VR/AR的核心技術(shù)突破

作者 / 王瑩 王金旺《電子產(chǎn)品世界》編輯(北京 100036)

摘要：本媒體邀請(qǐng)部分VR/AR相關(guān)廠商，探討了VR/AR技術(shù)的發(fā)展及相關(guān)解決方案。

TE為VR/AR設(shè)備提供高速電纜

　　實(shí)時(shí)、高速和穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸是在不同的VR/AR使用場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)沉浸式用戶體驗(yàn)的關(guān)鍵，因此VR電纜產(chǎn)品仍將是市場(chǎng)上大部分VR設(shè)備的重要組成部分。TE通過(guò)高速電纜產(chǎn)品幫助VR設(shè)備生產(chǎn)商實(shí)現(xiàn)出色的性能，并且積極創(chuàng)新，不斷提高產(chǎn)品的靈活性、緊湊型和耐用性。與此同時(shí)，無(wú)線VR是今年CES展上的一大趨勢(shì)，知名廠商紛紛布局無(wú)線VR領(lǐng)域，為消費(fèi)者展現(xiàn)了類似電影《頭號(hào)玩家》的使用前景。TE密切關(guān)注無(wú)線連接方面的趨勢(shì)，與該領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)在產(chǎn)品研發(fā)初期就開(kāi)展密切合作。未來(lái)5G部署也將推動(dòng)無(wú)線傳輸?shù)倪M(jìn)一步發(fā)展。

　　TE VR/AR技術(shù)方案

　　TE針對(duì)下一代VR/AR技術(shù)發(fā)展的各項(xiàng)挑戰(zhàn)，提供包括可定制的I/O、屏蔽及微型信號(hào)、電源連接器解決方案以及板到板、線到板和傳感器解決方案。TE全面的研發(fā)工程能力和應(yīng)用知識(shí)能夠幫助設(shè)備工程師共同設(shè)計(jì)定制解決方案，助力VR設(shè)備生產(chǎn)商和初創(chuàng)公司將創(chuàng)新想法變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，實(shí)現(xiàn)符合市場(chǎng)需求的沉浸式體驗(yàn)。

　　TE的VR電纜組件產(chǎn)品提供可靠的平臺(tái)設(shè)計(jì)產(chǎn)品方案，通過(guò)簡(jiǎn)單的定制化，便能夠滿足VR解決方案提供商多樣化的應(yīng)用需求，幫助他們的產(chǎn)品以更快的速度上市。該VR電纜組件支持HDMI 2.0連接器和USB 3.0連接器，以及可選直流電源，HDMI數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)18 Gbps。高速I/O插座也可支持更高的數(shù)據(jù)傳輸速率(高達(dá)40 Gbps)，從而便于未來(lái)產(chǎn)品升級(jí)。TE不僅可以提供整套電纜組件和高速插座，還可以為從其他供應(yīng)商處采購(gòu)電纜的客戶，提供插頭模塊。該組件的緊湊型插座可節(jié)省頭戴設(shè)備中寶貴的印刷電路板(PCB)空間，其連接器中使用了均衡放大器，使線徑較小的電纜實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的電纜長(zhǎng)度，同時(shí)減輕電纜重量。

Molex：VR/AR頭顯的技術(shù)動(dòng)向

　　目前的VR/AR技術(shù)市場(chǎng)主要是面向消費(fèi)者的頭戴式顯示器(HMDs)。HMD的“滑入式”類型功能來(lái)自于智能手機(jī)，當(dāng)它成為傳感器數(shù)據(jù)、攝像系統(tǒng)、顯示、電源、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和主要功能處理單元的單元時(shí)，用戶就會(huì)進(jìn)入該單元。

　　在這種類型的HMD中，智能手機(jī)還提供網(wǎng)絡(luò)通信，通常在3G和4G標(biāo)準(zhǔn)下，必要時(shí)通過(guò)Wi-Fi。這些“滑入式”HMD系統(tǒng)的功能受到智能手機(jī)功能的限制，而互聯(lián)趨勢(shì)一般是智能手機(jī)市場(chǎng)的趨勢(shì)，主要關(guān)注的是小型化。Molex在為小型化超便攜移動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)互連解決方案方面有豐富的經(jīng)驗(yàn)，而HMD本身可以非常簡(jiǎn)單和劃算。

　　智能手機(jī)的微型化需求，尤其是精密設(shè)計(jì)和制造的天線，能夠在高度緊湊、組件密集的外殼內(nèi)，不受EMI/RFI干擾的情況下，在各種信道和載波頻率上工作。Molex同時(shí)提供定制和標(biāo)準(zhǔn)天線，其產(chǎn)品組合包括空間受限環(huán)境的天線。

　　另外，更強(qiáng)大的VR/AR系統(tǒng)的架構(gòu)是通過(guò)將HMD單元連接到臺(tái)式電腦上的高端配置(典型的“玩家”PC)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在這種配置中，強(qiáng)大的圖形能力是渲染桌面游戲的高吞吐量計(jì)算視頻以及在附帶的顯示器上顯示大量高清視頻數(shù)據(jù)的特別重要的需求。通常，顯示器是通過(guò)HDMI連接的，Molex為HDMI連接性提供了一系列解決方案。HDMI連接器和電纜也提供到HMD的連接，將這種類型的HMD歸入“拴系”類別。

　　連線HMDs使用起來(lái)很不方便，尤其是當(dāng)用戶想要的不僅僅是“旋轉(zhuǎn)”運(yùn)動(dòng)控制(頭部的旋轉(zhuǎn))，而且還想在VR模式下使用該單元時(shí)，根據(jù)定義，外部“真實(shí)”世界是看不到的，包括HDMI線的位置。最近，有人嘗試設(shè)計(jì)“獨(dú)立”的HMDs，其功能與高端智能手機(jī)類似，后者的通信模式是無(wú)線的。

　　由于VR/AR視頻流必須被壓縮，因此無(wú)線處理負(fù)載很重要，如果用戶想要獲得最優(yōu)的VR/AR體驗(yàn)，則必須將延遲時(shí)間保持在最小。在這種情況下，電池壽命非常有限——可能只有2.5小時(shí)。然后再充電幾個(gè)小時(shí)，除非用戶選擇佩戴額外的電池組，然后需要電池電源連接器和電纜。電力完整性是Molex的一個(gè)絕對(duì)核心問(wèn)題，我們將能夠提供建議和幫助，提供合適的解決方案。

VR/AR中GPU與GUI的應(yīng)用

　　VR和AR完全不同，絕大多數(shù)的VR專注于完全沉浸，這需要非?？焖俚捻憫?yīng)時(shí)間，逼真的渲染和高端的圖形處理(最好由專用主機(jī)或桌面系統(tǒng)解決);我們也看到了嵌入式解決方案的機(jī)會(huì) ，但那些通常是視頻VR(360度環(huán)繞視頻)，其中需要一個(gè)低成本、低功耗嵌入式圖形處理器(GPU)，它具有高填充率要求以及優(yōu)化的YUV視頻流處理(達(dá)到非常高的分辨率)，而我們的PowerVR XE系列完美地實(shí)現(xiàn)了這些性能需求。 我們還在頭戴設(shè)備中發(fā)現(xiàn)了完成后期處理這樣的機(jī)會(huì)，這種情況下渲染則通過(guò)專用主機(jī)或PC完成，這意味著時(shí)間扭曲式處理需要在顯示器或頭戴設(shè)備中完成，其中一個(gè)嵌入式GPU可以處理最后的接近運(yùn)動(dòng)扭曲(as-close-to-the-motion)，以避免延遲并降低頭暈的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于這些需求，我們的XE / XM系列也是很好的選擇。

　　在AR方面，我們看到最大的市場(chǎng)拉動(dòng)力是信息覆蓋和圖形化用戶接口(GUI)渲染，而不是高端游戲處理，這里的問(wèn)題是頭戴設(shè)備的實(shí)體外形因素和對(duì)極低功耗的需求。 因此，在這個(gè)市場(chǎng)中我們看到的需求是需要非常高效的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理技術(shù)，來(lái)進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別和極低功耗的GUI渲染，所以我們的NNA解決方案和XE解決方案非常適合，但是這個(gè)市場(chǎng)需要一場(chǎng)物理外形方面的革命，其中可能更相關(guān)的是顯示和光學(xué)技術(shù)而不是我們的處理技術(shù)。

VR/AR的3D傳感和眼球追蹤

　　VR/AR的主要技術(shù)趨勢(shì)是在“邊緣”(收集數(shù)據(jù)的源頭)，而不是集中在云中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。這對(duì)于要迅速作出關(guān)鍵決策的分布式“邊緣”設(shè)備(諸如自動(dòng)駕駛汽車和物聯(lián)網(wǎng)連接設(shè)備)十分有利。這些新型的自主或半自動(dòng)“邊緣”設(shè)備包括智能相機(jī)、可穿戴設(shè)備、機(jī)器人、無(wú)人機(jī)和VR/AR裝置。

　　集成3D傳感功能

　　通過(guò)英特爾的 RealSense?技術(shù)，使開(kāi)發(fā)人員能夠?qū)?D傳感功能集成到設(shè)計(jì)中，可用于機(jī)器人和無(wú)人機(jī)到AR / VR和客戶端應(yīng)用。就像雙眼視覺(jué)使人類能夠在三維空間中看到的世界一樣，英特爾RealSense技術(shù)的目標(biāo)就是使智能、交互式和自動(dòng)化機(jī)器具有人類的3D感知能力。

　　儒卓力提供各種型號(hào)的緊湊型英特爾RealSense攝像頭，例如結(jié)合三個(gè)攝像頭來(lái)作為一個(gè)1080p高清攝像頭的型款，另外還有一個(gè)紅外攝像頭和一個(gè)紅外激光投影儀，結(jié)合起來(lái)允許人眼感知深度并跟蹤人體運(yùn)動(dòng)。

　　在集成3D感測(cè)中，儒卓力提供英特爾D400系列RealSense攝像頭，這些攝像頭的核心是突破性D4和Dm處理器，它們使用半全局匹配算法的定制型款，可以實(shí)現(xiàn)超過(guò)3600萬(wàn)深點(diǎn)/秒的計(jì)算速度，提供超過(guò)90 fps的幀率，而且芯片封裝尺寸只有6.3 mm×6.3 mm (這遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于英特爾酷睿i7處理器)，功耗低于22 nW /深度點(diǎn)，并可搜索128個(gè)不同點(diǎn)。其目標(biāo)是使計(jì)算機(jī)立體視覺(jué)達(dá)到嵌入小型消費(fèi)電子設(shè)備如手機(jī)、無(wú)人機(jī)、機(jī)器人和VR/AR應(yīng)用等所需的性能水平(包括功率、散熱、分辨率、幀速率、尺寸、成本等)。

　　帶有多個(gè)LED的眼動(dòng)追蹤

　　另一個(gè)技術(shù)趨勢(shì)是眼動(dòng)追蹤系統(tǒng)，它帶有多個(gè)用來(lái)照射用戶眼睛的紅外LED，并通過(guò)傳感器捕獲反射回來(lái)的光，從而計(jì)算用戶瞳孔的位置和凝視的方向，將這項(xiàng)技術(shù)融入VR/AR頭戴式裝置需要非常緊湊的紅外LED，足夠小以嵌入目鏡周圍的部份。

　　例如，儒卓力產(chǎn)品組合中包括歐司朗光電半導(dǎo)體的SFH4055，它基于成熟的Firefly平臺(tái)，廣泛用于可見(jiàn)光譜的LED，其占位面積僅為1.0 mm×0.325 mm×0.55 mm，而發(fā)射器的波長(zhǎng)為850 nm，主要針對(duì)VR/AR裝置中的眼動(dòng)追蹤系統(tǒng)。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]迎九.VR、AR成熟還需多年，大量機(jī)會(huì)將會(huì)涌現(xiàn)[J].電子產(chǎn)品世界,2017(6):9-12.

　　[2]湯振宇.融合現(xiàn)實(shí)是VR的終極目標(biāo)[J].電子產(chǎn)品世界,2017(6):13-14.

　　[3]王瑩,王金旺.縱觀AV/VR產(chǎn)業(yè)鏈，解讀處理器IP及連接技術(shù)[J].電子產(chǎn)品世界,2017(6):15-18.

　　[4]侯云仙.中國(guó)VR產(chǎn)業(yè)投融資特點(diǎn)及趨勢(shì)[J].電子產(chǎn)品世界,2017(8):4-6.

　　[5]蔡卓邵.VR將在年末加溫，明年聚焦VR一體機(jī)[J].電子產(chǎn)品世界,2017(9):11-13.

　　本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》2018年第7期第12頁(yè)，歡迎您寫論文時(shí)引用，并注明出處。