为止最高出屏亮度的 VR 显示屏。 Micro OLED 可有效削弱纱窗效应,性能优势显著。据 CSDN 数据显示,VR 设备削弱纱 窗效应需要像素密度达到 2000-4000 PPI。而目前搭载 Fast LCD 的主流 VR 设备,单眼 像素密度约为 800-1600 PPI,均无法满足要求。而 Micro OLED 像素密度可以达到 3000 PPI 以上,例如目前已经上市的 Arpara AIO 5K、松下 Megane PPI 分别达 3514 和 2785。 而苹果 MR PPI 预计将会达到 3400,效果远超 Fast LCD 方案。

Micro OLED 成本较高,是主要限制因素。据 Yole 数据显示,单块 Fast LCD 屏幕价格约 为 20-40 美元,而 Micro OLED 屏幕价格在 300 美元以上。因而受制于整体成本较高,Micro OLED 搭载率较低。我们认为,随着苹果 MR 产品的上线放量,Micro OLED 量产 能力的提升将会带动屏幕成本下降,Micro OLED 有望在更多的 VR 设备上搭载。

4.1.3、交互方案:支持眼动+手势追踪、全身动捕、全彩透视、瞳距调节等功能

1)眼动+手势追踪:据彭博社报道,苹果 MR 头显预计能够实现眼动追踪和手势追踪,与 当前主流 VR 头显不同,苹果 MR 预计能够提供同时利用这两种技术的系统及交互机制, 即该产品将不带有任何手柄装置,主要通过眼动+手势追踪实现人机交互,未来还有望实 现“隔空打字”功能。 2)动作捕捉:据彭博社报道,苹果 MR 头显预计配备 10 多个摄像头和传感器,同时还分 配两个专门用于捕捉腿部运动的摄像头。苹果 MR 将采用外部摄像头及 AI 机器学习的方 案来实现包括面部、腿部等身体各部位的动作捕捉。

3)全彩透视:据 The Information 报道,苹果 MR 头显可以通过全彩摄像头实现 AR 和 VR 的无缝自由切换。苹果 MR 头显将会配备类似于 Apple Watch 的“数字表冠”,用户 可以通过物理转动实现 VR 和 AR 透视模式之间的平滑切换。 4)瞳距调节:据 AR 圈预测,苹果 MR 头显有望成为首个实现单目独立+电驱自动无极调 节的 VR 头显,有望推动瞳距调节实现加速渗透和进一步升级。

4.1.4、芯片方案:采用自研双芯片系统,提供强大算力支持

自研双芯片设计,提供强大算力。据 The Information 报道,苹果 MR 将采用双芯片设计, 包括主 SoC 芯片(代号 Staten)和专用的图形处理器(代号 Bora),预计 SoC 芯片将采 用苹果自研的 M2 系列芯片,图形处理器采用 M1 系列芯片。苹果 MR 产品通过采用双芯 片方案为 MR 设备提供更强大的算力,从而支撑强大的画面输出和数据计算。

4.2、内容生态:立足于硬件生态,提供多元交互体验

多设备互联:1)苹果 MR 设备可以与 AirPods 协同使用:据彭博社报道,苹果 MR 头显 取消耳机孔设计,预计将通过专用的 H2 芯片和 AirPods 进行协同使用,从而提供更优秀 的视听体验;2)苹果 MR 设备可以作为 Mac 外接显示器:据彭博社报道,苹果可以连 Mac 设备并作为外接显示器。用户将能够在 VR 中可视化 Mac 桌面,并通过物理键盘和 触控板/鼠标在 VR 里面操作 Mac;也能将苹果电脑上的部分应用程序拖入头显实现三维 查看等功能。

3)苹果 MR 设备可以适配 iPhone:据苹果已公布的专利《用于扩展现实 (XR) 系统的多设备 Continuity》中介绍,佩戴苹果 MR 的用户在 iPhone 屏幕上查看电子邮件 时,iPhone 显示屏上会出现邮件应用程序界面的虚拟界面。通过手势或视线切换,用户 可以将电子邮件传输到 MR 虚拟显示屏,并通过手势交互来继续起草电子邮件。伴随着苹 果 MR 设备顺利融入苹果硬件生态,多设备联动将有望为用户提供全方位的交互,提升用 户的使用体验。

xrOS 协同:1)界面:据彭博社报道,苹果 MR 头显将会提供类似于 iPhone 和 iPad 的 熟悉主界面,包括可以重新排列的应用程序图标,以及可自定义的小组件;2)应用程序: 据彭博社报道,苹果 MR 头显的新界面将会允许用户访问 App Store 中的“数以百万计” 应用程序,即用户将能够通过专门设计的 3D 界面访问现有的 App Store 内容。同时 Safari、 日历、联系人、文件、信息、笔记、照片、音乐和其他内置应用程序将针对这款 XR 头显 进行优化。除此之外苹果也会在 App Store 开辟专门的第三方应用区域;3)内容生态: 据彭博社报道,苹果 MR 头显将主打办公协作,健身冥想和游戏娱乐等用例。例如,Fitness+ 应用程序将允许用户在 VR 环境中查看 Fitness+教练的同时进行锻炼,Health 应用可以通 过图形、声音和画外音指导用户进行冥想;除此之外苹果 MR 还将推出 FaceTime 和 Apple TV 的头显版本。

(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

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