眾廠商談VR/AR的技術(shù)市場(chǎng)動(dòng)向

　　作者/迎九 毛爍

　　摘要：本文邀請(qǐng)了部分VR/AR的芯片、IP和整機(jī)廠商介紹VR/AR的技術(shù)市場(chǎng)動(dòng)向，這些公司分別是：豪威科技、CEVA、Imagination和3Glasses公司。

　　關(guān)鍵詞：VR；AR；顯示；渲染；5G

　　1 從整機(jī)廠商角度看VR/AR的三個(gè)技術(shù)熱點(diǎn)主要從三個(gè)方面探討VR/AR的趨勢(shì)。

　　1.1 VR/AR的顯示

　　VR/AR 本質(zhì)是一個(gè)新型的顯示交互方式，那么基于顯示部分的技術(shù)就是一個(gè)關(guān)鍵性的指標(biāo)，包括硬件模塊光學(xué)的設(shè)計(jì)，屏幕的顯示能力，軟件或者平臺(tái)的渲染效果。可以看到現(xiàn)在光學(xué)的部分，VR是以滿足視角體驗(yàn)的FOV（視場(chǎng)角，大部分在85°~110°）的設(shè)計(jì)，基本不會(huì)有大的變化，主要是在如何保持其FOV的情況下把硬件做輕薄、做小，真正的ToC（面向消費(fèi)者）化，是現(xiàn)在的一大技術(shù)難點(diǎn)；

　　而AR則需要提升現(xiàn)在的FOV（注：現(xiàn)在AR光學(xué)的設(shè)計(jì)基本都不超過(guò)60°，包括自由曲面、棱鏡、光波導(dǎo)方案）。屏幕的部分VR主要采用Fast-LCD 以及 OLED屏幕，如何減少光柵、晶格感，是一大提升指標(biāo)（例如在同尺寸下提升屏幕的PPI、分辨率等），而AR多采用MicroOLED或者LCOS顯示屏幕，它的PPI基本都在1000以上，反而是結(jié)合光學(xué)做到更好的體驗(yàn)感為更為重要的指標(biāo)。軟件的渲染部分現(xiàn)在在顯示部分相對(duì)是夠用的，包括反畸變、反色散、滿足低余輝的刷新率[一般為70幀以上，現(xiàn)在也有成熟的ATW（異步時(shí)間扭曲）、ASW（異步空間扭曲）等相關(guān)技術(shù)]，以及內(nèi)容開(kāi)發(fā)引擎（Unity，Unreal）。也許未來(lái)不存在VR/AR 之分了，一旦顯示部分足夠清晰，攝像頭足夠高清，計(jì)算和渲染的能力足夠的話，一個(gè)“MR”設(shè)備也許就可以滿足現(xiàn)在所有的VR/AR需求，當(dāng)然也要是成本可以在消費(fèi)類市場(chǎng)接受的情況下。

　　1.2 新型的交互方式仍在探索

　　新型的顯示交互方式上有何種輔助性的交互設(shè)備或者交互技術(shù)也顯得尤為重要，例如現(xiàn)在比較成熟的陀螺儀傳感器，也就是3DOF（3自由度）的姿態(tài)定位交互數(shù)據(jù)，基于雙目或者多目攝像頭定位技術(shù)的交互數(shù)據(jù)，語(yǔ)音識(shí)別的語(yǔ)音交互，骨傳導(dǎo)的音頻技術(shù)，基于攝像頭的手勢(shì)識(shí)別交互，物體識(shí)別等。如何結(jié)合應(yīng)用軟件也是就內(nèi)容進(jìn)行滿足用戶體驗(yàn)的交互，會(huì)催生出一些現(xiàn)在也許無(wú)法想象的設(shè)備，滿足視覺(jué)交互之外的交互、觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)等，現(xiàn)在每家公司都在探索，相比于手機(jī)，還沒(méi)有相對(duì)完善或形成的標(biāo)準(zhǔn)。

　　1.3 互聯(lián)

　　互聯(lián)也是一個(gè)未來(lái)值得期待的方式，包括我們?cè)谟懻摰?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/5G">5G對(duì)ARVR的影響，資源和計(jì)算云端化，數(shù)據(jù)互聯(lián)化，會(huì)很大意義上決定VR/AR的應(yīng)用形態(tài)，從而影響VR/AR的產(chǎn)品形態(tài)?？梢詤⒖嫉氖鞘謾C(jī)受網(wǎng)絡(luò)的影響而進(jìn)行的產(chǎn)品和應(yīng)用的改變，因此每家VR/AR廠商都在其中探索，希望找到VR/AR中像大屏幕觸摸屏對(duì)手機(jī)的顛覆那樣的革命性的方式。

　　2 VR/AR的顯示技術(shù)進(jìn)展豪威科技公司著重介紹了顯示技術(shù)的動(dòng)向。

　　2.1 與顯示相關(guān)的技術(shù)趨勢(shì)

　　VR/AR是5G的重要應(yīng)用場(chǎng)景，也是消費(fèi)者最容易體驗(yàn)的應(yīng)用之一。VR/AR目前的應(yīng)用范圍主要在于游戲以及特殊工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用，例如安防、教育、電力、制造和巡檢等。目前豪威科技公司主要關(guān)注如下相關(guān)技術(shù)趨勢(shì)。

　　1)眼球追蹤技術(shù)。由于VR/AR設(shè)備需要超高分辨率屏幕，對(duì)硬件性能要求非常高，眼球追蹤可以大幅降低對(duì)性能的要求。

　　2)微顯示屏（芯片）技術(shù)。AR眼鏡需要實(shí)現(xiàn)大突破，就是既能讓用戶舒適佩戴、隨身攜帶，又能在眼前顯示60英寸（1英寸約為25.4mm）以上超大屏幕感，還能把逼真的3D內(nèi)容渲染到真實(shí)世界里，營(yíng)造沉浸式體驗(yàn)。與VR相比，AR的應(yīng)用場(chǎng)景也更廣闊，本質(zhì)上，AR是VR的延伸，把AR鏡片遮擋就成了VR。目前微顯示屏（芯片）技術(shù)主要有DLP、Si-OLED、LCOS等。

　　? DLP優(yōu)勢(shì)為高亮度，但是體積大、價(jià)格貴，目前主要使用于微投影機(jī)市場(chǎng)。

　　? Si-OLED體積小，但是亮度低、價(jià)格貴，使用于VR顯示以及低端AR顯示。

　　? LCOS微顯示屏（芯片）配合光波導(dǎo)鏡片的光場(chǎng)顯示方案是AR眼鏡的技術(shù)發(fā)展方向。LCOS顯示芯片尺寸小、高分辨率、亮度中等、價(jià)格較低。目前分辨率主流為720 p與1080 p, 未來(lái)將持續(xù)走向4K、2K; 單顆像素尺寸也會(huì)由目前的4~5 μm向3 μm，甚至更小發(fā)展。

　　3)光波導(dǎo)顯示技術(shù):國(guó)際一線AR服務(wù)提供商主要采用衍射式波導(dǎo)技術(shù)，如美國(guó)Magic leap one使用的是LCOS搭配衍射式波導(dǎo)顯示方式，微軟Holenlens 2是MEMS搭配衍射式波導(dǎo)方式。還有一些國(guó)際、國(guó)內(nèi)廠商采用陣列式光波導(dǎo)技術(shù)。綜合顯示效果（亮度、FOV、分辨率）、體積、重量等判斷，衍射式波導(dǎo)是AR顯示未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。一些入門級(jí)的AR眼鏡也會(huì)使用自由曲面(free form)顯示技術(shù)。未來(lái)3~5年內(nèi)，可以搭配衍射式波導(dǎo)使用并可以滿足綜合顯示效果的只有LCOS技術(shù)。

　　4)全息影像技術(shù):全息影像技術(shù)是一種在三維空間中投射三維立體影像（影像為物理上的“立體”而非單純視覺(jué)上的“立體”）的新世代顯示技術(shù)，LCOS 能利用反射光的相位調(diào)變來(lái)實(shí)現(xiàn)此技術(shù)微型化與量產(chǎn)化。若是全息微顯示技術(shù)發(fā)展起來(lái)，能夠進(jìn)行相位調(diào)制的LCOS技術(shù)很可能是唯一選擇。

　　2.2 豪威科技的解決方案

　　豪威科技的晶圓級(jí)光學(xué)技術(shù)(WLO)、Camera CubeChip (CCC)微型定焦攝像模組技術(shù)以及LCOS投影顯示芯片技術(shù)解決方案均位于世界領(lǐng)先地位。豪威科技應(yīng)用這些技術(shù)在AR/VR眼球追蹤、AR眼鏡投影顯示領(lǐng)域占據(jù)世界主要市場(chǎng)份額。

　　1)豪威科技采用晶圓級(jí)光學(xué)技術(shù)(WLO)制造鏡頭，采用Camera Cube Chip (CCC)技術(shù)能夠生產(chǎn)出微型定焦攝像模組OVM7251和OVM6211，實(shí)現(xiàn)AR/VR的眼球追蹤功能。圖像芯片采用3 μm OmniPixel?3-GS全局快門架構(gòu)，640x480 VGA或者400x400分辨率相機(jī)模組尺寸小、低功耗和高效率，其中OVM6211（3mm×3 mm）是業(yè)界最小的全局快門相機(jī)模組。

　　2)豪威科技堅(jiān)持開(kāi)發(fā)、量產(chǎn)LCOS技術(shù)十幾年。于2017年在上海松江建成了全球第一，也是唯一的一條12英寸LCOS晶圓級(jí)液晶盒自動(dòng)化封裝生產(chǎn)線，擁有業(yè)界領(lǐng)先的LCOS芯片生產(chǎn)效率與產(chǎn)品良率，徹底解決了對(duì)AR產(chǎn)品供貨的產(chǎn)能及量產(chǎn)穩(wěn)定性問(wèn)題；豪威科技于2018年設(shè)計(jì)、生產(chǎn)出世界上第一款將驅(qū)動(dòng)芯片與LCOS顯示芯片集成為單一芯片的1080P顯示芯片，實(shí)現(xiàn)高集成、低功耗；公司還自主研發(fā)出硅片加鍍工藝技術(shù)，可提升(LCOS)面板反射率最高至90%；豪威科技開(kāi)發(fā)出全球第一套主動(dòng)式影像對(duì)比補(bǔ)償片貼片設(shè)備，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)式影像對(duì)比補(bǔ)償工藝，大幅提升LCOS面板的影像對(duì)比；豪威科技不斷開(kāi)發(fā)LCOS 面板模組工藝技術(shù)，目前提供全球最小的720 p LCOS 面板模組，而且即將推出全球尺寸最小的下一代720 p、1080 p LCOS顯示面板。

　　3 從IP廠商角度看VR/AR的機(jī)會(huì)

　　3.1 VR/AR的市場(chǎng)概況

　　AR與VR產(chǎn)品已經(jīng)發(fā)展數(shù)年，并且逐年取得良好的進(jìn)展，但是對(duì)于大眾市場(chǎng)而言，大眾產(chǎn)品的成功和消費(fèi)者的接納仍然有限。2018年市場(chǎng)焦點(diǎn)似乎分散在各個(gè)領(lǐng)域——可穿戴AR設(shè)備已經(jīng)在企業(yè)市場(chǎng)找到用武之地，例如工廠使用AR設(shè)備進(jìn)行分揀、遠(yuǎn)程指令等操作。盡管這些設(shè)備仍然相當(dāng)昂貴，不過(guò)功能變得更加強(qiáng)大，具有更高的計(jì)算能力和更多的功能。在消費(fèi)者方面，我們也看到了更多的無(wú)線AR與VR設(shè)備發(fā)展的推動(dòng)力量，HTC、Oculus、nreal、聯(lián)想等最新設(shè)備也可以進(jìn)行本地計(jì)算。這些設(shè)備的售價(jià)僅有數(shù)百美元，還需要觀察消費(fèi)者的接受情況、內(nèi)容生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r，以及其功能和延遲是否符合消費(fèi)者期望。此外，某些最新的手機(jī)產(chǎn)品，例如蘋果和谷歌手機(jī)，加入了支持AR功能的SDK，例如ARKit，可以實(shí)現(xiàn)某些直接在手機(jī)上運(yùn)行的功能。

　　3.2 CEVA的解決方案

　　CEVA可為AR與VR市場(chǎng)提供多種芯片IP產(chǎn)品選項(xiàng)，可在低功耗、高計(jì)算能力設(shè)備上加速神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、深度感應(yīng)和SLAM算法的實(shí)時(shí)運(yùn)行，減低設(shè)備延遲并延長(zhǎng)電池使用壽命。CEVA為客戶提供處理器、基礎(chǔ)軟件架構(gòu)以及來(lái)自合作伙伴生態(tài)系統(tǒng)的軟件庫(kù)和算法。在處理器方面，CEVA提供一款A(yù)I處理器NeuPro，它也可以處理計(jì)算機(jī)視覺(jué)任務(wù)，CEVA還提供處理視覺(jué)任務(wù)和低端AI運(yùn)作的CEVA-XM視覺(jué)DSP。對(duì)于基礎(chǔ)軟件架構(gòu)，CEVA提供CEVA-CV、CEVA-SLAM SDK和CDNN，可以簡(jiǎn)便地實(shí)現(xiàn)從研發(fā)到設(shè)備部署的算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)移植。

　　4 提升視覺(jué)體驗(yàn)

　　4.1 AR/VR視覺(jué)體驗(yàn)的優(yōu)化

　　圖形處理器（GPU）是創(chuàng)建虛擬世界和場(chǎng)景、滿足AR和VR所需的高性能和高響應(yīng)時(shí)間的主要推動(dòng)者。然而，為了讓用戶擁有AR和VR所承諾的更豐富的視覺(jué)體驗(yàn)，需要有效地提高無(wú)線帶寬，才能使AR/VR體驗(yàn)更上一層樓。簡(jiǎn)單地說(shuō)，5G對(duì)于下一代AR/VR是必不可少的。

　　VR的一個(gè)趨勢(shì)是創(chuàng)建新的功能，以便在執(zhí)行渲染工作的較大GPU和執(zhí)行曲面造型的較小GPU之間分配工作負(fù)載。這比固定功能顯示單元更具優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樵摷夹g(shù)仍在不斷發(fā)展并且需要大量調(diào)整，因此基于可編程著色器的解決方案至今仍是首選。這要求GPU具有高填充率和低延遲，而這正是Imagination的PowerVRGPU的優(yōu)勢(shì)所在，其帶有的可微調(diào)IP意味著客戶可以根據(jù)市場(chǎng)規(guī)格來(lái)實(shí)現(xiàn)具有更多或更少填充率的解決方案。

　　AR有可能像VR一樣復(fù)雜——將高性能的游戲渲染與現(xiàn)實(shí)世界混合，同時(shí)匹配現(xiàn)實(shí)感和超快速更新，以便在現(xiàn)實(shí)和虛擬之間沒(méi)有延遲。同樣，這也是PowerVRGPU所擅長(zhǎng)的。

　　考慮到需要使用5G來(lái)訪問(wèn)真實(shí)世界/位置數(shù)據(jù)和連接到云應(yīng)用，以及因此能夠?qū)⒉糠只蛉縂PU處理放在云中，這種“移動(dòng)邊緣計(jì)算”模式將使“AR/VR眼鏡”便宜且降低復(fù)雜度，并且提供更具可擴(kuò)展性和更高性價(jià)比的處理需求。

　　現(xiàn)在很多人對(duì)將諸如光線追蹤等一些不太常用的渲染放到云中很感興趣。為什么不呢？如果只有20％的應(yīng)用程序需要這種高端功能，而且如果它們只能通過(guò)5G連接采用點(diǎn)播模式按需交付，那么將其集成到每副AR/VR眼鏡中是不高效的。

　　4.2 Imagination的解決方案

　　Imagination可以為AR/VR提供完整的技術(shù)解決方案：GPU技術(shù)可用于渲染，光線追蹤技術(shù)可用于渲染、光學(xué)和計(jì)算，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器（NNA）可用于傳感器和諸如人臉以及物體追蹤及識(shí)別等視覺(jué)處理、互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商（ISP）和連接（BLE和WiFi LP）。

　　此外，Imagination還提供了許多軟件產(chǎn)品，可以在VR/AR應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)更高效的渲染。

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本文來(lái)源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2019年第7期第14頁(yè)，歡迎您寫論文時(shí)引用，并注明出處