眾廠商談VR/AR的技術(shù)市場動向

　　作者/迎九 毛爍

　　摘要：本文邀請了部分VR/AR的芯片、IP和整機(jī)廠商介紹VR/AR的技術(shù)市場動向，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的三個技術(shù)熱點主要從三個方面探討VR/AR的趨勢。

　　1.1 VR/AR的顯示

　　VR/AR 本質(zhì)是一個新型的顯示交互方式，那么基于顯示部分的技術(shù)就是一個關(guān)鍵性的指標(biāo)，包括硬件模塊光學(xué)的設(shè)計，屏幕的顯示能力，軟件或者平臺的渲染效果。可以看到現(xiàn)在光學(xué)的部分，VR是以滿足視角體驗的FOV（視場角，大部分在85°~110°）的設(shè)計，基本不會有大的變化，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(xiàn)在的一大技術(shù)難點；

　　而AR則需要提升現(xiàn)在的FOV（注：現(xiàn)在AR光學(xué)的設(shè)計基本都不超過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（異步時間扭曲）、ASW（異步空間扭曲）等相關(guān)技術(shù)]，以及內(nèi)容開發(fā)引擎（Unity，Unreal）。也許未來不存在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，一個“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類市場接受的情況下。

　　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)，語音識別的語音交互，骨傳導(dǎo)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(jié)合應(yīng)用軟件也是就內(nèi)容進(jìn)行滿足用戶體驗的交互，會催生出一些現(xiàn)在也許無法想象的設(shè)備，滿足視覺交互之外的交互、觸覺、聽覺、嗅覺等，現(xiàn)在每家公司都在探索，相比于手機(jī)，還沒有相對完善或形成的標(biāo)準(zhǔn)。

　　1.3 互聯(lián)

　　互聯(lián)也是一個未來值得期待的方式，包括我們在討論的5G對ARVR的影響，資源和計算云端化，數(shù)據(jù)互聯(lián)化，會很大意義上決定VR/AR的應(yīng)用形態(tài)，從而影響VR/AR的產(chǎn)品形態(tài)。可以參考的是手機(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)的動向。

　　2.1 與顯示相關(guān)的技術(shù)趨勢

　　VR/AR是5G的重要應(yīng)用場景，也是消費者最容易體驗的應(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。

　　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)容渲染到真實世界里，營造沉浸式體驗。與VR相比，AR的應(yīng)用場景也更廣闊，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、價格貴，目前主要使用于微投影機(jī)市場。

　　? Si-OLED體積小，但是亮度低、價格貴，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、價格較低。目前分辨率主流為720 p與1080 p, 未來將持續(xù)走向4K、2K; 單顆像素尺寸也會由目前的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。還有一些國際、國內(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顯示未來的發(fā)展趨勢。一些入門級的AR眼鏡也會使用自由曲面(free form)顯示技術(shù)。未來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)變來實現(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，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)豪威科技堅持開發(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AR產(chǎn)品供貨的產(chǎn)能及量產(chǎn)穩(wěn)定性問題；豪威科技于2018年設(shè)計、生產(chǎn)出世界上第一款將驅(qū)動芯片與LCOS顯示芯片集成為單一芯片的1080P顯示芯片，實現(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%；豪威科技開發(fā)出全球第一套主動式影像對比補(bǔ)償片貼片設(shè)備，實現(xiàn)主動式影像對比補(bǔ)償工藝，大幅提升LCOS面板的影像對比；豪威科技不斷開發(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

　　3.1 VR/AR的市場概況

　　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，但是對于大眾市場而言，大眾產(chǎn)品的成功和消費者的接納仍然有限。2018年市場焦點似乎分散在各個領(lǐng)域——可穿戴AR設(shè)備已經(jīng)在企業(yè)市場找到用武之地，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，不過功能變得更加強(qiáng)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線AR與VR設(shè)備發(fā)展的推動力量，HTC、Oculus、nreal、聯(lián)想等最新設(shè)備也可以進(jìn)行本地計算。這些設(shè)備的售價僅有數(shù)百美元，還需要觀察消費者的接受情況、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，可以實現(xiàn)某些直接在手機(jī)上運行的功能。

　　3.2 CEVA的解決方案

　　CEVA可為AR與VR市場提供多種芯片IP產(chǎn)品選項，可在低功耗、高計算能力設(shè)備上加速神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、深度感應(yīng)和SLAM算法的實時運行，減低設(shè)備延遲并延長電池使用壽命。CEVA為客戶提供處理器、基礎(chǔ)軟件架構(gòu)以及來自合作伙伴生態(tài)系統(tǒng)的軟件庫和算法。在處理器方面，CEVA提供一款A(yù)I處理器NeuPro，它也可以處理計算機(jī)視覺任務(wù)，CEVA還提供處理視覺任務(wù)和低端AI運作的CEVA-XM視覺DSP。對于基礎(chǔ)軟件架構(gòu)，CEVA提供CEVA-CV、CEVA-SLAM SDK和CDNN，可以簡便地實現(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 提升視覺體驗

　　4.1 AR/VR視覺體驗的優(yōu)化

　　圖形處理器（GPU）是創(chuàng)建虛擬世界和場景、滿足AR和VR所需的高性能和高響應(yīng)時間的主要推動者。然而，為了讓用戶擁有AR和VR所承諾的更豐富的視覺體驗，需要有效地提高無線帶寬，才能使AR/VR體驗更上一層樓。簡單地說，5G對于下一代AR/VR是必不可少的。

　　VR的一個趨勢是創(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，因為該技術(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)勢所在，其帶有的可微調(diào)IP意味著客戶可以根據(jù)市場規(guī)格來實現(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)實世界混合，同時匹配現(xiàn)實感和超快速更新，以便在現(xiàn)實和虛擬之間沒有延遲。同樣，這也是PowerVRGPU所擅長的。

　　考慮到需要使用5G來訪問真實世界/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“移動邊緣計算”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)展性和更高性價比的處理需求。

　　現(xiàn)在很多人對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5G連接采用點播模式按需交付，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)用中實現(xiàn)更高效的渲染。

　　參考文獻(xiàn)：

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