5G來臨，AR/VR行業或將回暖。產業鏈的布局正以提升硬件性能和價格優勢為先，同時注重應用生態構建。預計在五年內，光學組件、感知交互系統、開放性應用平臺將依次成熟，助力AR/VR二次爆發。

一、“云管端”三步走，AR/VR有望在2025年實現深度沉浸

VR 又稱虛擬現實，以沉浸式的視聽模擬為用戶重構虛擬世界。其側重于游戲、直播、影視和社交等消費端市場，對顯示畫質有較高要求。而AR指增強現實，強調虛擬信息與現實環境的 “無縫” 融合。其應用于工業、軍事和醫療等領域，更注重感知交互。

虛擬（增強）現實技術可用“云管端”架構進行總結： 終端方面，光學組件和傳感器的升級將分別推動近眼顯示和感知交互技術的成熟，為用戶提供更好的沉浸式體驗；管道方面，5G網絡傳輸的高速度、低延時和大帶寬將支持AR/VR在視頻和游戲等大數據領域的應用；云端方面，云渲染將解決海量數據的處理問題，推動VR/AR終端由主機綁定到獨立設備的輕量化轉變。

同時，云端化的內容制作和分發也有利于營造開放互通的生態圈。虛擬（增強）現實分為四個階段：初級沉浸、部分沉浸、深度沉浸和完全沉浸。現在AR/VR 尚處于部分沉浸向深度沉浸邁入的階段，預計2025年可以實現深度沉浸。

圖表1.1虛擬（增強）現實產業鏈

二、產業鏈：光學組件，交互傳感系統，應用生態依次成熟，引爆AR/VR加速滲透

隨著谷歌、索尼和Oculus等公司推出了消費級頭戴顯示器，AR/VR行業從探索導入期邁向了商業化初期。但在一波熱潮過后，其又因硬件設備價格過高而陷入了泡沫化底谷。當前，AR/VR行業呈現回暖趨勢。據IDC預測，2020年全球AR/VR市場相關支出規模將達到188億美元。在此基礎上，全球相關產品與服務投資也將持續高速增長。中國市場的AR/VR技術相關投資將于2020年達到57.6億美元，在全球市場份額中位列第一。

然而，虛擬（增強）現實的商用化之路仍然任重道遠， 顯示畫質粗糙、暈動癥明顯等終端問題尚未解決，應用內容的缺乏也澆滅了消費者的熱情。AR/VR 產業鏈的布局應當以提升硬件性能和價格優勢為先，并注重應用生態構建。

當前，AR/VR “云管端”中的5G網絡管道已經技術落地。未來，終端設備中的光學器件將首先迎來突破，以性價比帶動設備放量。而后，感知交互系統有望成熟，人機協作進一步提升。最后，云端內容制作平臺的生態構建將加速AR/VR滲透，形成“硬件平臺遷移——內容廠商豐富內容——終端進一步普及”的正循環。

圖表2.1虛擬（增強）現實發展歷程

2.1 終端：光學系統的發展將實現畫質提升，推動近眼顯示技術成熟

由于目前VR眼鏡的分辨率不足，用戶在沉浸體驗時會產生紗窗效應。低分辨率會使VR圖像有強鋸齒感和粗糙邊緣，所以計算機在實時渲染過程中會引發細線條舞動，高對比度邊緣會出現分離式閃爍。人眼直接看到顯示屏的像素點，就好比在紗窗之后看東西。

圖表2.2低分辨率導致的紗窗效應

圖表2.3不同場景下的視場角（FOV）

消除紗窗效應的方式是使人眼覆蓋的視場角具有高分辨率，但當前設備的視場角和角分辨率還有待提升。視場角（FOV）即視野范圍。人眼的視場角范圍大約為150°×120°。對于工業級產品而言，視場角在30°×40°即可應用于維護和檢修等作業場景。但對于消費級產品來說，視場角越大越能滿足用戶的沉浸體驗。

然而，目前國內外代表產品在一定體積與重量的約束條件下，視場角大多僅停留在 90°×90°的水平，和人眼的視野范圍還有很大差距。就分辨率而言，當角分辨率達到60 ppd，即視場角中的１度能看到60個像素時，用戶就不會產生像素感。但是角分辨在2020年也只能發展到30 ppd， 離60 ppd差距還很大。

圖2.4虛擬現實沉浸體驗-分辨率需求

目前，提升視場角和角分辨率的關鍵在于光學系統的升級。由顯示鏡面和圖像元器件構成的光學系統是終端設備的核心，會影響近眼顯示效果，決定終端設備性能和設計的受限程度。然而，當前核心元器件的產業存在技術門檻高，技術差距大，企業集中度高，龍頭廠商的壟斷性強的現象。

1.1顯示鏡面：光波導性能最優，量產難度大，國內初創企業加速爭搶賽道

光波導為性能最優的光學顯示鏡面，但也是量產難度最高的技術。它可以解決視場角和體積間的平衡問題，使大視角圖片在小體積光學鏡片中無損復原，在不影響畫質的基礎上做到輕薄。由于波導只負責傳輸圖像，是獨立于系統之外的元件，這種特性也使得顯示屏和成像系統可以移至額頭頂部或側面，不遮擋用戶視線，設計美觀。

圖表2.5不同光學系統特點

光波導技術分為幾何光波導和衍射光波導。幾何光波導的制造工藝繁冗，良品率低；衍射光波導中的浮雕光柵可批量生產，但生產儀器如電子束曝光和納米壓印儀等價格不菲，國內有條件建立生產線的廠家屈指可數。兩種技術均有量產難度。

目前，AR上游光波導模組制造商短缺，導致下游廠商生產成本高，設備價格高。比如，采用光波導方案的高端AR眼鏡HoloLens的價格為3500美元，是采用普通棱鏡的Google Glass的3.5倍。當前世界范圍內光波導模組的供應商鳳毛麟角，微軟和Lumus分別為衍射和幾何光波導龍頭，獨占顯示效果、成本和體積優勢。

然而，光波導技術的普及需要利用規?；a降低成本，被主流消費級產品接納。因此，現國內多家產業鏈相關公司紛紛加大對AR光波導器件模組的投入，如中光學、蘇大維格和歌而股份等上市公司都在攻克批量化生產關鍵技術。中光學利用光學薄膜核心技術，成功研發了光波導器件；鯤游光電憑借全息光柵技術研制出了極致輕薄，單片多色，高量產型和全天候工作的光波導器件。預計在5年內，光波導將實現良率提升和產能釋放。

圖表2.6光波導技術分類及生產廠家

1.2圖像元器件：Fast LCD 與 AMOLED 爭做 “性價比之王” ，新興Micro LED即將崛起

顯示屏是 VR 成像的核心部件，顯示屏的分辨率、功耗和尺寸都將影響VR設備的用戶體驗。目前VR顯示屏的性價比成為競爭焦點，主流技術包括LCD和AMOLED，現已相對成熟，并在近兩年被主流采用。在AR領域，新興的Micro LED技術能彌補光波導的缺憾，但現正處于導入期初期，未能實現量產。

圖表2.7近眼顯示發展趨勢圖

在VR領域， 傳統LCD技術發展較為成熟，幾乎沒有技術難點，因此生產成本較低，比較適合家庭娛樂領域和中低端消費市場。近年來，新興Fast LCD技術誕生，改善了傳統LCD的高延時缺陷，刷新率可滿足現階段的VR需求。華為VR2支持最新的Fast LCD顯示技術，其在延遲測試中僅有17ms～19ms 的偏差，正逐漸向AMOLED靠攏。

AMOLED技術近年來也在不斷優化，并在中高端設備市場大受歡迎。對比傳統LCD，AMOLED在分辨率和發光效率上更具優勢，其響應速度快，有利于減輕眩暈感。它的屏幕模組內部層數較少，可以實現高透光、高亮度和廣角可視度。其無需硬質背光層的特點也使它在柔性屏幕上具有很大的優勢，在可穿戴設備領域市場潛力十足。同時，它的屏幕可以制造得更為輕薄，適用于移動終端設備。目前，AMOLED已成為 Oculus Rift、HTC VIVE、Sony PSVR三大VR科技巨頭的主流技術選擇。

當前，Fast LCD的價格約為580元，仍比AMOLED接近千元的價格便宜一倍。但AMOLED 無需背光部件的特性也使其在材料成本上逼近（甚至略低于）LCD，大部分的價格差距來源于低良率、設備折舊和勞動力分攤。近年來國內外AMOLED廠商的良率提升（已達80%到90%），產能釋放提速，價格將進一步下跌。我們可以預測Fast LCD 將首先以低價滲透市場，但隨著人們對沉浸感體驗需求的提升，未來已攻克良率問題的AMOLED將以性能優勢逐步替代LCD，并通過規?；慨a降低邊際成本，壓低價格，成為VR顯示屏中的主流。

圖表2.82017-2025年全球AMOLED面板收益

在AR領域，Micro LED 技術作為強大的圖像的元器件，能有效光波導顯示亮度低的弊端，成為被看好的新方案。Micro LED為LED 列陣微小化，每個Micro LED 可視為一個像素，能夠單獨驅動點亮，有助于縮小模組體積。它的結構輕薄，亮度能達到現在所使用的OLED的30倍，分辨率高達1500ppi，刷新速度也以納秒為單位。因此，Micro LED能實現小尺寸下的低延遲和高畫質。

據Trend Force預測，未來Micro LED 將取代300億美元消費型面板市值和50億美元車用顯示器市值。從2018年開始，三星、索尼、友達等大廠陸續推出Micro LED相關概念性產品，但距離其取代OLED并用于科技設備還需要2到3年。由于Micro LED屬于微米級別的“光學芯片”，廠商在LED的巨量轉移、黏結和電路驅動方面還存在技術難點，因此其制造成本是傳統LED的3-4倍。未來Micro LED的成熟將有賴于上游半導體廠商和下游設備廠商的結盟配合，利用上下游供應鏈提升研發資源與效率。

圖表2.9新一代顯示技術指標對比

2.2 終端：感知交互系統將改善“暈動癥”，眼球追蹤及其衍生技術是發展熱點

眩暈感也是影響用戶沉浸體驗的重要因素，有25% 的消費者認為眩暈感是他們購買設備的主要阻礙。據信通院調研，業界公認的眩暈感主要受三方面因素影響：

一是顯示畫質的低劣導致用戶視覺疲勞，進而引發眩暈反應。例如紗窗、延遲、邊緣分離式閃爍等問題影響了用戶的沉浸式體驗。

二是視覺與其他感官通道沖突，導致用戶整體感受紊亂。例如虛擬場景中用戶正加速奔跑，而現實世界中人體的位置保持不變，視覺接受的信息和身體感知的信息不對稱。

三是雙目視差在產生 3D 效果的同時，雙目焦點調節與視覺景深不匹配，引起輻輳調節沖突（VAC）。現實世界中人們看不同距離的物體時晶狀體會發生變化，使反射到視網膜上的物體鏡像有清晰度的改變。然而，VR 頭顯難以真實反映遠近景象在人體視覺中的差異。

在應對三種暈動癥誘因方面，光學系統在分辨率和響應速度上的升級只能解決低畫質問題，而緩解輻輳調節和多感官沖突則有賴于感知交互系統的優化。目前，Virtuix 公司開發了 Omni 全向跑步機，以加強視覺與其他身體器官的協調配合，緩解感官沖突帶來的眩暈感。但在現有產品中，應對輻輳調節沖突的感知交互方案仍未成熟，將是未來發展重點。感知方面，眼球追蹤為重點攻克方向。交互方面，注視點渲染和可變焦技術為現階段主流發展路徑。

眼球追蹤利用紅外光反射獲得眼動信息，然后通過計算機或攝像頭對視覺中心進行建模測算，最后確定用戶視覺的聚散度、瞳孔大小和焦距等數據。眼球追蹤集光學顯示、傳感、圖像識別和算法等高精尖技術為一體，技術難度大門檻高，可謂AR/VR的“兵家必爭之地”。微軟、Facebook和Magic Leap等虛擬（增強）現實龍頭企業正加速在此賽道上布局，其眼動專利數量占總專利數的比重不斷上升。然而，目前國內自主研發眼球追蹤術的企業僅有七鑫易維、青研科技和天蝎科技三家，相關專利數不及美國的十分之一，行業布局還未完全，市場空白大。

基于眼動追蹤的感知技術，注視點渲染和可變焦的交互模式應運而生。注視點渲染是在眼球追蹤的基礎上，針對用戶注視點的調整而對不同區域采用不同的渲染分辨率，模擬人眼的景深調節。注視點渲染是目前最普遍的視覺交互方式：英偉達、Oculus、Tobii 、七鑫易維等公司均以注視點渲染輔助眼球追蹤，并在VR頭顯上使用。

可變焦技術則是根據用戶的關注區域，通過光學設計實現局部模糊：一種顯示屏變焦，另一種透鏡變焦。兩種方式的典型產品分別有Oculus的Half Home和 Lemnis的Verifocal VR Kit。注視點渲染和可變焦技術可以兩者結合，實現技術互補。未來，多焦顯示+注視點渲染+眼球追蹤有望成為提升虛擬現實沉浸感的關鍵技術組合。

當前，感知交互的主要環節為信號獲取、模式識別、信息理解和信息表達。其中，基于深度相機的三維重建技術貫穿了全四個環節，是推動感知交互發展的重要技術基石。深度相機作為 3D 交互輸入端，能提供三維信息以供 AR 設備進行重構和計算，從而渲染出更真實的場景。當前 AR 的深度相機主要采用結構光和 ToF 技術。結構光技術已經相對成熟，但只適合近距離感知，適用于眼球追蹤；ToF則能支持遠距離探測，更能實現增強現實中的手勢交互。

圖2.10交互傳感系統發展趨勢圖

2.3 云端：業界標準的建立將打破品牌 “各自為營” 的局面，平臺云端化助力C端應用生態構建

從內容應用領域的發展態勢來看，虛擬（增強）現實的發展以B端行業應用為主，而C端消費領域內容不足。AR/VR產業若要迎來風口，必須構建良好的應用生態。目前VR應用的生態規模正逐步擴大。據映維網預測，2020年末全球消費市場的VR應用總量將達到13000個以上。目前，蘋果、Oculus和HTC等公司陸續創設了其專有開發平臺，注重在應用生態方面的布局。

目前VR銷售企業大多為平臺型公司，形成了終端制造，應用提供和銷售的閉環產業鏈。然而，產業鏈的閉環完整勢必會犧牲應用的兼容性和開發效率。當前VR游戲應用生態的開發主要依靠硬件附屬，導致應用內容無法普適多種設備。例如索尼的 Play Station VR 為閉環生態，所對應的硬件只有 Play Station 4 一款。實際上，開放的第三方平臺（如Steam）在用戶數量和增長速度方面比閉環平臺更具優勢，因此打破各大平臺“各自為營”的局面將成為應用生態建立的關鍵點。

首先需要構建可適用多品牌終端的應用平臺。當前，各品牌終端的專有應用編程接口導致同一應用無法在不同品牌終端上兼容運行，開發者只能多次編寫程序。2019年Khronos 組織發布了開放式、無版費的標準規范OpenXR。業內標準的建立簡化了AR/VR軟件的開發，為游戲軟件和硬件設備的綁定解耦，營造開放互通的應用生態。目前，微軟已在HoloLens 和 WMR 頭顯上提供了OpenXR 支持。未來，內容制作將掙脫終端隔閡，迎來爆發式增長。

隨著虛擬（現實）硬件設備向輕量化和便攜式轉型，應用內容將逐步向云端化發展。首先是“SaaS”化，即終端連入軟件服務（SaaS）平臺，直接由云端向用戶提供應用服務，依靠“云計算“和”云渲染”釋放終端的儲存和計算壓力；其次是“PaaS” 化，即將云端化的內容制作平臺作為平臺服務提供給開發者，真正構建開放互通的應用生態圈。當前，蘋果已經發布了“SaaS” 軟件Reality Composer，簡化了AR應用的開發流程，使其無需編程而只需進行簡單的模組搭建。在5G 網絡和云計算的支持下，云平臺將成為VR/AR產業應用端的核心樞紐，豐富和完善應用，引爆AR/VR加速滲透。

圖2.11虛擬（增強）現實生態圈發展