乘“元宇宙”东风,VR软硬件生态加速成熟

2023-05-19

梦想与实际交织的维度中,虚拟现实的热情始终如火如荼,不减褪色。“元宇宙”愿景的伟大之处,在于其致力于融合数码与物理世界,构建一个新颖的数字空间,实现人类在真实与虚幻之间共存的梦想。

"Metaverse", originating from the confluence of reality and mirroring its parallel dimensions with profound interconnections, represents a sustainable virtual realm where human activities encompass recreation, social interactions, commerce, and production, all carried out with unprecedented flexibility. The embodiment of this concept through advanced devices such as Virtual Reality or Mixed Reality terminals signifies an evolutionary leap in communication and interaction beyond the traditional realms of text, voice, imagery, and video, aiming for a shared experience of three-dimensional reality.

The quest to commercialize Mixed Reality equipment has been relentless, with VR being at the forefront due to its relatively advanced technological foundation, having already ventured into consumer markets ahead of Augmented Reality . The landscape is poised for a transformative acceleration as advancements in AI and blockchain technologies catalyze innovations, potentially ushering an era of rapid expansion within this futuristic domain.

VR装置的历史可追溯至二十世纪五十年代,当时一位美国摄影师创制了首台虚拟现实装备。其后,各类原始设计如头显装置相继问世。进入九十年代,商用级设备开始崭露头角,其中,任天堂的VortualBoy游戏机便是一个标志性产物。尤为引人注目的是,在1991年,一款专门用于街机的VR系统已初具规模。

军事领域对VR技术的应用是其发展进程中的关键推动力量。然而,当时的技术未能与市场期待相匹配;问题主要集中在较低的游戏画质、高昂的价格、画面延迟现象以及设备计算能力不足等问题,这些挑战使得VR装置的广泛应用受限。即使时至今日,这些问题依然被视为制约虚拟现实产品性能的核心障碍。

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对照智能手机的发展轨迹,虚拟现实设备当前正处于加速演进与迭代的阶段。自1994年第一款智能电话问世以来,至2017年季度智能手机出货量首次出现下滑,这一历程历时约二十三载。其间,众多企业不断尝试、接受市场的审视和筛选,最终逐步保留并优化那些符合市场需求的功能。起初,这些功能各自独立;随后,它们以线性关系相互连接;最后,经过全面整合,形成了一个强大而完整的系统,从而推动了行业的整体飞跃与繁荣。

萌芽期:触摸屏与网络连接技术的核心阶段诞生,然而因相配套的环境尚未成熟,故未能实现广泛的推广和应用。在这一时期内,1991年的全球通信技术步入了第二代,预示着智能设备孕育的可能性。IBM于同年开始销售SPC,被视为首部智能化装置,尽管其以触屏与电子邮件功能为特点,但因体积庞大且未充分展现智能性而显得较为笨重。

随后的1996年见证了诺基亚Communicator的问世,它首次集成了网络浏览器和GSM互联网接入功能,这一创举在历史中具有里程碑意义,后续几乎所有的智能手机均配备了类似的功能。然而,由于彼时移动数据服务成本高企,限制了其普及程度。

综合以上叙述,1991年至2000年间是智能设备发展的重要探索阶段,在触摸屏与网络连接技术上迈出了关键步伐。尽管初期产品并未完全成熟并广泛接受,但为后续的技术革新与市场爆发奠定了基础。

在加速迭代阶段,各知名制造商日益明确地认识到,智能手机将主导移动终端市场趋势。这一时期见证了手机功能的高度频率更迭与创新,虽涌现了多款颇受欢迎的设计款式,但并未引发全民性的换机热潮。经过市场的精心筛选与积累,关键特性得以集成至新一代智能手机之上,如彩屏、摄像头以及MP3播放器等功能成为标配。二千年间,首批具备摄像头的手机面世;翌年,西门子首推“SiemensSL45”,集可更换存储卡及内置MP3播放功能于一身;随后,在二零零二年,诺基亚推出了开创性的“诺基亚7650”,此款机型搭载了前瞻的前置摄像头技术。同时,索尼爱立信在同一年发布P800,这款设备是全球首台配备彩色触摸屏的智能手机,标志着移动通信领域的又一里程碑成就。

在2008年至2017年的全面扩张阶段中,移动科技行业见证了两颗璀璨的创新之星——苹果公司的IOS系统与谷歌的安卓系统的相继问世,为智能设备注入了前所未有的扩展能力。这一时期,随着第一代iPhone于2007年震撼发布,智能手机开始展现其成熟形态,彻底摒弃物理键盘,并实现了功能集成和应用程序生态的全面升级。

在这一历史性的时刻,苹果公司由CEO亲自展示了首款iPhone,它整合了移动电话、iPod播放器、电子邮件收发、互联网浏览器以及多种其他功能于一体,且完全取消了物理键盘,率先引入了手势控制技术。配备了3.5英寸高清显示屏和具备高度融合的硬件与软件系统,这款手机不仅在当时的技术领域树立了新的标杆,更为全球消费者提供了前所未有的使用体验。

尽管2007年苹果iPhone的销量仅为139万台,但这一产品在市场上的影响力却不可小觑。随着2008年iPhone 3G的面世和当年总销量突破至1200万台的大关,同比增幅高达737%,标志着该品牌开始彻底改变消费者对手机的传统认知。与此同时,Android操作系统与AppStore、Google Play Store相继推出,这两大生态系统加速了智能手机行业的爆发式增长,为市场带来了前所未有的活力。

这一时期的技术革新不仅极大地提升了用户对于便携移动设备的需求,也激发了强大的换机动力,进一步推动了全球智能科技的发展,并在消费者中引发了广泛的使用热潮。

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追溯至过去数十年间虚拟现实头显产业的发展脉络,我们发现其现今阶段与智能手机商用化进程存在着明显的相似性。在2012年前,这一领域正处于萌芽阶段,行业内的创新者开始探索将产品推向商业化的路径,诸如Oculus等先锋品牌研发出了原型设备,并逐步从科研实验室向市场扩散。

随后,在2013年以后,虚拟现实产业进入了高速迭代期,各大科技企业纷纷意识到混合现实技术为下一代终端设备的潜在价值,相继展开布局。其中包括Facebook对Oculus的并购、三星与Google及HTC等公司相继推出自家VR产品,这一时期标志着行业发展的显著加速。

接着,在2017年至2020年间,更多企业加入VR领域,硬件更新换代的速度明显加快,并涌现了一批高品质VR游戏作品,进一步推动了行业的普及与成熟。到了2021年,新冠疫情催生的电子产品需求激增成为关键推手,Oculus 2 VR设备在圣诞购物季中大放异彩,累计销量突破千万台,构建起相对完整的内容生态系统。尽管如此,大众市场对VR设备的广泛接受度尚未实现全面普及,非电子科技爱好者或游戏玩家群体的需求并未形成大规模消费趋势。

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VR领域虽需巨大的资本投资以推动技术迭代与硬件发展,即使如销量领先的Quest系列,在短期内亦难望实现盈利目标。在2022年第四季度的财报中,Meta录得46.52亿美元净利润,相较于前一年同期下滑了惊人的55%。

值得注意的是,其元宇宙部门RealityLab继续面临亏损挑战;在该季度内实现了7.27亿美元营收,相比前一时期下降17.1%,而自2019年至2022年间的累计亏损总额已接近300亿美元。其中,2021年的年度亏损额为102亿美元。

然而,Meta的业绩低迷导致了大规模的裁员行动与预算削减措施——从原本计划的500亿至890-950亿美元,降至一个较为谨慎的目标范围。尽管如此,公司已规划好未来四年的产品战略蓝图,展现出其对长期发展的坚定决心和策略调整能力。

根据TheVerge的最新报道,Meta公司的战略蓝图在增强现实领域展现出了其远见卓识。Meta不仅计划于2027年推出创新性的第二代及第三代智能眼镜Ray-BanStories,更进一步地规划了名为Orion的高端AR眼镜系列。在虚拟现实产品的布局上,Meta已决定于2023年引入升级版头显Quest3,并计划在未来数年内逐步推出更多亲民价格的新型号Ventura和代号为LaJolla的头显产品。这一系列规划旨在构建一个更加全面、多层次的沉浸式技术生态,涵盖从日常穿戴到高端应用的广泛需求。

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AI与VR融合的先进关键技术,引领着互动体验的革新和演变。

AI进阶势将引发人机交流领域的革新与突破。在虚拟现实领域内,促成智能人机交互的关键三驾马车包括:多元感官整合能力、深度理解水平及多层次表述技艺。通过精心构建的多模式模型和高智商引擎,我们得以于消费级预算范围内,实现以语音辅助为主导,肢体动作作为核心操作的新颖互动体验。

为了构建一个全方位且高度进化的智能识别体系,我们融合了多模态技术,此创新之举将语音识别与人脸辨识、嘴部唇形解读以及眼动追踪等元素集于一身,形成一个多维度的感知整合系统。通过这一综合性框架,我们在面对复杂场景时能够实现更为精准和有效的信息捕捉与理解,显著提升了整体的识别效能与准确性。

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人工智能在虚拟现实技术领域的进展,尤其是肢体定位与手势交互方面,展现出卓越的应用潜力与前景,为实现高精度的手势识别提供了可能。目前,大多数VR设备采用红外摄像头配合同步陀螺仪硬件系统,并辅以深度学习算法来完成身体动作追踪,然而这一方法通常需要额外的控制器作为辅助。这一配置面临着高昂的成本、繁复的配件组合、以及忽视了下半身运动数据捕捉等局限性,并且在精细度方面存在不足,难以满足对高精度手势识别的需求。

未来,我们预期肢体定位与手势交互技术的迭代升级将主要聚焦于算法模型的优化和创新。2019年时,Meta公司推出了基于机器学习的手势交互1.0版本,它实现了基本的无手柄操作模式,尽管能够处理一些简单的裸手互动场景,但在用户双手交叠或快速移动情况下,仍会出现跟踪失准的问题。随着技术的进步,2022年Meta发布的手势交互2.0版,成功解决了这些问题,并在官方公告中指出这一进步主要归功于优化后的计算机视觉与机器学习方法的引入和应用。

此阶段的技术演进突显了算法模型升级对于提升VR用户体验的关键作用,预示着未来VR技术将在精准度、便捷性和实用性方面实现显著突破。

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AI赋能于网站编辑的职责,显著提升了内容创作的效率与质量,其在元宇宙领域的扩展和优化,扮演着至关重要的角色。以虚拟人为例,AI不仅作为驱动虚拟人的智能中枢之一,在元宇宙中负责感知行为、产生响应,还承担起技能掌握与学习的关键任务。

亚马逊云科技提供了一系列先进的AI服务,旨在丰富这一领域。通过图像AI生成技术,实现视觉体验的创新和个性化;模型自动生成功能则为虚拟环境增添了更多生动与细节;游戏机器人功能,不仅提升了游戏互动性,还丰富了沉浸式体验;在偶像营销运营层面,AI助力于聊天分析、流行趋势预测、反作弊机制构建等方面,为用户提供更为贴心和安全的服务。

通过这些AI服务的综合运用,网站编辑不仅能显著缩短内容创作周期,还能确保所产出的内容更加贴合用户需求与市场潮流,在元宇宙这一虚拟空间中创造出更具吸引力和互动性的体验。

依据IDC的数据预测,至2026年,中国AI数字人市场总额预计将攀升至102.4亿元人民币,展现出了高速成长的趋势。创建三维模型这一领域被公认为是劳动密集型产业,且将显著从AIGC技术的升级中受益匪浅。构建专业的3D内容不仅需要深厚的美学修养和高超的艺术鉴赏力,还要求掌握大量的3D建模技能,这使得门槛相对较高,并且在制作过程中往往耗时长、投入大,某种程度上可视为劳动密集型产业。

2022年11月,英伟达发表了一篇论文,揭示了Magic3D这一创新工具的强大功能。通过输入诸如“一只坐在睡莲上的蓝色箭毒蛙”这类描述性文字,该工具便能生成一个既富有纹理细节又造型逼真的三维模型。更令人惊叹的是,Magic3D还能实现将二维图像的风格化效果应用于三维模型中。这一功能使得创作者在基础之上稍作调整后,就能将其用作游戏或CGI艺术场景中的创意素材。

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Meta已然构建了一套全面且自洽的内容生态体系,其内涵涵盖了内容创作、技术进步与终端普及之间的有机循环。Oculus VR软件内容生态系统主要由两大部分构成:Quest Store作为专为VR内容与应用提供的分发平台,面向独立工作室、游戏研发团队以及专业VR游戏生产商;而App Lab则侧重于基于玩家社群的前沿内容及测试性质的VR应用程序开发领域,它并不在Quest商店中展示,而是通过链接供开发者在其他现有的渠道上分享其成果,比如Side Quest等。后者扮演着一个桥梁角色,连接着创作者与用户间的互动,促进社交网络的形成,进而加速传播效应的生成。此外,Horizontal worlds以开放的姿态接纳创意人士构建虚拟世界,并且搭建起内容创造者与使用者之间的互动平台,以此增强信息与体验的双向流动,形成更广泛的影响力和共鸣。

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Pico凭借在国内市场的显著领先地位,充分利用了字节跳动的庞大流量资源。

从技术演进的角度审视,Pico在虚拟现实一体式设备的迭代过程中展现出了显著的领先优势。追溯至2016年,Pico率先推出了全球首款采用高通骁龙820处理器的VR一体机——PICONeoDK。该产品以其创新性为标志,将计算核心聚焦于手柄之中,通过巧妙地集成了SoC、内存及闪存等关键组件,并以Type-C线缆将其与VR眼镜相连,从而开创了移动式虚拟现实体验的新纪元。

于二零一五年,Pico公司荣幸地收到了歌尔股份所提供的数千万元投资。至二零一七年,PICO成功推出了面向消费市场的G系列一体机——PICO Gobin。同一年,Pico Tracking同步问世,它作为VR头显定位的追踪套件,采用Outside-in定位技术,这一举措宣告了PICO在交互领域的6DoF时代正式开启。

在二零一七年十二月,PICO公司引领行业先声,推出了全球首台实现Inside-Out6DoF功能的集成型一体机——PicoNeo,这一壮举标志着虚拟现实技术步入了量产化的崭新时代。随着二零二一年八月,字节跳动集团对PICO的收购,加速了技术创新的步伐与深度。

随后,在二零二二年九月举办的“不止想象”新品发布会上,PICO正式推出了新一代6DoF Pancake VR一体机PICO4及PICO4Pro,并同步启动了全新的内容生态战略。这款设备以独特的Pancake技术大幅减少了硬件的厚度和重量,同时搭载了先进的眼动追踪、面部识别以及裸手交互功能,为用户提供前所未有的沉浸体验。

此款新作主打“运动、视频、娱乐、创造”四大场景,旨在通过技术创新与丰富内容生态的构建,实现对用户需求的全方位满足。PICO4及PICO4Pro不仅展现了其在虚拟现实技术领域的深厚积淀和前瞻性视野,更预示了未来VR体验的可能性边界,引领行业步入崭新的发展阶段。

至二十二年三月,Pico软件库内总应用数量突破二百款大关,其中,娱乐占比高达七十五个百分点。PicoStore致力于精品战略,于上半年引入四十二款新作,虽有海外内容占据主导地位,国内原创作品仅占七席。在游戏类别分布上,Pico最为突出的领域为益智休闲类,所占比例达到惊人的百分之四十二点零,紧随其后的则是动作射击、冒险解密以及运动健身等多元化的娱乐项目。

就付费内容而言,PicoVR平台上的绝大多数应用均采取了有偿服务模式,价格区间覆盖九元至一百四十元不等。对比之下,Pico的内容定价明显低于QuestStore中的游戏产品,这无疑为用户提供了更具性价比的选择。

在游戏开发领域中,尽管Pico提供了开放的创作环境,其尚未明确公开内容审核的具体准则。相比之下,Oculus Quest采取了一套极为严格的审查体系以防止“劣币驱逐良币”的现象,这一机制对SideQuest平台至关重要。

基于Chris Pruett的讲解,一款应用要登陆Oculus平台,需遵循以下流程:

1. 应用开发者须提交不超过三页PPT,清晰阐述游戏的开发理念与规划。
2. Oculus的内容审核团队会对这些材料进行详尽评估,重点考量游戏对于玩家的价值以及经济价值。
3. 一旦通过了初步审查,该应用将被纳入Oculus开发者计划,并由专业的客户管理团队和工程部门提供支持,从性能优化、设计改进到内容制作等全方位协助。
4. 接下来是游戏的规划与推广阶段。经过这一系列审核流程后,Oculus和第三方开发商共同站在了更广阔的合作平台上,形成了平台、开发者及消费者三赢的局面。

与此相对照的是,Pico在鼓励开放创作的同时,在其内容开发和整合过程中的协同合作机制显得较为薄弱。

Pico的显著优势集中在视频创作领域,目前,字节跳动已成功整合PICO与抖音生态,实现了双平台直播功能的协同运行,用户得以便捷地通过手机或VR一体机,享受沉浸式观看VR直播的新体验。此举旨在通过内容层面的深度联动,促进用户在两个平台间的流动,从而实现资源的高效整合和客户群体的拓展。

Meta与Pico正积极地在地域壁垒上寻求突破,鉴于中国市场无法直接触及Facebook平台,Oculus产品因此受限难以深入中国市场,而Pico在海外市场的布局也未能充分扩展。这一状况导致了两家科技巨头的虚拟现实产品面临着近乎独立且地域化的市场开拓挑战。

不过自2022年开始,这种格局逐渐发生变化。年初,Meta采取战略举措,在大中华地区招募通讯经理,并于下半年在香港启动元宇宙试点项目,同时探讨与腾讯的合作可能性,旨在通过腾讯引入OculusQuest2,以期打破原有的地理限制。同月,Pico则在市场策略上进行创新,举办全球新品发布会,其动作领先国内,直接将PICO4推向欧美、日韩以及东南亚等地区市场,充分展现了对海外市场给予的高度重视。

截至第二季度末,Pico的产品销售数据显示出明显的增长趋势:总销量达到23万台,其中PicoNeo3贡献了19万台的销量,而新发布的Pico4则取得了2.4万台的成绩。这一系列动作不仅标志着Meta与Pico在国际战略上的积极调整和扩张,也预示着全球VR市场格局正在发生深刻变革。

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HTC专注于深耕高阶性能与专业细分市场,在虚拟现实技术领域中,特别擅长于提供卓越的PC VR解决方案。

HTC Vive VR终端被精心划分为五个精巧系列,每一款均以其卓越性能与独特特性脱颖而出:

1. ViveFlow:这款可折叠、轻便紧凑的VR设备,专为便捷携带而生,是理想的随行伴侣。

2. VivePro:面向狂热玩家和专业资深人士的高度集成功能性PCVR解决方案,提供极致游戏体验。

3. ViveFocus:为企业用户量身打造的一体化VR解决方案,特别推荐最新款Foucs3,售价为9888元。

4. ViveCosmos:采用创新翻盖设计的PCVR设备,配备Inside-out或Outside-in版本,分别售价5899元和7988元,提供更高精度的人机交互体验。

5. Vive:面向广大游戏玩家的主流消费级PCVR选择,采用Outside-in定位方案,市场参考价为4888元。这款产品在2023年于CES上首次亮相,标志着HTC进入MR领域的重要里程碑。

2023年2月,HTC在CES大会上推出了首款MR产品——采用高通骁龙XR2处理平台的创新设备。其配备LCD屏幕支持单眼2K显示,并集成眼动追踪和面部追踪技术。Pancake光学方案不仅实现了眼镜形态上的可折叠设计,还允许用户拆卸电池,灵活便捷。官方售价定为1099美元,这一产品在性能上与Oculus Pro相媲美,并直接与未发布的苹果MR产品形成竞争,是MR领域的重要参与者。

通过上述概述,HTC的VR终端系列不仅覆盖了从轻便携带到高端专业需求的广泛市场,更以创新技术引领了混合现实领域的前沿发展。

HTC,基于其在定位算法领域的显著优势,正积极地将业务触角延伸至虚拟现实内容生产领域及硬件技术。于2022年下半年,HTC隆重发布了“VIVEMarsCamTrack”虚拟制作解决方案,该创新方案通过融合专业级效果的实时渲染引擎与实体摄影机的位置追踪功能,彻底革新了整个虚拟制片流程,使之变得更为高效、便捷且经济实惠。

VIVEMarsCamTrack是一个集成了实时3D合成技术的虚拟制作系统,它不仅能够获取并整合摄像机位置信息,还能以逼真的方式即时合并真人演员与背景中的CG元素。通过集成HTC旗下诸如VIVETracker等现有产品,这一方案为各类制作工作室提供了实现复杂视觉效果的可能性,即便对于规模较小的工作室而言,也能轻松驾驭。

PSVR,作为索尼在虚拟现实领域的力作,在其问世之初便以其独特之处在竞争中脱颖而出,尽管在参数层面与Rift和Vive存在一定差距,包括单眼分辨率略低、定位系统相对不足以及重量略高。然而,其独到之处在于采用OLED屏幕、具备更高的刷新率,并凭借前瞻性的设计体系以及紧密集成的PS4游戏内容支持,在市场中赢得了广泛的赞誉。

令人印象深刻的是,仅在上市后的三个月内,PSVR便实现了销售74.5万台的佳绩,于2017年12月突破了200万台销量大关,并至2019年底累积销量达到了惊人的500万台。时间荏苒,时隔七年之后的2023年2月,PSVR2全球正式发布,基础套装定价为549.99美元。

首发内容方面,不仅包括了《地平线:山之呼唤》、《生化危机8》等重量级3A大作,还囊括了一系列精心挑选的游戏作品如《TheWalkingDead:Saints&Sinners–Chapter2:Retribution》、nDreams的《Fracked》、FastTravelGames的《ApexConstruct》、Coatsink的《Phogs》和《CakeBash》,共计37款游戏,充分展现了其在内容生态上的强大底蕴与对玩家体验的高度关注。

预期于二十三年度的全球开发者大会上,苹果公司计划揭晓其首批虚拟现实与混合现实眼镜设备。

于二零二三年三月三十日,苹果公司宣布其年度全球开发者大会将在六月的首个一周以线上形式举行,并定于六月六日至十日之间进行,面向所有开发人员免费开放。该会议旨在展示包括iOS、iPadOS、macOS、watchOS和tvOS在内的各项软件平台的前瞻创新,为与会者提供一个与苹果工程师交流的宝贵机会,深入了解最新技术与工具,助力实现其创意愿景。

在邀请函的设计中,采用了象征VR头显光学透镜的图案,这一设计引发了市场的广泛猜测,预示着本次WWDC可能将揭晓苹果首款混合现实眼镜的面纱。

在三月下旬,苹果内部于乔布斯剧院向100位高层管理人员展示了其划时代的首款混合现实设备,此款设备集四点创新亮点于一体:一键便捷转换VR与AR模式、内置精准的眼动追踪与手部追踪技术、高级视频会议功能,以及将其作为高效生产力辅助工具的潜力。业界普遍预期该产品的售价将远超3000美元大关,并且其市场增长曲线有望复制Apple Watch的成功轨迹,即初期价格较高后逐渐平价化,同时培育用户对其的日常消费习惯,最终占据该领域主导地位。

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在国际市场格局中,中国品牌的崛起尤为显著,占据着与同行品牌相匹敌的市场份额,甚至在全球顶级十强榜单上,七席之位被中国企业所独揽。这不仅彰显了中国制造的强大实力和市场竞争力,也预示着全球产业版图正在经历一场深刻的变革。

成立于二零一五年的北京凌宇智控科技有限公司,其管理团队由以中国科学院博士为核心的技术精英共同组建。该公司的研发团队汇集了来自全球顶级企业如华为、小米、索尼与爱立信等的顶尖人才。至今,NOLO已积累超过二百项引领行业的技术专利,并覆盖了十二个主要国家的知识产权领域。

NOLO的产品线丰富多样,涵盖了NOLOSonicVR一体机、NOLOX1一体机以及一系列手柄产品,如NOLOM1和NOLOCV1系列,并配以C1交互套件。此外,NOLO还提供了NOLON2及NOLORX1500交互组件等创新解决方案,旨在为用户提供全面且先进的虚拟现实体验。

DPVR,创立于2015年,由陈朝阳及其精英团队打造,已然升华为全球范围内首屈一指的专注于软硬件一体化全栈XR技术与产品的先锋企业。其矢志于构建元宇宙的基础架构,并在这一虚拟空间内创新开发出更具效能、更优化的人机交互方式和内容形式。DPVR的服务版图横跨40余个国家,惠及全球13,000多位开发者,致力于引领前沿科技的实践与普及。

成立于二零一六年十二月的爱奇艺梦想绽放科技有限公司,作为爱奇艺内部孵化并独立运营的专业技术企业,其核心业务聚焦于虚拟现实领域的技术创新、产品研发与内容创造。坐落于北京的心脏地带,公司自创立之初即确立了全方位布局VR技术、硬件及内容的战略目标,并在业界树立了领先地位。

至今,该企业已成功推出一系列深受市场欢迎的VR产品,如备受瞩目的奇遇系列,每一款产品都凝聚了其对用户体验和技术创新的不懈追求。

小派科技专注于提供顶尖级的虚拟现实硬件解决方案,其产品阵容包括了备受赞誉的小派5K及8K系列高端VR头戴设备,这些产品以卓越的性能和沉浸式体验著称于世。依托于其在全球范围内积累的技术专利库,小派科技致力于为用户呈现无与伦比的画面质量,确保每一次虚拟探索之旅都充满极致视觉享受。

创维集团旗下的专门子公司专注于布局虚拟现实及增强现实领域,其在该行业内独树一帜,作为国内唯一上市的虚拟现实终端制造商,展现了公司在市场中的独特地位和领导力。由一支拥有超过十年产品研发经验的专业团队支撑,公司已经积累起丰富的技术专利资源,共计逾百项与虚拟现实和增强现实相关的创新成果。

目前,创维VR在研发领域取得了显著成就,已成功推出多款高质量的VR头戴显示设备产品,为用户提供沉浸式体验。同时,该公司积极参与并推动了虚拟现实国标及行业标准的制定工作,这一举动不仅强化了其行业影响力,还进一步提升了公司对相关技术规范和指导原则的贡献度。

创维VR在科技创新领域的持续投入与努力,使其有幸承担起国家重点研发计划“科技冬奥”中的“VR交互式智能终端与系统”项目课题。这不仅是对其技术创新能力的认可,也是其在虚拟现实及增强现实在实际应用领域所作出的重要贡献。

当前的产品线包括S6、S802、V901等型号的VR一体机,这些设备不仅代表了创维VR对技术的探索和追求,也验证了公司在市场上的领先地位。

在弱交互领域内,竞争态势如火如荼,而长远视角下的边际收益对于提高生产效率至关重要。

聚焦于低交互需求场景,中国厂商在当前市场环境下展现出了强劲竞争力。根据WellsennXR发布的数据,在全球范围内,2021年VR设备的总出货数量达到了1,029万台,实现了72.4%的增长幅度。然而,由于2022年面临Quest2价格上调及全球经济增速放缓双重因素的影响,民众消费意愿受到了压制,预期VR出货量将出现约4%的下滑至986万台。

WellsennXR预测,在未来的市场发展中,全球VR设备的出货量有望于2025年达到3,500万台。值得注意的是,中国地区在VR销售领域的占比呈现出迅速上升的趋势;截至四季度,中国地区的出货量在全球范围内的占比已提升至11.29%,彰显了其市场潜力和影响力。

华为坚信,在虚拟现实众多关键技术及应用形态中,基于全景视频技术的VR 360度视频有望最先实现广泛的在线普及与繁荣。具体而言,VR 360视频主要分为两类:弱交互与强交互。在直播和短视频领域,用户体验为被动观看录制好的内容,难以进行环境互动。

根据高盛于2016年发布的VR/AR行业报告,基于360全景技术的VR事件直播及VR视频娱乐预计至2020年将汇聚5,200万用户群体,其中事件直播覆盖2,400万用户,视频娱乐涵盖2,800万用户。此二者合计占据VR应用领域整体预期用户量1.3亿的约四成份额;而展望至2025年,预测VR 360视频的用户规模将激增至近1.74亿人,具体分布为事件直播用户9,500万人,视频娱乐用户7,900万人。

长期而言,我们对电影制作、医疗保健与教育领域的大型企业级应用抱持着积极乐观的态度;当前趋势显示,这些领域正在从传统的娱乐游戏终端向高效能生产力工具转变。

截至2022年数据统计,消费市场的VR硬件设备出货量占据了绝大多数份额——约97%,而面向商业场景的头戴式显示器仅占3%。B端应用场景涵盖教育培训、线下娱乐体验、文化与党建等多个领域。令人注目的是,该年度全球VR产品的普及形态与其市场分布趋势相吻合:分体式设备占比3%,一体式设备则达到97%。

考虑到B端用户对产品性能的高要求,如强大的计算能力、更长的续航时间或在某一特定性能指标上的极致追求,而对便携性的需求相对较低。这解释了为何分体式VR能在市场中占据稳固的空间,满足这部分商业客户的需求。

在医疗行业领域中,虚拟现实技术已展现出其显著的生产力与必要性价值。具体应用涵盖了多层次的需求:首先,在教育层面,通过模拟手术、提供全景手术直播和实现同理心教学,VR为专业培训带来了沉浸式体验;其次,对于患者辅助治疗而言,VR能够有效减轻慢性病患者的不适感,部分替代传统药物如阿片类止痛药,并在自闭症治疗中发挥积极作用;此外,在临床研究方面,通过模拟实验环境与疫苗开发过程,VR构建了高度逼真的虚拟场景,加速科研进程。

根据ResearchAndMarkets的最新报告,医疗保健领域内的增强现实和虚拟现技术市场规模于2021年已接近27亿美元,并预计到2027年将实现惊人增长,达到约97.9亿美元,预估增长幅度超过三倍。

当前,中国的医疗领域正在积极探索VR技术的应用,特别是在远程咨询、访视及疼痛缓解等关键方面。去年八月,全球瞩目的VR医疗创业先锋FundamentalVR获得了2000万美元的B轮投资,使其总融资总额攀升至3000万元大关。该公司研发了一款可在虚拟现实头戴设备上运行的专业手术模拟软件。用户通过佩戴VR头显并结合手持触觉装置,得以身临其境地体验手术过程。借助此软件,外科医生能够开展逼真的模拟手术训练,并从虚拟骨骼或假体中获取触感反馈,从而提升技能和准备度。

在教育领域内,一系列政策正密集涌现,彰显出国家对于推动教育信息化进程的强大支持与决心。《中国教育现代化2035》这一纲领性文件,明确提出了全面提高各级教育的质量、确保基本公共教育服务的普惠均等化,并将线上教育资源的开发作为战略重点。

为了进一步实现上述目标,2022年9月,中央政府采取了“千亿政策贴息+专项再贷款”的创新组合策略。这一举措旨在为高校与职业院校提供强大的财政支持,以推动其教育设备的现代化升级和数字化转型进程。根据中国移动提出的观点——即4G引领生活变革、5G重塑社会结构——可以预见,在教育领域内,5G技术将引发一场深刻的革命。它不仅将带来“沉浸式”体验的学习方式全面革新,还将为远程虚拟现实教育的普及打下坚实的基础。

综上所述,通过政策的引导和资源的有效配置,以及新技术的应用与整合,中国正逐步构建一个更加现代化、数字化且公平可及的教育体系。

VR教育的投资布局涵盖了硬件、软件以及学习空间的构建费用,对大多数基础教育机构而言,这是一项显而易见的财务负担。

同时,内容生产端的挑战构成了VR技术在教育领域广泛应用的主要障碍,包括但不限于专业性不足、缺乏系统化结构、拓展性和维护难度高等问题。目前看来,VR教室更多地用于支持教学研究活动。

随着VR产业规模效应的逐渐显现,成本有望实现与普通PC教室相媲美的水平,而内容生产体系初步成型之际,VR教育的投资将迎来快速增长期。依据Researchandmarkets的数据预测,全球教育虚拟现实市场在2021年的基础上,将于2022年显著增长至86.6亿美元,较前一年涨幅达36%;预期到2026年市场规模将达到惊人的329.4亿美元,期间的复合年增长率预计为39.7%,这一趋势预示着VR教育领域有望迎来前所未有的发展机遇。

在VR生态链的构建之中,ODM/OEM企业纷纷采取战略布局,以芯片和屏幕为核心要素,在硬件成本构成中占据显著地位。这条产业链被划分为三层:上游由关键组件如芯片、光学模组、显示面板、PCB、结构件、电池、传感器及摄像头等组成;中游涉及OEM制造商的角色;下游则集中于知名终端品牌,例如Oculus和Pico。

以Pico4一体机为例,依据维深wellsennXR的专业分析,该款设备的物料清单成本大约为348.255美元,综合硬件成本总计约为368.25美元。按照美元汇率7计算,其税后综合成本估计在2913元左右。其中,芯片作为核心技术之一,在整体成本中占据最大份额,达到约116.45美元,屏幕次之,约占23%,光学模组则构成了关键的技术升级领域,成本为84美元,占总比例的12%。传感器部分的成本约为34美元,而ODM/OEM服务费大约为20美元。至于结构件,其成本占比略低,约为4%。

售价高达一千五百美元的Quest Pro VR头显,当前市场中其定价最为昂贵,这一显著价格主要归因于其增强的交互功能与摄像头技术革新,使得摄像设备在成本上超越了光学组件。据WellsennXR提供数据显示,该款设备的物料清单成本约为五百八十七点六美元,整体硬件成本估算则为六百一十七点六美元,相较于Quest 2系列,其价格几乎是两倍之多。

芯片组件在总成本中占据最大份额,大约二百二十八美元,占总体比例近三十七%,屏幕作为关键呈现设备,成本约为一百零六美元,占比约十七%;摄像头技术的优化投入显著,成本为八十美元,占总体比率为十四%,光学模组的成本约为五十美元,占比达八%,电池及电源系统成本约为三十一点美元,占比五%,ODM/OEM服务相关费用约为三十美元,占比亦是五%,而结构件成本则大约为二十五点五美元,占整体比例为五%。

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光学组件领域内,长久以来致力于追求轻巧便携、厚度缩减与高质影像表现的融合,Pancake型式的技术路径已然确立为发展方向的必然趋势。

VR光学技术的演进旅程,先后历经非球面透镜、菲涅尔透镜与Pancake折叠光路三个阶段。其中,以菲涅尔透镜著称的是以其成本效益和可调控的成像品质优势而闻名于世,其代表产品包括Oculus Quest 2、Pico Neo3、惠普Reverb G2和爱奇艺奇遇3等。这一光学方案的独特之处在于去除光线在透镜中沿直线传播的过程,仅保留用于折射光线的透镜曲面设计,在保证传统透镜的基本属性的同时,显著减薄了镜片厚度,从而实现轻量化效果。然而,菲涅尔透镜将屏幕置于近焦面处的配置要求,导致透镜与屏幕之间的距离较长,进而使得整体光学模组体积增大。加之单层镜片设计的物理局限性,引发了成像边缘模糊、畸变现象以及屈光度难以调节的问题。

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在这一技术演进的大背景下,Pancake光路方案应运而生,并迅速确立为消费市场中虚拟现实光学解决方案的先进趋势与发展方向。该方案依托于巧妙的折叠光路设计原理,既能在压缩镜片体积的同时保持超短的对焦成像距离,又能够有效削减头显的整体尺寸,同时显著减轻传统的菲涅尔透镜光学方案所引致的边缘模糊和畸变问题,进而实现全面覆盖、高清细腻的视觉呈现。现今,包括Meta、Apple、Pico、华为在内的行业领军企业已将Pancake光路技术融入其VR头戴设备之中,并计划在未来三至五年内进一步普及和完善这一解决方案。不难预见,Pancake方案将在消费级VR领域内占据主导地位,引领未来的技术潮流。

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Pancake光学技术的核心设计理念基于偏振光的反射与折射效应,巧妙地实现光线路径的紧凑折叠,进而优化空间利用效率。这一创新方法,通常被称作折叠光路解决方案,在短焦距VR设备中尤为显著。该方案的工作原理是:源自显示单元的图像信号在包含半透半反特性的镜片引导下,光线多次经过反射、折射与相位偏移层之间循环折返,最终从反射式的偏振滤波器发射并抵达用户视网膜。

Pancake光学方案通过利用折叠式光学组件,在相对狭小的空间内实现光束路径的大幅缩减,有效减小了显示屏与光学镜头之间的距离。这一设计策略实现了VR头戴设备体积上的显著压缩,理论上,其能够将传统的菲涅尔透镜方案下的体积最小化到约四分之一的程度,从而为用户带来更为轻巧便携、佩戴舒适的体验。

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中央组件包括半透半反光镜、四分之一波长延时板以及反射型偏振器,共同构成了精密光学系统的核心。

Pancake光学解决方案的中心组件由全光谱穿透与部分反射兼备的镜片、四分之一波长延时滤片以及反射型偏振滤片构成。

半透半反镜,一种轻盈而透明的光学器件,属于分束器家族中的特殊成员。通过在普通玻璃表面精确地涂覆多层介电质或金属薄膜而成,其设计旨在将入射光线精细分割,以等比例的形式生成两组独立光流。在Pancake光学系统中,半透半反镜扮演着关键角色,对初始光线执行二次反射操作,这一过程不仅保持了光束的偏振特性不变,而且理论上确保每次反射后的能量损失维持在一半水平。

在物理学的宏大图景中,1/4相位延迟片,即λ/4片扮演着至关重要的角色。这一设备通过巧妙地调整入射光线的偏振状态,能将线偏振光转化为圆偏振光,或反之亦然,实现了对光波态的精密控制。

波动现象——这一物质运动的基本表现形式——在自然界中广泛存在,其以横波和纵波两种主要形态呈现。横波的显著特征是振动方向与传播方向相互垂直,如光波、电磁波;而纵波则表现为质点振动平行于传播方向,如典型的声波。

偏振这一概念描述了波中质点运动方式的不对称性——在横波系统中尤为明显,其独特的物理特性定义了波的偏振状态。只有横波具备产生偏振现象的能力,并由此与纵波相区别开来。

作为电磁波的代表,光波的传播方向等同于其电磁场波动的方向。在此基础上,电矢量和磁矢量,二者均垂直于传播速度,确立了光波为横波的身份,同时也揭示了光波具备偏振性质的本质。

因而,具有偏振性的光线即被称作偏振光,这一特性在光学、光纤通信乃至现代科技的诸多领域中,扮演着不可或缺的角色。

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在设计光路系统时,首先需考量的便是光学元件的选择与布局。这些元素包括但不限于镜片、棱镜和透镜等,它们共同协作以实现特定的光线路径改变或聚焦功能。光路的工作原理主要基于光的物理特性及其行为规律。

光源发出的光线通过各种光学元件时会发生折射、反射及散射现象。其中,折射是指光线从一种介质进入另一种介质时速度发生变化,从而导致光线方向的改变;而反射则发生在光线遇到表面时被弹回的现象;至于散射,则是光线在传播过程中因与周围物质相互作用而导致的方向性偏离。

设计光路系统时,应精确计算这些光学现象的发生条件和影响程度。例如,通过调整镜片的曲率、位置或折射率等参数,可以有效控制光线的路径、强度及聚焦效果。同时,在考虑实际应用需求的基础上,还需要确保系统的稳定性和可调性,以适应不同场景下的光能分配与利用。

综上所述,光路系统的设计与工作原理融合了光学理论和工程实践,旨在通过优化光的传输、转换和操控过程,满足特定任务的需求,如图像形成、激光切割或信号传输等。

在构思并评估各类Pancake光学系统的架构时,需要综合考量一系列设计指标,并进行权衡取舍。这涵盖了成像效能、视野范围、眼球活动区域的界定、景深程度、瞳孔出口距离、佩戴体验、制造复杂度、成本预算、能否有效缓解融视现象,以及是否集成有眼球追踪功能等要素。Pancake光学系统大致可分为单片式、双片式与多片式结构,其中,双片式设计最为广泛运用。

通常,在双片式的架构中,光学膜会依附于不同的透镜表面或是形成相互叠合的配置。基于光路系统的配置原则,三类光学膜的贴附顺序至关重要且应保持恒定不变:从屏幕朝向用户眼睛的方向,依次为半反射半透射膜、四分之一波长延迟膜和反射式偏振膜,只有遵循这一顺序,该光学系统才能确保正常的运行功能。

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在 Pancake 光学系统的特定配置下,偏振光沿着一条迂回而优雅的路径行进,其轨迹展现出精密设计的和谐与效率。每一反射和折射事件都遵循严格的物理定律,确保光线以最优方式被引导,并在三维空间中形成一种直观且高效的传播模式。这一过程不仅体现了光学原理的严谨性,同时也展现了系统工程师在空间限制条件下实现高效光能传输的能力。通过巧妙地整合曲面镜片与透镜,Pancake 光学系统有效地压缩了光路长度,使其能够在紧凑的空间内实现光束汇聚或分散,从而在现代科技应用中展现出卓越的实用性与创新性。

为了确保Pancake光学模组能够有效地接收光线,显示屏所发射的光源需调整为右旋圆偏振光形态。若采用的是LCD屏幕技术,其自然发出的光线表现为线性偏振状态,为实现转换,须在显示面板上添加一个1/4波长延迟片,将线性偏振光转换为所需的圆形偏振光。而对于OLED显示屏,因其自发光原理使得发出的光线并非偏振性质,首先需要通过引入一线性偏光板将其转化为线性偏振光,随后再通过1/4波长延迟片进一步调整至圆偏振状态。

此过程确保了光源与Pancake光学模组之间兼容性的完美匹配,从而实现高效的光线传输和成像效果。

当光线旋转至形成圆偏振状态时,其通过半波片与反射镜的复合结构后,并未发生偏振性质的变化;然而,随之而来的光线能量效率下降了足足一半。

在经历初等变换后,具备顺时针旋转特性的圆偏振光线以45度角首次穿越1/4相位延迟片时,其分量转化为平行于平面上的直线偏振光线状态。此过程的解析基于将初始光线分解为两束振动方向正交、频率一致且初始相位差为-π/2的线偏振光。通过1/4相位延迟片期间,双折射效应引发了在快轴与慢轴方向上的相位差异增加至+π/2。至此,原先相位差-π/2的两束光线变为同相位,即相位差为0的状态。最终,经过叠加振幅等同的o光和e光,形成了一道振动轨迹平行于纸面的新形态直线偏振光。

当线偏振光触达反射式的偏振膜时,其偏振特性得以保全,无变化地被反射。

当线偏振光以四十五度的角度第二次穿越一片四分之一波片时,其转化轨迹导向复归为纯右旋圆偏振光的形态。

当光线作为右侧圆极化波穿越至半透半反镜时,它经历了二次反射作用,这一过程中,原本的偏振状态发生转变,导致其性质转变为左侧圆极化波。此过程伴随着50%的光能损耗,这是由于在反射过程中相位发生了π的突变,从而引发光线旋转方向的逆向变化。

当左旋圆偏振光依次经历三次45°的角度变换,经过最终一次通过1/4波长的相位延迟器之后,其振动的方向将优雅地转变为完全垂直于纸面的s线偏振状态。

在抵达反射式的偏振膜时,八分之八的线偏振光线经历穿透,进而浸入观者的眼中。

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技术门槛:光学薄膜材质

Pancake光学方案的技术核心在于其光路折叠机制,该机制通过反射和偏振技术实现光线路径的紧凑化,因此对偏振光的状态有极高的敏感性和依赖性。在这一过程中,1/4相位延迟片及反射式偏振膜扮演着至关重要的角色;其中,反射式偏振膜由于其高昂的成本与被海外光学薄膜巨头所垄断的市场状况,成为当前虚拟现实光学技术发展的主要制约因素。

针对Pancake折叠光路系统的需求而言,较低的双折射度以及稳定传输偏振态是确保成像质量的关键。1/4相位延时片和反射偏振膜的质量优劣直接影响图像效果。在全球范围内,能达此性能要求的企业寥寥无几,主要代表如3M、JX等公司,他们所掌握的薄膜材料性能赋予了对成本定价的巨大影响力。因此,在这一技术链条中,光学贴合工艺的成本可以达到每组透镜70至100元之高。

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在Pancake光学模组加工的诸环节中,贴膜工序构成了最高的技术壁垒。从光路系统的设计出发,这一流程分为两类:一类是面向平面的贴膜操作,另一类则是处理曲面的贴膜工艺。尽管相比于平面上的操作,曲率下的贴膜技术在实现上显得更为复杂,但这一步骤可能对整体光学性能及成像效果造成一定牺牲。

其中,曲面贴膜工艺通过预加工形成的是平面薄膜层,随后借助热弯成型工艺将其塑造为特定的二维曲线形状,并最终贴附于透镜表面。这一方法相较于传统的镀膜方式独树一帜,旨在提升视场角与优化成像质量。然而,这一工序的技术难度较高,对各个角度精度的要求严苛至极,极易引发边缘部分的皱褶或翘起现象,进而影响整体成品率。

鉴于此背景,行业内的知名供应商如3M等已开始推出定制化的贴膜交付方案。同时,专业制造商三利谱亦将曲面贴合工艺视为未来研发工作的核心方向之一,致力于通过技术创新,持续优化这一环节,以期实现更高的性能表现和产品质量。

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在设计与优化过程中,我们专注于实现视觉体验的极致轻盈感,同时确保图像捕捉能力达到前所未有的专业级别。通过引入可调节屈光度功能,我们不仅为用户提供了高度个性化的视效体验,还巧妙地平衡了功能性与审美性之间的微妙关系,从而实现了全方位的升级和优化。这一创新设计在保持高清晰度成像质量的同时,进一步增强了用户体验的舒适度与便捷性,为追求卓越视觉效果的专业人士及爱好者们带来了前所未有的选择与满足感。

Pancake光学解决方案在轻薄化的领域展现出卓越的优势,这使其成为拓展消费级市场的一股强劲动力。其核心优势在于通过多次光路折返的机制,成功地拉长了光流路径,同时大幅度缩减显示屏与透镜之间的物理距离。这一设计创新带来了VR显示设备重量和体积的显著降低,从而极大地提升了用户佩戴时的舒适度与持久使用体验。

对比市场上主流的虚拟现实头戴式设备,如Oculus Quest 2 和HTC Vive Pro 2等,均采用菲涅尔透镜方案,其中Oculus Quest 2 的重量达到503克,厚度为80.1毫米;而HTC Vive Pro 2 则重达785克,厚度为73.5毫米。与之相对的是,采用Pancake光学方案的ARpara VR和Huawei VR Glass,其设备重量分别下降至200克和166克,厚度则压缩到30.0毫米和26.6毫米。这表明产品形态在设计上更加接近日常使用中的眼镜。

搭载Pancake光学解决方案的VR头显,在减轻重量与减薄体积方面展现出明显优势,相较于采用菲涅尔透镜方案的产品而言更为轻巧、便携,为用户带来了更加贴合日常生活需求的虚拟现实体验。

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通过精心设计的透镜组合,在Pancake光学方案中,实现了边缘图像质量的显著提升,降低了视觉中的失真现象,并且增强了图像的对比度、清晰度和细节表现力。相较于传统的菲涅尔光学系统,其解析能力提升了50%,成功地解决了菲涅尔光学常遇到的视野边缘模糊及畸变问题,并有效减少了边缘处的眩光效应,从而确保了从视觉体验的任何角落都能享受到无与伦比的清晰度和流畅性。

值得注意的是,YVR2光学镜组不仅在透光率上达到了19%,更是在高透明度环境下实现了前所未有的画质水平。这一数据超越了业界目前大约13%至16%的平均水平,彰显了其卓越的技术实力和创新突破。

Pancake光学解决方案赋能屈光度调整,其普遍涵盖的屈光度调节区间为0至700度,此范围足以满足绝大多数近视用户的需求,无需额外配戴眼镜即可畅享清晰视界。相比之下,若采用单透镜的菲涅尔或非球面方案,则在不增加光学元件的情况下,无法实现屈光度的调整。当前市场上,屈光度调节的技术路径主要包括内调焦与外调焦两大类别:

2)聚焦机制设计采用了活动式镜组方案。在该设计中,选定一组镜片作为可移动组件,在其沿着特定方向的位移过程中实现光学折射度的变化。此方法的优点在于维持了镜头的整体长度不变;然而,其局限性则体现在镜片的动态调整会导致光路系统参数发生变动,例如焦距等随之变化。

对于双眼视力存在显著差异的情形下,采用此类内调焦机制时,左右眼的聚焦一致性可能无法完全同步。这将导致双目视像出现不一致的情况,从而影响视觉体验和精确性。

3)调焦机制采用显示屏沿特定方向滑动的方式进行。此方法的优势体现在不需调整系统配置的前提下,实现了光学度数的动态调节,确保了左右眼共享一致的焦距,从而提升图像的一致性与融合效果;然而,随之而来的问题在于模组的整体长度会因屏幕位置变化而产生相应变动。

尽管Pancake光学设计方案具备了屈光度调节的特性,为了达到更好的视觉体验,还需融合可变焦机制与液晶技术,以实现全局动态调控。通过识别显示屏上的内容以及观察者的位置,实时调整焦点平面,从而使得原本二维的画面呈现出三维的空间深度感,以此来有效缓解由辐辏调节冲突引发的不适和眩晕现象。

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Pancake技术面临多重挑战,包括显著的光学损耗、狭窄的视角范围、可能出现的光谱干扰现象以及高昂的成本结构。

在考量显示设备的光效与屏幕亮度时,高损耗成为影响效率的关键因素;理论上,达到巅峰光效的能力仅限于二成。由于光线多次穿越半透半反膜产生的反射和折返现象,导致了每经过一次,其理论最高光效跌至四分之一,而更进一步的损失源于反射偏振膜的损耗;因此,在实际应用中,总体光利用率被压缩在10%到20%之间。为了优化折叠光路方案的性能表现,选择高亮度屏幕至关重要,例如MicroOLED或MicroLED,这些技术通过提升显示单元的亮度与效率,有效弥补了光效损失。

相对而言,菲涅尔透镜展现出更高效的光学特性,其理论上的光学效率能够达到80%至90%,在提升视觉效果的同时,也体现了更高的能效比。然而,在追求大视场角与设备轻量化并举时,两者似乎难以达成统一;依照Oculus首席科学家的阐述,理论上,菲涅尔透镜所能达到的最大FOV约为140°,而Pancake光学方案则有望实现一个更广的角度——220°。这背后的原因在于Pancake方案采用的是较小的显示屏幕,为了扩展视场角,必须通过延长光路来实现这一目标,与设计初衷中的压缩光学模组总体长度相冲突。

在当前的量产过程中,Pancake光学方案实际可实现的FOV范围大致在60°至90°之间,这相对于理论最大值220°仍存在显著差距,并且其视场角通常小于采用菲涅尔透镜技术所能达到的效果。这样的现实情况表明,在追求大视场角与设备轻薄化的同时,需要对这两者进行权衡和取舍,以实现理想的综合性能。

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在光学系统中,非理想因素所导致的散射光线常常以所谓的"鬼影"形式出现于图像之中,这种现象是由透镜界面多次反射、缺陷性散射以及物理结构引发的光能扩散所造成。在具体的应用场景下,这些"鬼影"会在画面特定区域形成虚像,亦被称为幽灵影像。Pancake光学方案中所出现的"鬼影"表现形式多样,一些情况下能清晰地呈现在图像上,而在另一些情况则以光斑的形式显现于屏幕,这极大地影响了用户体验,尤其对于画面对比度的感受产生负面影响。

造成鬼影现象的原因繁多,但最为常见且易于诱发的因素是双折射效应。这一现象的发生与所用透镜材质紧密关联——塑料类材质因通常呈现较明显的双折射特性,故而成为引发此类现象的高发点。为了有效抑制鬼影效果,可采取一系列策略:如增加透镜数量、调整透镜形状或选用优质材料,通过优化光线路径设计来显著降低其生成可能性,从而提升视觉体验与成像质量。

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Pancake光学方案的成本结构颇为复杂且显著,其主要构成因素可归纳为四点:首当其冲的是对核心材料性能及质量的严苛要求,尤其是关键的1/4波长延迟膜与反射性偏振膜,全球范围内仅少数企业如3M与旭化成等能提供符合Pancake设计标准的产品;其次,鉴于该方案由多元光学薄膜层层叠加而成,对于各向精确度和平滑性的追求达到了极致高度,当前阶段尚依赖于人工贴合操作,由此导致生产效率偏低;再次,由于鬼影效应的存在,为达到视觉优化效果,往往需要通过增加透镜、调整其材质与形状等手段进行改进,此过程中产生的额外材料成本不容忽视;最后,Pancake光学方案的光损耗问题较为突出,为了确保良好的成像质量,通常需搭配更高亮度的显示屏幕,这在一定程度上也增加了总体的成本。

具体而言,单目场景中一组透镜的光学膜费用区间约为700至1000元不等,而一个完整的Pancake模组价格则大致落在150到200元之间。

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屏幕设计策略的多样性并存,其根本目标在于消除视觉不适与头晕感。在这一领域内寻求平衡点,不仅要求技术层面的精进,还需关注用户体验的优化。通过整合先进显示技术、定制化视觉调整功能以及适配不同环境光线条件的方案,我们可以有效减轻用户在使用过程中的眩晕问题。同时,持续探索和采纳人类工效学原理,确保产品设计符合人体工程学标准,进一步提升舒适度与可用性。综合上述举措,实现屏幕方案的全面优化,不仅为用户提供更加沉浸式的体验,同时也显著提升了整体的用户体验质量与满意度。

优化视野与减少运动失真的关键在于提升视场角,它标志着双眼所能捕捉到图像的最大范围。人类自然的双目视场角通常约为200度,其中约有120度区域重叠,这一区域对于构建立体感知和深度判断至关重要;垂直视场角则大致在100至130度之间。

为实现“无眩晕”体验并满足用户对长时间沉浸式VR应用的需求,屏幕制造商需从多个角度出发进行改进。首先,通过提升FOV,确保使用者能够获得更为广阔的视觉覆盖范围,降低边缘信息缺失导致的视觉混淆和不适感;其次,增加像素密度,以精细呈现画面细节,减少像素颗粒感,从而在一定程度上消除眩晕现象;同时,优化头动和视野延迟时间也是关键,缩短这些反应速度,使得用户在运动过程中能够迅速适应新环境的变化,避免因信息处理的滞后引发的不适或晕眩。综上所述,通过综合提升FOV、像素密度以及优化头动响应与视野延迟,VR显示技术能有效改善用户体验,并对芯片的算力和功耗提出了更高要求。

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考虑到每英寸的像素数量,PPD实际上是衡量显示器上单位视域角度内的像素数量的一种方式。尽管PPI能够提供一部分关于图像清晰程度的信息,但它并不足以作为评判屏幕质量的唯一标准,因为观察距离同样对感知效果至关重要。

令人感兴趣的之处在于,对于眼距较远的用户而言,高PPI设备在视觉体验上的额外复杂性可能显得多余且不必要;实际上,在足够远离屏幕时,提升的像素密度并不会带来显著的差异感受。因此,为了确保不同设备与用户之间获得一致的视觉清晰度感知体验,选择匹配恰当PPI级别的显示器变得至关重要。

简而言之,PPD不仅反映了技术上的参数,还涉及到个体使用场景和主观感知之间的微妙平衡,它强调了个性化调整以适应特定环境与用户需求的重要性。在设计或配置面向大众的产品时,考虑将PPI与用户的视距、习惯及预期融合在一起,能够创造出更加贴近人性化的视觉体验解决方案。

与传统的度像素数相比,每度像素数在评估显示清晰度方面更为精进,因为它不仅考量了屏幕的物理尺寸,还顾及了人眼与显示屏之间的实际距离,这使得它成为虚拟现实头显领域评价图像细腻程度的关键指标。具体而言,PPD的定义是以1°的视角范围为单位计算像素的数量。当其数值超过60时,通常情况下,个体已难以察觉到像素的存在,从而达到视觉上的自然流畅体验。

设想这样一个场景:屏幕被视作一个平面上的一系列方格阵列。每个方格的排列方式直观地展现了水平视角每1°和垂直视角每1°覆盖的像素区域,这样的可视化有助于我们更精确地评估VR头显的显示品质与清晰度,进而为用户提供沉浸式、无瑕疵的虚拟现实体验。

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由于近眼VR显示屏的特性使得人眼在近距离下能够直接察觉到像素点及点与点间的间距,这便等同于从一层细密的纱网后观看物体的视觉体验——即所谓的"纱窗效应"。当像素密度不足时,在VR中呈现出的图像边缘便会伴有强烈的锯齿现象,进而导致视觉上的粗糙感。

叠加实时渲染技术的因素,当用户头部转动时,本应保持静态的细微线条或某些物象的边沿线,会呈现出闪烁或是舞动般的动态变化——这通常被称作高对比度边缘分离式闪烁。为有效解决纱窗效应及改善整体视觉体验,提高分辨率是关键所在。

在当前语境中,“视网膜级体验”这一术语并未被严格界定,追溯至史蒂夫·乔布斯在发布iPhone4时的愿景,其关键特征在于设备的像素密度需达到300PPI,以确保在约10到12英寸外观感上展现出细腻而无畸变的画面。换言之,单位PPD概念在此处被引入,旨在描述在特定观看距离下,即12英寸时,300ppi像素密度所能实现的视觉效果。通过公式PPD=2dxtanxPPI,其中d代表眼睛与屏幕间的距离即12英寸,我们可计算得出要达到视网膜级体验,所需的PPD阈值应高于60单位以上。

由于虚拟现实头戴显示器具备远超传统显示终端的视野范围,为了达到与之相匹配的画面质量感受,实现同样层次的沉浸感体验,则需确保VR视频内容拥有更高单眼分辨率以及全视角范围内均一化的高分辨率呈现。在用户置身于虚拟环境时,其实际可视域可想象为一个三维球体空间,横跨左右360度,纵穿上下180度。当用户操作终端设备时,每只眼睛接收到的视觉数据仅是整个球面信息的一部分,这个视场范围决定了所捕获信息面积的比例。比如,若FOV设定为90度,则单眼所能感知的信息量仅为整个球面信息的八分之一。

真正决定VR360视频画质体验的核心因素在于单眼分辨率,它能够量化终端设备在特定视场角区域内的每单位面积像素密度。这一指标直接反映了用户通过VR头戴显示器所获得的视觉清晰度和细节呈现能力,进而显著影响着整体观感及沉浸体验的优劣。

乘“元宇宙”东风,VR软硬件生态加速成熟 (https://ic.work/) 虚拟现实 第34张

为了确保视频观赏体验臻于完美,提升分辨率至8K及以上级别已成为不可或缺的选择。以视角角度为90度为例,若全视角的分辨率达到8K标准,则单个视野中的解析度能够达到惊人的1920x1920像素,从而实现每点密度达22的高级效果。

进阶至12K分辨率时,单眼所能体验到的解析度跃升至2880x2880像素,尽管如此,此提升对PPD的影响仅限于微幅增加至32。唯有当屏幕分辨率达到惊人的16K时,才能真正体现出与4K平面对比下的显示效果,实现全面的视觉震撼。

根据当前的技术发展趋势,我们预期在未来的三到五年内,各主要厂商将逐步升级至8K分辨率的标准;而在更长远的时间线中,即十年之后,则有极大可能达到16K的超高清标准。

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除了屏幕物理分辨率的增长对科技界提出了严峻考验,像素密度的提升还引发了宽带、数据传输上的挑战。据华为的研究显示,在普通互联网环境下,约20兆到30兆的峰值带宽已足以提供出色的在线体验。然而,对于4K或8K超高清视频而言,为确保流畅而无卡顿的播放效果,至少需要维持在30兆至100兆以上的稳定带宽;而对于虚拟现实视频内容,则对入户网络带宽有更严苛的要求——为了追求极致沉浸体验,其所需的宽带速度甚至达到了G比特级或更高。

尤其当家庭内部同时开展多路VR服务时,其对于带宽的需求可能较单一的大屏4K或8K视频观看场景更为显著。尽管未来技术的不断进步和压缩算法的优化,有望逐步降低单一路由器需承担的传输带宽压力,但可以预见的是,入户网络速度超G比特乃至10G比特已是一种大势所趋。

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在当前业界的视角中,头动和视野延迟被广泛认为是一个关键指标,其上限通常被设定为不超过20毫秒。当此数值超出了这一阈值时,用户往往会感受到明显的眩晕感,进而影响沉浸式体验的质量。

领先于行业的虚拟现实终端制造商,诸如Oculus、HTC Vive等公司,已采取了一系列策略,通过优化端到端软硬件体系来显著缩短MTP本地化时间。这些举措包括但不限于提升传感追踪元件的精准度、采用先进的显示屏技术以及加强GPU性能等方面。经过不懈努力与技术创新,他们已经成功将这一延迟时间削减到了20毫秒以内,从而极大地提升了用户体验,确保了流畅且无感知的虚拟现实交互体验。

4)显示技术规格:对比度——这一参数衡量屏幕最高亮度与最低亮度的比例,直接影响着色彩的饱和度及丰富度;亮度——更高的亮度有助于增强对比度并强化图像细节,对于传统电视而言,理想的亮度区间在200-500尼特,而在日光环境下,则推荐达到700尼特的标准。然而,在虚拟现实领域中,视觉感受的亮度是显示屏亮度与光学效率共同作用的结果。若采用光学效果不佳的方案,则需选择具备高亮度特性的屏幕以确保良好的用户体验;能耗——低功耗显示技术能有效减少散热需求,并有助于延长设备续航时间,从而满足用户对舒适体验的更高追求。除此之外,色域广度、使用寿命、重量以及厚度等也是评价显示屏性能时的重要辅助指标。

Fast-LCD技术在虚拟现实的消费领域中依然占据主导地位,而面向专业市场的用户则对MicroOLED显示技术展现出乐观的期待与高度的关注。

LCD与MiniLED、MicroLED、OLED及MicroOLED等前沿显示技术各有其独特的特性和应用场景。LCD技术基于液晶分子对光线的折射和散射,提供清晰、色彩丰富的画面,但能效比相对较低。

MiniLED技术在原有LED基础上进步一毫米级微缩,显著提升了亮度与对比度,同时维持低能耗特性,为大尺寸屏幕及高分辨率显示提供了可能。

MicroLED技术将LED芯片微型化到纳米级别,不仅进一步提升能效、画面质量,还能实现更大的色彩饱和度和更快的响应速度。这种技术的集成方式更接近理想的自发光显示屏设计,并具备极佳的耐用性和亮度稳定性。

OLED技术通过有机材料在电流作用下自发光,带来更为深邃的黑色表现、更高的对比度和更加灵活的结构,特别适合于曲面及柔性屏的设计。然而,OLED显示设备可能会受到长期使用导致的亮度衰减与烧屏问题。

MicroOLED技术则是将OLED微型化,专为小型或可穿戴设备设计,提供极佳的能效、高对比度和轻薄特性。其在小尺寸设备上的应用显著提升了用户体验及便携性。

综上所述,这些显示技术各自凭借优势与局限,在不同的领域中扮演着至关重要的角色。从大屏电视到智能手机,乃至可穿戴设备,每种技术都在以独特的方式塑造未来屏幕的形态和功能。

TFT-LCD技术目前主导着显示市场的应用,其核心结构由两片玻璃基板夹持液晶层构成。上部玻璃基板搭载有色彩过滤膜,而下部则嵌入了电晶体阵列。当电流流经这些电晶体时,引发电场的动态变化,此现象促使液晶分子重新排列,进而影响光线传播路径和旋转角度,从而以精确的比例映射至彩色滤光片上,以此生成多样化的色彩表现。

OLED与LCD之间存在显著的技术差异:在LCD显示技术中,背光源通过一组LED及滤光片提供光线,而在OLED中,无需这样的外部光源支持,因其自体即能产生光亮效果。具体而言,OLED采用的是在ITO玻璃基板上构建一层有机发光材料的层,并在其表面覆以低功函数金属电极的设计方案。

一旦施加外电压,正离子与电子便会在发光层中相遇并聚合并释放能量,这一过程伴随着光的产生。通过调整所用材料的性质,可以激发红色、绿色和蓝色三种基色光子,并据此合成各种复杂的色彩,从而实现OLED显示技术的丰富色彩表现力。

MicroLED技术通过微型化和矩阵化的先进策略,实现了无机自发光源的单独驱动,显著延长了产品的使用寿命。这一创新性解决方案将R、G、B三种基础色的晶粒直接整合为像素点,彻底摒弃了传统滤光片与液晶层的使用。然而,目前MicroLED大规模生产面临着多重挑战,从前期磊晶技术的局限性、巨量转移过程中良率的不确定性、封装测试等环节的难题,直至后续的检测和维修问题,均对产品的商业化产生了显著影响。

与此相比,MicroOLED则采用了一种更为精巧的技术路径。通过在硅半导体基片上沉积红、绿、蓝有机发光二极管像素,该技术实现了与玻璃基板不同维度的轻薄化,从而容纳更多精细像素点。每个像素的尺寸仅几十微米,不仅显著减小了整体厚度,还极大地提高了单位面积内的信息承载能力。这种设计为显示领域带来了前所未有的突破和可能,标志着从理论创新到实际应用的一次重大飞跃。

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