眾廠(chǎng)商談VR/AR的技術(shù)市場(chǎng)動(dòng)向

　　作者/迎九 毛爍

　　摘要：本文邀請了部分VR/AR的芯片、IP和整機廠(chǎng)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 從整機廠(chǎng)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。

　　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，包括硬件模塊光學(xué)的設計，屏幕的顯示能力，軟件或者平臺的渲染效果?？梢钥吹浆F在光學(xué)的部分，VR是以滿(mǎn)足視角體驗的FOV（視場(chǎng)角，大部分在85°~110°）的設計，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（面向消費者）化，是現在的一大技術(shù)難點(diǎn)；

　　而AR則需要提升現在的FOV（注：現在A(yíng)R光學(xué)的設計基本都不超過(guò)60°，包括自由曲面、棱鏡、光波導方案）。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（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，反而是結合光學(xué)做到更好的體驗感為更為重要的指標。軟件的渲染部分現在在顯示部分相對是夠用的，包括反畸變、反色散、滿(mǎn)足低余輝的刷新率[一般為70幀以上，現在也有成熟的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，計算和渲染的能力足夠的話(huà)，一個(gè)“MR”設備也許就可以滿(mǎn)足現在所有的VR/AR需求，當然也要是成本可以在消費類(lèi)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備或者交互技術(shù)也顯得尤為重要，例如現在比較成熟的陀螺儀傳感器，也就是3DOF（3自由度）的姿態(tài)定位交互數據，基于雙目或者多目攝像頭定位技術(shù)的交互數據，語(yǔ)音識別的語(yǔ)音交互，骨傳導的音頻技術(shù)，基于攝像頭的手勢識別交互，物體識別等。如何結合應用軟件也是就內容進(jìn)行滿(mǎn)足用戶(hù)體驗的交互，會(huì )催生出一些現在也許無(wú)法想象的設備，滿(mǎn)足視覺(jué)交互之外的交互、觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)等，現在每家公司都在探索，相比于手機，還沒(méi)有相對完善或形成的標準。

　　1.3 互聯(lián)

　　互聯(lián)也是一個(gè)未來(lái)值得期待的方式，包括我們在討論的5G對ARVR的影響，資源和計算云端化，數據互聯(lián)化，會(huì )很大意義上決定VR/AR的應用形態(tài)，從而影響VR/AR的產(chǎn)品形態(tài)?？梢詤⒖嫉氖鞘謾C受網(wǎng)絡(luò )的影響而進(jìn)行的產(chǎn)品和應用的改變，因此每家VR/AR廠(chǎng)商都在其中探索，希望找到VR/AR中像大屏幕觸摸屏對手機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(zhù)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

　　VR/AR是5G的重要應用場(chǎng)景，也是消費者最容易體驗的應用之一。VR/AR目前的應用范圍主要在于游戲以及特殊工業(yè)和商業(yè)應用，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。

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

　　2)微顯示屏（芯片）技術(shù)。AR眼鏡需要實(shí)現大突破，就是既能讓用戶(hù)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內容渲染到真實(shí)世界里，營(yíng)造沉浸式體驗。與VR相比，AR的應用場(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)勢為高亮度，但是體積大、價(jià)格貴，目前主要使用于微投影機市場(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)光波導顯示技術(shù):國際一線(xiàn)AR服務(wù)提供商主要采用衍射式波導技術(shù)，如美國Magic leap one使用的是LCOS搭配衍射式波導顯示方式，微軟Holenlens 2是MEMS搭配衍射式波導方式。還有一些國際、國內廠(chǎng)商采用陣列式光波導技術(shù)。綜合顯示效果（亮度、FOV、分辨率）、體積、重量等判斷，衍射式波導是AR顯示未來(lái)的發(fā)展趨勢。一些入門(mén)級的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，可以搭配衍射式波導使用并可以滿(mǎn)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變來(lái)實(shí)現此技術(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。豪威科技應用這些技術(shù)在A(yíng)R/VR眼球追蹤、AR眼鏡投影顯示領(lǐng)域占據世界主要市場(chǎng)份額。

　　1)豪威科技采用晶圓級光學(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AR/VR的眼球追蹤功能。圖像芯片采用3 μm OmniPixel?3-GS全局快門(mén)架構，640x480 VGA或者400x400分辨率相機模組尺寸小、低功耗和高效率，其中OVM6211（3mm×3 mm）是業(yè)界最小的全局快門(mén)相機模組。

　　2)豪威科技堅持開(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晶圓級液晶盒自動(dòng)化封裝生產(chǎn)線(xiàn)，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AR產(chǎn)品供貨的產(chǎn)能及量產(chǎn)穩定性問(wèn)題；豪威科技于2018年設計、生產(chǎn)出世界上第一款將驅動(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)式影像對比補償片貼片設備，實(shí)現主動(dòng)式影像對比補償工藝，大幅提升LCOS面板的影像對比；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(chǎng)商角度看VR/AR的機會(huì )

　　3.1 VR/AR的市場(chǎng)概況

　　AR與VR產(chǎn)品已經(jīng)發(fā)展數年，并且逐年取得良好的進(jìn)展，但是對于大眾市場(chǎng)而言，大眾產(chǎn)品的成功和消費者的接納仍然有限。2018年市場(chǎng)焦點(diǎn)似乎分散在各個(gè)領(lǐng)域——可穿戴AR設備已經(jīng)在企業(yè)市場(chǎng)找到用武之地，例如工廠(chǎng)使用AR設備進(jìn)行分揀、遠程指令等操作。盡管這些設備仍然相當昂貴，不過(guò)功能變得更加強大，具有更高的計算能力和更多的功能。在消費者方面，我們也看到了更多的無(wú)線(xiàn)AR與VR設備發(fā)展的推動(dòng)力量，HTC、Oculus、nreal、聯(lián)想等最新設備也可以進(jìn)行本地計算。這些設備的售價(jià)僅有數百美元，還需要觀(guān)察消費者的接受情況、內容生態(tài)系統的發(fā)展狀況，以及其功能和延遲是否符合消費者期望。此外，某些最新的手機產(chǎn)品，例如蘋(píng)果和谷歌手機，加入了支持AR功能的SDK，例如ARKit，可以實(shí)現某些直接在手機上運行的功能。

　　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，可在低功耗、高計算能力設備上加速神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )、深度感應和SLAM算法的實(shí)時(shí)運行，減低設備延遲并延長(cháng)電池使用壽命。CEVA為客戶(hù)提供處理器、基礎軟件架構以及來(lái)自合作伙伴生態(tài)系統的軟件庫和算法。在處理器方面，CEVA提供一款AI處理器NeuPro，它也可以處理計算機視覺(jué)任務(wù)，CEVA還提供處理視覺(jué)任務(wù)和低端AI運作的CEVA-XM視覺(jué)DSP。對于基礎軟件架構，CEVA提供CEVA-CV、CEVA-SLAM SDK和CDNN，可以簡(jiǎn)便地實(shí)現從研發(fā)到設備部署的算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )移植。

　　4 提升視覺(jué)體驗

　　4.1 AR/VR視覺(jué)體驗的優(yōu)化

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

　　VR的一個(gè)趨勢是創(chuàng )建新的功能，以便在執行渲染工作的較大GPU和執行曲面造型的較小GPU之間分配工作負載。這比固定功能顯示單元更具優(yōu)勢，因為該技術(shù)仍在不斷發(fā)展并且需要大量調整，因此基于可編程著(zhù)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)勢所在，其帶有的可微調IP意味著(zhù)客戶(hù)可以根據市場(chǎng)規格來(lái)實(shí)現具有更多或更少填充率的解決方案。

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

　　考慮到需要使用5G來(lái)訪(fǎng)問(wèn)真實(shí)世界/位置數據和連接到云應用，以及因此能夠將部分或全部GPU處理放在云中，這種“移動(dòng)邊緣計算”模式將使“AR/VR眼鏡”便宜且降低復雜度，并且提供更具可擴展性和更高性?xún)r(jià)比的處理需求。

　　現在很多人對將諸如光線(xiàn)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(xiàn)追蹤技術(shù)可用于渲染、光學(xué)和計算，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應用中實(shí)現更高效的渲染。

　　參考文獻：

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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(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處