■VR/AR 将开启第二次计算机科技文明，新一代技术将驱动生产力全方位提升。第一次计算机浪潮带来的颠覆性革命将在 VR/AR 时代重演，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。
■VR/AR 处于不同的发展阶段，VR 软硬件生态趋于成熟，AR 尚存技术难点。VR产业链核心环节趋于成熟，硬件产品体验大幅提升。光学显示器件 Fast-LCD+菲涅尔透镜成为行业主流方案，芯片/处理器由高通芯片占据统治地位，新一代 VR 一体机 Oculus Quest 2、VIVE Focus 3、Pico Neo 3 系列等均采用高通骁龙 XR2，追踪定位环节 Inside-Out+头手 6Dof 功能日趋完善，未来向手势、眼球识别方案发展。VR 内容及应用逐步发力，其中游戏内容生态已形成爆款游戏驱动用户增长—用户反哺游戏内容丰富的良性循环。AR 发展阶段晚于 VR2~3 年，光学与显示部分器件量产仍存难点，当前最佳技术路径已锁定 Micro LED+光波导，Micro LED 目前技术难点在于巨量转移技术，高性能光波导的量产尚未形成高性价比方案，未来海兹定律有望推动成本持续下探，苹果、谷歌等科技巨头新一代硬件面世后有望带动产业链快速成长。
■基础设施完善加速行业普及，下一代互联网 Metaverse 预示 VR/AR 必然崛起。5G、Wi-Fi6 的高带宽、低延迟特性适合承载 VR/AR 业务，5G 面向室外移动场景，Wi-Fi 面向室内固定场景共同为 VR/AR 提供最优网络传输管道，网络基础设施的完善有望加速 VR/AR 服务普及。Metaverse 指向下一代互联网形态，VR/AR 是 Metaverse 从概念走向现实的必经阶段。一方面，VR/AR 是 Metaverse 的技术基础，将塑造网络呈现的新形态，VR 将让用户在虚拟的网络世界中获得更加真实、具体化的体验，使虚拟世界与真实世界的运行模式更加相似；AR 则可以将虚拟世界与现实融合得更紧密。另一方面，Metaverse 的发展也必将预示着 VR/AR 的崛起。技术的成熟伴随价格的下调，产品体验从分级客户逐渐转向大众消费，最终实现与互联网的完美融合，真正走进全真互联网时代。
■新赛季排位战拉开帷幕，国内外科技巨头围绕硬件、软件、内容/平台展开竞争。 2020 年 VR/AR 竞争日益加剧，各科技巨头依据自身资源禀赋的不同选择不同的切入方向，Facebook、HTC 以消费级硬件强势切入用户市场，持续完善平台生态；微软、谷歌专注打磨 AR 眼镜，旨在复制操作系统优势至 VR/AR 时代；索尼、Valve 则分别借爆款设备、爆款内容撬动 VR 产业链价值；腾讯不直接开发硬件而是聚焦内容生态；华为、阿里巴巴布局底层技术。
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力发展将全方位提升。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。Facebook VR/AR 团队的首席科学家迈克尔〃亚伯拉什在 2017 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 To C 大众消费市场，也包括各行各业的 To B 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，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。
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（The Hype Cycle）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 Ivan Sutherlan 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 VR/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 Google Glass 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、HTC Vive、Oculus Rift）。谷歌以 5 亿美元投资 Magic Leap，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 Qculus Quest 发售，VR 游戏《Beat Saber》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 QculusQuest 2 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。
对照 VR/AR 产业的五大沉浸阶段，2016、2019、2021 是三大关键时间节点。中国信通院《虚拟（增强）现实白皮书（2017 年）》参考国际上自动驾驶汽车智能化程度分级将虚拟现实技术发展划分为五大发展阶段，不同发展阶段对应相应沉浸体验层次：0-无沉浸、1-初级沉浸（2015-2017）、2-部分沉浸（2018-2020）、3-深度沉浸（2021-2025）、4-完全沉浸（2026-2030）。目前，VR/AR 产业正处于部分沉浸期，此阶段的主要技术指标表现为 1.5K-2K单眼分辨率、100-120 度视场角、百兆码率、20 毫秒 MTP 时延、4K/90 帧率渲染处理能力、Inside-Out的追踪定位与沉浸声的声音交互等。对照 VR/AR产业的五大沉浸阶段，2016、 2019、2021 恰好落入初级沉浸期、部分沉浸期、深度沉浸期。2016 年，VR/AR 产业的火热昙花一现归于泡沫，主要系技术发展仍处于初级沉浸阶段，产品体验无法为大众所接受。2019 年，VR/AR 硬件体验持续进步，Oculus Quest、Valve Index 等提升消费级 VR 的市场热度。2021 年，系虚拟现实沉浸体验深度沉浸期的开局之年，各项技术指标均得到跨越式提升。2021 年将成为 VR/AR “产业规模化元年”：从产业发展进程来看，技术发展驱动市场渗透率加速提高，VR/AR 产业正跨越低谷迎来复苏，关键标志是硬件市场渗透率大幅增长；从国内外投融资环境来看，国内外 VR/AR 资本热度回归且流向更加理性，国内政策大力引导产业规模化发展，意味着行业玩家有动力且有资源扩充产能。
VR/AR 出货量增长显著，已进入产业化放量增长阶段。比之 2018-2020 年相对平缓的终端出货量，随着 Facebook Quest2、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 元进一步下降，2021-2022年 VR/AR 终端规模上量、显著增长。陀螺研究院报告显示，2020 年 VR 头显全球出货量达670 万台（yoy+72.0%），AR 眼镜全球出货量达 40 万台（yoy+33.3%）; VR/AR 全球出货量将持续高速增长，预计到 2022 年 VR/AR 全球出货量将分别达 1800/140 万台。
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。
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，在一个平台上需要有约 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。这一临界点，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 凭一己之力推动全球整体 VR市场的增长，2021 年第一季度其产品占据全球VR 出货量的近三分之二，Oculus Quest 2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、Pico 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 Oculus 的有力竞争者，市场份额排名有望上升。
现象级消费产品 Oculus Quest 2 累计销量超出此前各代之和，预计 2021 全年销量 500~900万台。Oculus Quest 2 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 Facebook Reality Labs副总裁 Andrew Bosworth，Oculus Quest 2 发售半年时间内累计销量就已经超过历代Oculus VR 头显总和。SuperData 统计 Oculus Quest 2 2020Q4 单季度销量达 109.8 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 21Q1-21Q3 单季度销量维持 100 万台，Q4 旺季销量 200 万台，得到 2021 年 Oculus Quest 2 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 Oculus Quest2 乐观预计销量 900 万台。综上，Oculus Quest 2 2021 全年销量有望达到 500~900 万台。
AR 静待培育：产品策略由 TO C 转向 TO B，核心技术尚在攻关阶段。由于技术问题，面向C 端市场的 Google Glass、Magic Leap One 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：高通芯片一家独大，国产芯片奋力追赶
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、AI 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 芯片较少且影响力较弱，主要包括瑞芯微 Rockchip、全志 VR9、INFOTM 等。2017 年全志科技发布首个专用 VR 芯片 VR9，内臵 VR 专用低延时加速模块 Portal 1.0 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；Rokid Glass 2 搭载晶晨 Amlogic 905D3 芯片，12 纳米制程；Dream Glass4K 则使用瑞芯微 Mali-T864 GPU。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 Rokid Vision。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 Oculus Go 采用高通骁龙 821 芯片，Vive Focus 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 PC VR、PS VR 以及华为 VR 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Windows NT 为基础的Windows 10 Holographic 系统，HoloLens2 则采用全新多平台操作系统 Windows Core OS；Magic Leap 自研专为空间计算设计的Lumin OS。国内企业虹宇科技 2020 年发布自研 VR/AR 3D 多任务系统 Iris OS，可以呈现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。公司致力于将 Iris OS 打造为开放的 VR/AR 操作平台，目前已与 OPPO、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 是一个由 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 HoloLens、WM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 OpenXR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 平台中影响力最大的为 Steam（内容驱动）与 Oculus Quest（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，Valve Index 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 Quest 2 销量暴涨，活跃用户数及平台收入一路暴涨，据 VRFocus 报道，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、壳料、辅料等构成。 其中，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%、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 Oculus Quest 2 为例，Quest 2 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 6DOF 头部交互，产品具备更轻的质量、更紧凑的结构、更准确的交互及更高的图像性能。
产品形态：VR 一体机成为主流方案，设备价格进一步下探。近一年 VR 新品频出，以 OculusQuest 2 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 VR Glass 定价 1999 元，2021 年 5 月 24 日发售的 NOLO Sonic定价 1999元，VR 终端实现价格下沉，有望进一步提升市场渗透率。
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：高算力为便携性松绑，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力支持，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 845 XR 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 OculusQuest 2、VIVE Focus 3、Pico Neo 3 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 1.5 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 3K×3K 单眼分辨率；在流传输与本地播放中支持 60fps 的 8K 360 度视频。2）在交互体验方面，XR 2 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。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 Hexagon DSP；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。
2）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 追踪定位技术需要在房间里布臵传感器的摆放或者悬挂位臵，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臵信息（包括三轴及旋转共六个自由度，6DOF）。随着算法及算力的成熟，VR 设备从初期的 3DOF 向 6DOF 演进，如 Vive Focus 升级为6DOF手柄的 Vive Focus Plus；Oculus 推出首款 6DOF 一体机 Oculus Quest；Pico 将其3DOF的 Pico 小怪兽一体机升级为 6DOF 的 Pico Neo。目前手柄控制依然是主流，融合Inside-out 6DOF 头动+ 6DOF 手柄交互的 “6+6”交互路线是主流方案，代表厂商包括Oculus Quest、Pico、Nolo、Ximmerse 等。各厂商的 VR 手柄设计有较大不同，通常都会配臵摇杆，小型触摸板，A、B 操作按钮，以及握柄部分的电容感测，可识别压力、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臵。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 Leap Motion 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 AR Engine 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。菲涅尔透镜的制造工艺已经较为成熟，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，有望进一步提升 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。
4）显示模块：屏幕决定核心参数，从 Fast-LCD
向硅基 OLED 升级 核心参数 PPD、Persistence 决定清晰度、眩晕程度，显示屏幕持续升级以提升用户体验。 PPD（Pixel Per Degree；PPD=PX/FOV）决定清晰度：与传统屏幕不同，VR 等近眼设备使用角分辨率 PPD 衡量屏幕清晰度，指视场角表示平均每 1°夹角内填充的像素点的数量。由于 VR 屏幕离眼睛近，引入了 PPI（Pixels Per Inch；PPI= √长度像素数 2+宽度像素数 2屏幕尺寸 ）像素密度指标。由于 VR 特殊的分屏播放形式，在显示的时候单个画面只会用到屏幕一半的像素点，再加上光学镜片、屏幕材质等因素的影响，复杂的光学系统位于用户眼睛与显示面板之间会严重降低图像质量，VR 感知分辨率远远低于面板分辨率。人单眼等效的 VR 屏幕分辨率是与 16K 分辨率（15360 x 8640，1.32 亿像素）最为接近，目前 Oculus Quest 2 显示器可提供单眼 1832 x 1920 像素的分辨率，爱奇艺奇遇 2pro 等能达到单眼 4K 的分辨率，距离人视网膜分辨率的差距仍较远。提升 PPD 可以通过 1）提升 PPI 与 2）降低 FOV，但提升 PPI进一步增加对屏幕的要求，降低 FOV 则会影响沉浸感。
Persistence（余晖效应）决定眩晕程度：余晖效应指人眼在观察景物时，光信号传导至人大脑神经，需经过一段短暂的时间，光的作用结束后视觉形象并不立即消失从而产生眩晕感。为了降低晕眩感，VR 设备需要高刷新率来降低屏幕余晖。为弱化余晖现象，VR 设备可以 1）提高刷新率或 2）减少像素响应时间，如果刷新率可以达到 200hz，眩晕感将大幅降低。其中提高刷新率会增加系统功耗，减少像素响应时间则对驱动技术及像素材料提出更大挑战。
屏幕是决定沉浸体验最重要的决定因素之一，对分辨率/PPI 及刷新率要求较高。高次像素排列密度 PPI 可以解决纱窗效应。纱窗效应是指在像素不足的情况下，实时渲染引发的细线条舞动、高对比度边缘出现分离式闪烁现象。造成纱窗效应主要与次像素排列密度不足有关，次像素之间的间距越大，不发光的部分越明显，透过 VR 看起来就像是在眼前蒙了纱窗一般有种模糊感，影响 VR 的沉浸感及视觉清晰度。高刷新率使画面更加平滑，减少画面延迟与重影，同时缓解眩晕感。一般而言 VR 设备不眩晕至少需要有 120Hz 及以上的刷新率以及4K 及以上的分辨率。时延为刷新率的倒数，120Hz 的刷新率对应的时延是 8.33ms，人眼可以明显察觉 90-120Hz 到 160-180Hz 的提升，超过 250Hz 后，人眼对刷新率提升的敏感程度将逐步递减。
目前主流屏幕以 Fast-LCD 为主，兼顾高刷新率与性价比。一般 OLED 屏幕的刷新率明显有优势，但纱窗效应较明显，且成本较高，LCD 屏幕的次像素间距比 OLED 要小，纱窗效应减轻很多，改良后的 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（overdrive）有效提升刷新率至 75-90Hz，同时也具有较高的量产稳定性及良率，兼具效果与性价比。2018 年，京东方 VR 专用显示模组出货量就达 100 万片，涉及 VR 整机产品已超20 款，包括 Oculus Quest 2、华为 VR。Oculus Quest 2 即采用一块改良后的 Fast-LCD 替换上代 Quest 产品中的两块 AMOLED。
未来主流屏幕硅基 OLED 将是最佳解决方案。AMOLED 器件背板普遍采用非晶硅、微晶硅或低温多晶硅薄膜晶体管，而硅基 OLED 创新性结合半导体与 OLED，显示器件采用单晶硅芯片基底。单晶硅芯片采用现有成熟的集成电路 CMOS 工艺，实现显示屏像素的有源寻址矩阵的同时可实现如 SRAM 存储器、T-CON 等多种功能的驱动控制电路，大大减少了器件的外部连线，增加了可靠性，实现了轻量化。此外，硅基 OLED 微显示器件像素尺寸为传统显示器件的 1/10，精细度远远高于传统器件。硅基 OLED 的优越性能包括：
1）超高分辨率： VR 设备分辨率 PPD 拉满至人眼角分辨率上限，提升沉浸感体验。人眼正常视力下极限角分辨能力约 50～60PPD，而现有单屏 4K（分辨率为 3840×2160）、视场角 120°的 VR 头显设备约为 18PPD；单屏 2K（分辨率为 1920×1080）、视场角 60°的 VR 头显设备约为 36.7 PPD。硅基 OLED 2000PPI 分辨率较传统低温多晶硅LTPS-OLED 显示器 800PPI 大幅提升，从而提升 VR 设备 PPD 至 60PPD。
2）超高刷新率：刷新率可达 2000Hz，有效减缓 VR 设备使用眩晕感。低刷新率导致更强的图像闪烁和抖动感，最终带来眼睛酸痛、头晕目眩等症状，是使用 VR 设备带来眩晕感的重要原因。刷新率达到 120Hz，即可改善运动镜头的画面跳停现象和模糊现象，完全消除高亮度、宽视角情况下的临界闪烁现象。硅基 OLED 刷新率可达 2000Hz，大幅超越现有 VR设备最高刷新率 90Hz。
3）体积小、重量轻，大幅改善使用体验：硅基 OLED 微型显示器件像素仅为传统显示器件的 1/10。此外，硅基 OLED 以单晶硅芯片为基底，减少了器件的外部连线，比采用其他显示方案减重 50%以上。
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，Android 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。传统移动 OS 是一个“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，20ms MTP 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，基于这一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、Epic Games 的 Unreal Engine，以及Frostbite Engine 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工具，3D 开发工具也逐步走向简单化、轻量化、可视化，如 Roblox 平台的开发工具 Roblox Studio，《我的世界》MC Studio 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 Oculus SDK、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。
Unity VR：Unity 是一款由 Unity Technologies 研发的 2D / 3D 游戏引擎，其最大的特点是跨平台高效便捷开发。Unity 可用于开发 Windows、MacOS 及 Linux 平台及各类游戏主机平台、移动端平台等近27种平台的单机游戏。自Unity 5.x版本后，Unity开启了对Oculus Rift、HTC Vive 和 Gear VR 等主流 VR 产品的支持。
Unreal VR：Unreal 是一款由 Epic Games 开发的游戏引擎，主要是为了开发第一人称射击游戏而设计，但现在已经被成功地应用于开发潜行类游戏、格斗游戏、角色扮演等各种不同类型的游戏。Unreal 自 1998 年推出后已完成了四代产品迭代，目前已被育碧、EA 等大厂的 3A 级游戏大作所采用的。自 Unreal 4 引擎开始，Unreal 提供了对 VR 技术的支持，Unreal优秀的大型 3D 建模能力与在游戏圈的口碑，将有助于 VR 高质量内容的落地与推广。
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、Oculus PC、Viveport、SideQuest、Pico、Oculus Quest 平台的 VR 应用总数分别达到 5554、1755、2513、931、578、235 款。截至 2020 年 9 月，Facebook Quest 平台内容收入已达到 1.5 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 产品将进一步向消费者渗透普及。
爆款游戏加速设备放量，用户增长反哺内容，VR 内容生态良性循环。2020 年初 VR 原生 3A大作《半条命：Alyx》上市好评如潮，点燃消费级 VR 应用市场。据 Steam 官方发布的《2020年度回顾》显示，在不计入《半条命：Alyx》的情况下，VR 游戏销量相比上一年同比增长32%；而计入后同比增速达到 71%。在 Quest 2 强劲销售驱动下，《Beat Saber》、《POPULATIO:One》、《Onward》等爆款游戏频现，截至 2021 年 2 月，Quest 平台上超过 60 款游戏收入超过百万美元，在付费内容中占比达 1/3，其中 6 个作品的收入规模达到千万级别。2021 年，还将有多款重磅 VR 游戏亟待上线，如《生化危机 4》、《细胞分裂》等，有望进一步构建用户与内容的良性循环。
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，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，但坐办公室的信息工人（IW）类企业市场也正开始受益于 AR/VR 带来的工作潜力，包括如协作场景、虚拟会议和设计评估等。
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 2018 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。
2.1.4. AR：部分环节尚存技术难点，但发展潜力巨大
硬件
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。
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臵，当前 HoloLens 2、Magic Leap one、Nreal light 等较为主流的 AR 眼镜均具备手势识别功能，而配臵深度摄像头模组是具备手势识别的刚性要求。
*免责声明：文章内容仅供参考，不构成投资建议
*风险提示：股市有风险，入市需谨慎
沪公网安备31011802004900号
