【史上最全】VR全產(chǎn)業(yè)鏈研究報告：VR/AR爆發(fā)前夜
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增強現(xiàn)實(AR)則是建立在現(xiàn)實世界基礎(chǔ)上的一個擴(kuò)展，把虛擬信息如物體、圖片、視頻、聲音等融合在現(xiàn)實環(huán)境中，真實虛幻融為一體。目前參與AR設(shè)備的廠商還不多，但從長期來看，VR和AR技術(shù)將高度融合。通過拆解我們發(fā)現(xiàn)，AR的核心是光學(xué)投影系統(tǒng)和運算中心。
圖32：AR利用投影原理實現(xiàn)三維構(gòu)圖圖33：AR增強現(xiàn)實技術(shù)原理圖
資料來源：互聯(lián)網(wǎng)，中國銀河證券研究部整理資料來源：互聯(lián)網(wǎng)，中國銀河證券研究部整理
2015年1月22日，微軟發(fā)布hololens全息眼鏡，全息眼鏡將會追蹤你的移動和視線，進(jìn)而生成適當(dāng)?shù)奶摂M對象，通過光線投射到你的眼中，因為設(shè)備知道你的方位，你可以通過手勢與虛擬3D對象進(jìn)行交互，進(jìn)而得到更多的交互體驗。預(yù)計2016年第一季度，微軟的 HoloLens 開發(fā)者版本將對外發(fā)售，售價約為3000美元。
三、元器件篇：從Oculus Rift、hololens看VR/AR需要的元器件配置?
VR領(lǐng)域旗艦型產(chǎn)品Oculus Rift的硬件配置如何?
在VR/AR領(lǐng)域，Oculus Rift被譽為VR產(chǎn)品的代表，此前風(fēng)行一時的Google Glass在AR領(lǐng)域被寄予厚望，但2015年年初Google取消了這一項目。由于VR和AR硬件系統(tǒng)有眾多相同之處，我們就從Oculus Rift的硬件配置來窺看VR/AR的端倪。
圖37：Oculus Rift的推薦硬件配置
資料來源：Oculus，中國銀河證券研究部
2015年6月，Oculus在舊金山正式發(fā)布了消費者版Oculus Rift虛擬現(xiàn)實眼鏡。
2015年1月22日，微軟發(fā)布hololens全息眼鏡，并將于2016年初對外發(fā)售開發(fā)者版本。
圖34：微軟hololens增強現(xiàn)實(AR)眼鏡圖35：hololens系統(tǒng)構(gòu)成
資料來源：互聯(lián)網(wǎng)，中國銀河證券研究部整理資料來源：互聯(lián)網(wǎng)，中國銀河證券研究部整理
圖36：微軟hololens增強現(xiàn)實(AR)眼鏡使用體驗
資料來源：互聯(lián)網(wǎng)，中國銀河證券研究部整理
VR和AR究竟需要什么硬件?
VR講究的是沉浸感、交互性和構(gòu)想性。構(gòu)想性的關(guān)鍵在內(nèi)容設(shè)計，而沉浸感和交互性的關(guān)鍵在硬件實現(xiàn)。要想實現(xiàn)完美的沉浸式體驗，就必須在虛擬世界里去感知真實世界的景象，而感知世界的最直接的就是視覺。雖然顯示技術(shù)前進(jìn)的步伐從未停止(從2D到3D，從1080P到4K)，但是目前無論是LTPS，還是OLED，任何一個顯示技術(shù)都不能原原本本地還原真實世界的色彩，視頻圖像的處理及顯示技術(shù)成為了VR硬件的重中之重。
以O(shè)culus Rift為例，Oculus Rift“GTX 970/R9 290顯卡+8GB內(nèi)存+OLED 1080P顯示屏”的高配置目的就是最大程度解決視頻圖像的處理及顯示技術(shù)，還原真實的世界。
AR講究的是現(xiàn)實世界的疊加虛擬世界，實現(xiàn)“虛實結(jié)合”，技術(shù)實現(xiàn)難度遠(yuǎn)大于VR。AR除了要求解決顯示技術(shù)(全息投影、透明顯示等)外，還要注重感知技術(shù)。因為，AR的感知不僅僅是對人輸入信息的感知，還包括對周圍環(huán)境的感知。AR只有感知周圍現(xiàn)實世界，才能將知道虛擬世界的圖像應(yīng)當(dāng)疊加到現(xiàn)實世界的哪個具體位置。
以微軟Hololens為例，Hololens通過激光雷達(dá)、光學(xué)攝像頭、深度攝像頭、慣性傳感器等各種傳感器獲取應(yīng)用場所的視覺信息、深度信息、自身的加速度和角速度等現(xiàn)實數(shù)據(jù)，然后通過算法確定用戶位置和路面位置，從而地圖的構(gòu)建，并將處理的虛擬數(shù)據(jù)與探測的現(xiàn)實數(shù)據(jù)實時結(jié)合，形成動態(tài)“虛實結(jié)合”的畫面。這里面的硬件的關(guān)鍵在于顯示和感知，軟件的關(guān)鍵在于算法。
圖38：VR和AR究竟需要什么硬件?
資料來源：中國銀河證券研究部
我們認(rèn)為，雖然中國大陸在電子產(chǎn)品硬件制造領(lǐng)域極具優(yōu)勢，但并不是VR/AR產(chǎn)品的所有硬件制造都有投資價值，只有上述論述的VR/AR關(guān)鍵硬件環(huán)節(jié)才值得投資。本章將重點分析VR/AR的關(guān)鍵元器件：視頻處理芯片、顯示屏、傳感器件、微投器件。
(一)VR/AR之芯片：出色的視頻處理才能帶來極致視覺體驗
1、視頻處理芯片在VR/AR扮演關(guān)鍵角色
大部分VR體驗者都會感覺到暈眩，它被認(rèn)為是VR走向主流的最大障礙。在VR/AR世界里，與傳統(tǒng)的視頻圖像處理技術(shù)不同，虛擬現(xiàn)實的視頻圖像處理是用于近似還原真實的世界，其對視頻圖像的渲染要求更為嚴(yán)格，因此對芯片運算能力和圖像處理能力的要求更高，當(dāng)所有的信息以視頻化的方式呈現(xiàn)并放大數(shù)倍呈現(xiàn)于用戶眼前時，數(shù)據(jù)運算能力與數(shù)據(jù)傳輸速度、屏幕刷新率便成為技術(shù)實現(xiàn)的重要瓶頸。
圖39：視頻處理芯片解決VR/AR海量數(shù)據(jù)的處理與傳輸
資料來源：中國銀河證券研究部
比如說，你將眼睛每秒鐘接收的信息數(shù)據(jù)化，可以想象這是多么大的數(shù)據(jù)量，這些海量數(shù)據(jù)又需要實時傳輸?shù)斤@示設(shè)備，讓用戶沉浸于VR世界，這需要多大的數(shù)據(jù)處理能力。而AR需要將虛擬世界的數(shù)據(jù)與現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)結(jié)合顯現(xiàn)，它所需的算法、數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用等等要求比VR要高出一個段位。VR設(shè)備工作時，需要將兩幅相同的高分辨率圖像(一幅圖片對應(yīng)一只眼睛)渲染成90FPS，同時保證電腦和虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)之間的延時不超過20毫秒。一般顯卡渲染兩個1080p場景會非常吃力，再加上FPS和延時要求，一般顯卡已經(jīng)完全不能工作，甚至可以說，目前任何一款顯卡都不能完完全全地勝任VR完美體驗。因此，視頻處理芯片是VR/AR流暢運行的核心保障。
2、芯片廠商爭鋒，搶占VR/AR先機(jī)
虛擬現(xiàn)實被認(rèn)為下一個計算平臺，從PC時代的英特爾，到智能手機(jī)時代的高通，VR/AR領(lǐng)域或許也將誕生一些重量級的芯片平臺。目前各家廠商已經(jīng)開始搶占VR/AR市場先機(jī)，其中以視頻處理芯片廠商占據(jù)了明顯優(yōu)勢。
NVIDIA&AMD：VR旗艦配置，GPU顯卡雙王推出VR解決方案
在VR旗艦產(chǎn)品Oculus Rift顯卡配置中，Oculus團(tuán)隊推薦配置Nvidia GTX 970/AMD 290級別或者更高的顯卡，該兩款顯卡都是NVIDIA和AMD各自廠商的高端產(chǎn)品。
2015年11月份，NVIDIA發(fā)布了Gameworks VR(面向游戲開發(fā)人員)及DesignWorks VR(面向設(shè)計人員)兩種VR開發(fā)工具。用以降低延時率，加快立體渲染性能，從而提升VR沉浸體驗。
2015年9月，AMD分拆的圖形芯片部門Radeon Technologies Group，重點瞄準(zhǔn)了游戲和虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域的機(jī)會。AMD推出了VR解決方案——LiquidVR，LiquidVR技術(shù)包含數(shù)據(jù)鎖定、異步著色引擎、多GPU異步渲染等全新功能，能夠以更低的延遲來實現(xiàn)更優(yōu)質(zhì)的畫面，提高VR的沉浸體驗。
圖40：NVIDIA Gameworks VR主要技術(shù)圖41：AMD LiquidVR技術(shù)包含四大全新功能
資料來源：NVIDIA，中國銀河證券研究部整理資料來源：AMD，中國銀河證券研究部整理
高通：CPU+新一代GPU，面向VR發(fā)力
2015年12月，高通發(fā)布了Snapdragon 820。該芯片是高通首款定制設(shè)計的64位四核CPU，內(nèi)部集成了新一代GPU(型號為Adreno 530)，能夠呈現(xiàn)從立體攝像機(jī)實時拍攝的高清晰視頻，能夠識別圖片和場景中超過1000種不同的類別，保證虛擬顯示頭盔內(nèi)身臨其境的體驗再一次進(jìn)化。
圖42：高通Snapdragon 820擁有出色的視頻處理能力圖43：820內(nèi)部集成的GPU圖像處理能力提升40%
資料來源：Qualcomm，中國銀河證券研究部整理資料來源：Qualcomm，中國銀河證券研究部整理
全志科技&瑞芯微：利用視頻處理優(yōu)勢圖謀VR市場
2015年，瑞芯微聯(lián)合ARM發(fā)布了旗下最新款芯片解決方案RK3288芯片，VR開發(fā)者可以基于RK3288，搭載ARM Mali T764 GPU，針對安卓系統(tǒng)中所有2D游戲，無需對游戲圖形渲染架構(gòu)進(jìn)行的修改，用戶在體驗時只要調(diào)用“3D游戲引擎”，RK3288就可以同時計算和渲染左右雙眼的圖像并顯示出來，達(dá)到極好的VR體驗。騰訊已經(jīng)與瑞芯微展開了合作，騰訊miniStation游戲機(jī)搭載了RK3288芯片方案，也基于瑞芯微RK3288方案開發(fā)騰訊VR一體機(jī)。
全志科技在VR領(lǐng)域儲備已久，偶米科技的首款Uranus one VR一體機(jī)全志科技的H8芯片方案。該芯片支持8核心并能夠2.0GHz同時高速運行，其4K的解碼能力支持高解析度的游戲與視頻。
圖44：瑞芯微全系列芯片，RK3288已用于VR解決方案圖45：全志科技主要系列芯片，H8/A80已用于VR解決方案
資料來源：瑞芯微電子，中國銀河證券研究部整理資料來源：全志科技，中國銀河證券研究部整理
視頻處理芯片在VR/AR中起到關(guān)鍵作用，關(guān)乎終端產(chǎn)品的運行流暢性、系統(tǒng)延時性。國內(nèi)全志科技、瑞芯微在視頻處理芯片技術(shù)領(lǐng)先，中穎電子正在布局AMOLED驅(qū)動芯片，華為正在研發(fā)虛擬現(xiàn)實芯片。
(二)VR之顯示：AMOLED破解VR暈眩難題
1、讓你暈眩的VR背后是什么?
VR導(dǎo)致眩暈的因素之一是延時
隨著VR漸漸興起，國內(nèi)外眾多廠商紛紛加入VR陣營。體驗過VR頭顯的朋友最深刻的感受就是暈眩甚至惡心、嘔吐，它被認(rèn)為是VR走向主流的最大障礙。
為什么我們會經(jīng)歷這種感覺呢?簡而言之，當(dāng)用戶使用VR頭顯的時候，全部視野都被VR頭顯所覆蓋，VR也極力欺騙你進(jìn)入虛擬世界，此時眼前一塊屏幕展示的畫面將給你強于普通畫面10倍的視覺感受。這種情況下，造成暈眩的因素主要有兩大點：一是身體的運動和視野中所觀測到的運動不匹配;二是頭部運動和視覺觀測到的頭部運動的不匹配。而延時恰恰是導(dǎo)致不匹配的主要成因。
圖46：VR設(shè)備延時主要取決于四大因素圖47：顯示屏是延時的最主要因素，延時占比達(dá)69%
資料來源：中國銀河證券研究部資料來源：東家智庫，中國銀河證券研究部整理
屏幕顯示延時是延時主因，而AMOLED顯示屏成最佳解決方案
延時包括屏幕顯示延時、計算延時、傳輸延時以及傳感器延時。其中屏幕顯示延時是VR設(shè)備延時的最主要因素，也即產(chǎn)生眩暈感的最重要因素之一，以O(shè)culus Rift為例，Oculus Rift總延時為19.3ms，其中屏幕顯示延時13.3ms，延時占比達(dá)到69%。
圖48：AMOLED顯示屏是解決顯示延時的重要途徑
資料來源：中國銀河證券研究部
降低屏幕顯示延時的最簡單方法就是提高刷新率，減少幀間延時，AMOLED的響應(yīng)時間是LCD的千分之一，顯示運動畫面絕對不會有拖影的現(xiàn)象，恰恰是解決屏幕顯示延時的最好解決方案之一。
此外，VR設(shè)備還可以通過降低余暉的方法來減少幀內(nèi)延時。LCD顯示屏的顯示原理是通過液晶翻轉(zhuǎn)來選擇性透過光線，而液晶翻轉(zhuǎn)的響應(yīng)時間最快也有2-4ms，而AMOLED每個像素都是主動發(fā)光的，可以做到低余暉，進(jìn)一步降低延時，減少眩暈。
目前，Oculus Rift CV1和HTC Vive采用了90hz刷新率，而Sony Project Morpheus采用的是120hz刷新率，都是采用AMOLED顯示屏。
2、AMOLED廠商已為VR做好了準(zhǔn)備
AMOLED是有源矩陣有機(jī)發(fā)光二極體面板，它是自發(fā)光，不像LCD顯示屏采用了背光源。AMOLED具有更薄更輕、主動發(fā)光、無視角問題、高清晰、高亮度、響應(yīng)快速、能耗低、使用溫度范圍廣、抗震能力強、成本低和可實現(xiàn)柔性顯示等優(yōu)勢。
AMOLED屏幕主要用于部分高端智能手機(jī)上。相比于智能手機(jī)、PC、可穿戴電子設(shè)備，VR硬件產(chǎn)品出貨量尚少，遠(yuǎn)未進(jìn)入大眾應(yīng)用市場。以O(shè)culus Rift消費者版、SONY PlayStationVR等為代表的旗艦型產(chǎn)品需要等到明年才推出，預(yù)計將帶動VR產(chǎn)業(yè)進(jìn)入新的發(fā)展階段。根據(jù)ABI Research預(yù)估，2015年VR產(chǎn)品出貨量預(yù)計在150萬臺左右，到2020年總配貨量達(dá)4300萬臺，5年復(fù)合增速將超過100%。從AMOLED顯示屏的角度來看，目前不僅VR產(chǎn)品出貨量少，而且只有高端旗艦型產(chǎn)品才采用AMOLED作為顯示屏，大多VR產(chǎn)品仍采用LCD顯示屏。但是，隨著Oculus、SONY等VR旗艦產(chǎn)品紛紛采用AMOLED，預(yù)計未來越來越多的VR產(chǎn)品也將采用AMOLED顯示屏。
資料來源：中國銀河證券研究部
此前，韓國擁有AMOLED生產(chǎn)的絕對壟斷權(quán)，2012年韓國廠商在AMOLED產(chǎn)能的全球占有率為97.7%。而今，京東方、和輝光電、天馬的AMOLED生產(chǎn)線成功量產(chǎn)，華星光電、國顯光電、信利國際、友達(dá)光電等廠商積極布局AMOLED生產(chǎn)線，全球壟斷格局才得以打破，但國內(nèi)的產(chǎn)能、技術(shù)仍落后于韓國。根據(jù)DIGITIMES預(yù)測，中國廠商AMOLED的全球產(chǎn)能占比從2013年的0增長至2015年的7.4%，國內(nèi)廠商AMOLED產(chǎn)能拓展迅猛。
VR硬件尚未爆發(fā)，中國AMOLED廠商已做好準(zhǔn)備
盡管當(dāng)前VR產(chǎn)品出貨規(guī)模較小，但是面對未來可觀的市場前景，中國AMOLED廠商最好了進(jìn)軍VR產(chǎn)品的準(zhǔn)備。三星和SONY就不用多說了，它們在VR顯示屏的已經(jīng)快人一步國內(nèi)一些AMOLED廠商也加緊推出VR顯示屏。2015年7月，和輝光電點亮了世界第一片6寸4K AMOLED顯示面板，像素密度達(dá)到了734PPI，瞄準(zhǔn)了VR應(yīng)用領(lǐng)域。深天馬AMOLED產(chǎn)線也已經(jīng)點亮，公司在拓展手機(jī)廠商客戶同時也積極接洽VR產(chǎn)品廠商。
圖49：全球AMOLED產(chǎn)能比重變化(含預(yù)測)
資料來源：DIGITIMES，中國銀河證券研究部
資料來源：中國銀河證券研究部
AMOLED是VR極佳的顯示屏，處于應(yīng)用爆發(fā)的前夜。但同時，AMOLED屬于重資產(chǎn)投資，順周期+產(chǎn)能領(lǐng)先非常重要，一旦格局形成后將不易被打破。目前，三星在中小尺寸AMOLED遙遙領(lǐng)先，LGD、SONY緊隨其后。
國內(nèi)的深天馬5.5代AMOLED生產(chǎn)線已經(jīng)點亮，即將批量供貨;和輝光電擁有1條4.5代和1條6代AMOLED產(chǎn)線，產(chǎn)能和技術(shù)在國內(nèi)領(lǐng)先。
(三)AR之顯示：微投影將虛擬融入現(xiàn)實
1、微投技術(shù)將為AR顯示扮演重要角色
光學(xué)式AR和視頻式AR是增強現(xiàn)實兩種顯示實現(xiàn)方式
AR顯示講究的是虛擬物體與真實世界的混合顯示，主要分為光學(xué)透視式顯示增強現(xiàn)實裝置(以下簡稱“光學(xué)式AR”)和視頻透視式顯示增強現(xiàn)實裝置(以下簡稱“視頻式AR”)。它們主要的區(qū)別在于真實環(huán)境的顯示方式，類似于單反相機(jī)的光學(xué)取景器與電子取景器的區(qū)別。
光學(xué)式AR是把光學(xué)融合器放置在用戶眼前，該融合器是部分透光的，用來直接獲取真實環(huán)境的信息，同時部分是反射的，用來由投影儀將虛擬物體投射到融合器上再反射到用戶眼里。光學(xué)式AR對真實環(huán)境幾乎是無損顯示，真實場景幾乎完整地呈現(xiàn)給用戶，所獲得的信息可靠全面，但是也使得真實環(huán)境與虛擬環(huán)境的融合變得困難，代表產(chǎn)品如google glass和微軟的hololens。
視頻式AR是用封閉的視頻頭盔與兩個視頻攝像機(jī)結(jié)合到一起，視頻攝像機(jī)為用戶獲取真實環(huán)境的信息，然后將真實環(huán)境信息與虛擬物體信息同時合并到顯示屏上。視頻式AR是通過對真實環(huán)境的復(fù)現(xiàn)，然后在與虛擬圖像進(jìn)行融合，實現(xiàn)會容易得多，但真實環(huán)境的顯示受多種因素干擾而存在一定的失真。
圖50：光學(xué)透視式顯示增強現(xiàn)實裝置的工作原理圖51：視頻透視式顯示增強現(xiàn)實裝置的工作原理
資料來源：中視典VR，中國銀河證券研究部整理資料來源：中視典VR，中國銀河證券研究部整理
由于視頻式AR的顯示器是由顯示屏近眼來實現(xiàn)的，屬于沉浸式體驗，這與VR的顯示屏沒有區(qū)別，以AMOLED顯示屏為優(yōu)選。再加上，無論此前的Google Glass還是現(xiàn)今的Microsoft HoloLens都是以光學(xué)式AR為主流，本節(jié)主要討論光學(xué)式AR的顯示器件。
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