VR/AR行业深度报告:VRAR是中场,Metaverse是终局

云脑智库 2021-10-28 00:00


来源 | 未来智库

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(报告出品方/作者:安信证券)

1. 前言:VR/AR 将开启第二次计算机科技文明

VR/AR 将开启第二次计算机科技文明,以计算机技术为驱动的生产力发展将全方位提升。我 们目前正处于计算机技术历史第一次大浪潮的鼎盛时期,电脑、智能手机、云服务等性能健 全,先后推动了桌面互联网、移动互联网的高速发展,带来了前所未有的科技生活体验,包 括移动支付、移动业务、电商、新媒体、物流仓储等。Facebook VR/AR 团队的首席科学家 迈克尔〃亚伯拉什在 2017 年提出,VR/AR 是计算机历史上的第二次大浪潮,其影响可能超过过去三十年(90 年代至今)的个人计算机革命。未来数十年,VR/AR 将带来的颠覆性 冲击,既包括 To C 大众消费市场,也包括各行各业的 To B 市场,第二次计算机科技文明 的成果将全面渗透至农林渔牧业、制造业、住宿餐饮、金融、地产、建筑业、教育、科技、 交通运输、零售电商、文化娱乐等。

为什么是由 VR/AR 开启,而非区块链、人工智能等革命性计算机技术?云计算、人工智能、 大数据、区块链等计算机技术都需要依托其它产品而存在,其存在是为了补充强化其它产品, 如更快捷、易用、强大的服务器;更聪明、智能的电子设备,更高效、准确的信息分析系统;更不易篡改的信息记录系统等。当前所有未来的主要前沿计算机技术中只有 VR/AR 以“全 新且独立的产品形态”不需要依附于其它物品对象而存在。VR/AR 将是继 PC 电脑、智能手 机之后的下一代消费级计算机科技产品,其产品形态将会遵循类似从 PC 电脑(VR/AR 头 戴式显示器,简称头显)到智能手机(智能 VR/AR 眼镜)的发展路线。

2020,VR/AR 产业发展按下加速键;巨头亮剑,新赛季排位之战拉开帷幕。2020 年因疫情 造成的社交隔离激发了 VR 游戏、虚拟会议、AR 测温等需求崛起,Steam 平台 VR 活跃用 户翻倍增长,虚拟会议,云端展览案例层出不穷。2020 年全球 VR 头显出货量达 670 万台, 较 2019 年增长 72%,AR 眼镜出货量 40 万台,增长 33%。

2020 年 VR/AR 产业投融资金额及数量回归 2017 年高点水平,AR 眼镜、工具软件、VR/AR 游戏、教育培训等成为投融资的热点领域。海外大厂苹果、谷歌、Facebook 均沿着战略目 标进行并购布局,苹果仍在完善 VR/AR 产业链,谷歌意图重回消费级 AR 市场,Facebook 则以硬件反哺 VR 内容生态。国内 VR/AR 产业发展较海外晚一到两年,但政府及行业均高 度重视,产业扶持政策不断出台,传统企业华为、歌尔、爱奇艺等稳扎稳打,初创企业 Nreal、 亮亮视野、珑璟光电、小派、睿悦、MAD Gaze 等具备产业链核心技术或关键地位,纷纷完 成大额融资、发展提速。

在由 PC 电脑、智能手机及互联网主导的第一大计算机科技浪潮中,掌握了核心环节与关键 技术的团队成长为科技巨头,如苹果、谷歌、Facebook、微软等。VR/AR 新赛季排位之战 已拉开帷幕,未来由 VR/AR 主导的第二次计算机科技浪潮会再次产生众多核心环节与关键 技术,涉及操作系统、芯片技术、传感技术、人工智能、光学技术、开发引擎等。技术迭代 将带来产业链格局的重塑机会,掌握核心环节与关键技术的公司将获得更大的话语权,成长 为新一代科技巨头。

2. VR/AR 产业现状:崛起前夜,如火如荼

2.1. 技术积累:产业链趋于成熟

2.1.1. 跨越低谷稳步复苏,产业规模化放量

按照技术成熟度曲线拟合,VR/AR 产业当前已走出泡沫破灭低谷期,位于稳步爬升复苏期。 技术成熟度曲线(The Hype Cycle)专门用以拟合与描述新技术的发展阶段,曲线横轴是技 术随着时间的发展的成熟度,纵轴则是技术的曝光度/业界的关注度。技术成熟度曲线能够揭 示新技术的发展规律,我们以此拟合 VR/AR 产业的五大发展阶段:

1)技术萌芽期 (1968-2012):VR/AR 新技术被提出并开始逐步进入大众视野。1968 年,美国计算机图形 学之父 Ivan Sutherlan 组织开发首个计算机图形驱动的头盔显示器及头部追踪系统。

2)期 望膨胀期(2012-2016):大众企业/研究机构开始仓促进入 VR/AR 领域,意图抓住新的增长 点以占领先机,VR/AR 设备大量涌现。2012 年,谷歌推出 Google Glass 的一代眼镜产品。2013 年,Facebook 以 20 亿美元收购 Oculus 并推出 VR 头盔。2014 年,VR/AR 概念进入 市场视野,被认为是替代智能手机的下一代通用计算平台。Facebook、微软先后进入 VR/AR 领域,Sony、三星、HTC 等多家大厂也推出相关硬件产品。2015-2016 年,VR/AR 市场热 度达到高点,2016 产业元年 Sony、HTC、Oculus 推出第一代面向大众消费市场 VR 终端 “三剑客”(PSVR、HTC Vive、Oculus Rift)。谷歌以 5 亿美元投资 Magic Leap,Microsoft 推出面向垂直行业市场的 AR 终端 Hololens。

3)低谷期(2016-2019):受限于商业模式仍 不明晰,网络、硬件及内容的瓶颈均未突破,人们逐渐修正对 VR/AR“光明前景”的到达预 期,资本市场热度下降、收紧投资,VR/AR 行业退潮、进入寒冬。市场中缺乏竞争力的企业 失去资本造血,留存企业积蓄力量、韬光养晦。2019 年起 Oculus、HTC、Valve、华为、 Microsoft 等密集发布新一代硬件产品。

4)复苏期(2019 至今):基于第一波产品的失败经 验教训,新技术逐步改进、产业链趋于成熟,产品体验及性价比明显提升。2019 年底随着 全球 5G 正式展开部署,VR/AR 作为 5G 核心的商业场景重新被认识及重视,行业重回升势;同年 Qculus Quest 发售,VR 游戏《Beat Saber》全球销量超 100 万份。2020 年,VR/AR 行业产业链各环节成熟度提升,叠加疫情推动居家需求上升,以 Facebook 发布的 Qculus Quest 2 为代表的消费级 VR 设备需求增长强劲,爆款 VR 游戏《Half-Life:Alyx》引爆行业。2020 年 VR/AR 产业投融资活跃,金额及数量均回到 2016 年的高点水平。

5)生产稳定期: VR/AR 新技术的性能/效果最终能满足消费者需求时,将进入实质的普及生产阶段。

VR/AR 出货量增长显著,已进入产业化放量增长阶段。比之 2018-2020 年相对平缓的终端 出货量,随着 Facebook Quest2、微软 Hololens2 等标杆 VR/AR 终端迭代发售、电信运 营商虚拟现实终端的发展推广,以及平均售价从当前 2500/9700 元进一步下降,2021-2022 年 VR/AR 终端规模上量、显著增长。

全球 VR/AR 市场规模已近千亿,未来五年 CAGR 达 54%。据 IDC 等机构统计,2020 年 全球 VR/AR 市场规模约为 900 亿元,其中 VR 市场规模 620 亿元,AR 市场规模 280 亿元。中国信通院预测全球虚拟(增强)现实产业规模 2020-2024 五年年均增长率约为 54%,其 中 VR 增速约 45%,AR 增速约 66%,2024 年二者市场规模接近、均达到 2400 亿元。

VR 奇点已现:消费级硬件销量持续强劲,即将跨过 1000 万台临界点。Facebook 的创始人 扎克伯格认为,在一个平台上需要有约 1000 万人使用及购买 VR 内容才能使开发人员持续 研发以及获利,而一旦超过这个门槛,内容与生态系统将会实现跨越式发展。这一临界点, VR有望于2021年达到。据IDC统计,2021年第一季度VR头显全球出货量同比增长52.4%。其中,Oculus 凭一己之力推动全球整体 VR 市场的增长,2021 年第一季度其产品占据全球 VR 出货量的近三分之二,Oculus Quest 2 自 2020 年第四季度发布以来在消费者市场表现 抢眼。除 Oculus 外,中国 VR 本土厂商 DPVR、Pico 在 2021 年第一季度也表现不俗,DPVR 位居第二,出货量同比增长 108.6%;Pico 位居第三,出货量同比增长 44.7%。DPVR、 Pico 立足中国稳固的本土市场的同时致力于通过教育等商用领域布局开拓国际市场。此外, 2021 年第一季度,HTC、Sony 在 VR 全球出货量中分列厂商第四、五位。HTC、SONY份额下降较快主要系当前两公司的在售产品款式较老,新款产品发售后即将成为 Oculus 的有 力竞争者,市场份额排名有望上升。

现象级消费产品 Oculus Quest 2 累计销量超出此前各代之和,预计 2021 全年销量 500~900 万台。Oculus Quest 2 作为 Facebook 最新一代 VR 一体机,上市之初即表现不俗,2020 年9月发布之初预定量就达初代 5倍。据 Facebook Reality Labs 副总裁 Andrew Bosworth, Oculus Quest 2 发售半年时间内累计销量就已经超过历代 Oculus VR 头显总和。SuperData 统计 Oculus Quest 2 2020Q4 单季度销量达 109.8 万台;RecRoom 根据新增 用户数预测 2020Q4 单季度销量为 200-300 万台。假设 21Q1-21Q3 单季度销量维持 100 万 台,Q4 旺季销量 200 万台,得到 2021 年 Oculus Quest 2 保守预计销量 500 万台;假设 21Q1-21Q3 单季度销量维持 200 万台,Q4 旺季销量 400 万台,得到 2021 年 Oculus Quest 2 乐观预计销量 900 万台。综上,Oculus Quest 2 2021 全年销量有望达到 500~900 万台。

AR 静待培育:产品策略由 TO C 转向 TO B,核心技术尚在攻关阶段。由于技术问题,面向 C 端市场的 Google Glass、Magic Leap One 等产品销量远不达预期,随后大部分厂商纷纷 转向 B 端行业应用市场。同时,AR 的上游核心技术包括微显示、光学、芯片等还并不成熟, 诸多技术环节尚处于攻关阶段。

2.1.2. VR/AR 产业地图:硬件、软件、内容、应用

从硬件、软件、内容/平台、应用四大维度建立 VR/AR 产业链分析框架。

芯片:高通芯片一家独大,国产芯片奋力追赶

1)高通骁龙 XR2 成为 VR 主力芯片。最早应用到 VR/AR 设备的芯片是高通针对手机的 SOC 方案 821、835、845,其中 835、845 均针对 VR/AR 设备作相应优化,2018 年 5 月,高通 推出 VR 专用芯片骁龙 XR1,其性能与骁龙手机芯片660 相近。2019 年 12 月,高通发布基 于骁龙 865 衍生的 XR2,集成了高通的 5G、AI 及 XR 技术。

2)瑞芯微、全志、华为海思等国产芯片待突围。目前大陆产的 VR 芯片较少且影响力较弱, 主要包括瑞芯微 Rockchip、全志 VR9、INFOTM 等。2017 年全志科技发布首个专用 VR 芯 片 VR9,内臵 VR 专用低延时加速模块 Portal 1.0 以及双引擎直驱双屏专用系统,突破性达 到全景 6K 解码播放能力。2020 年上半年电信推出的天翼小 V 一体机使用 VR9 芯片、主打 低端观影市场;Rokid Glass 2 搭载晶晨 Amlogic 905D3 芯片,12 纳米制程;Dream Glass 4K 则使用瑞芯微 Mali-T864 GPU。2020 年 5 月,华为海思发布 XR 芯片平台,推出首款支持8K 解码能力,集成 GPU、NPU 的 XR 芯片,首款基于该平台的 AR 眼镜为 Rokid Vision。华为海思 XR 芯片具有一流的解码能力,但目前由于受美国制裁,海思芯片后续应用前景尚 不明朗。

操作系统:VR 安卓占据主流,AR 则乾坤未定

1)VR 一体机目前主要使用安卓系统。早期的 VR 一体机基本沿袭手机端的计算芯片与操作 系统,如 Oculus Go 采用高通骁龙 821 芯片,Vive Focus 采用高通骁龙 835 芯片,操作系 统则是在安卓系统的基础上进行优化及定制。类似地,分体式 VR 包括 PC VR、PS VR 以 及华为 VR Glass、创维 V601 等超短焦手机 VR,其运行的操作系统仍以连接的主机为主, 包括微软 WMR、索尼 PS 及安卓系统。

2)AR 操作系统系生态占领制高点。目前市场上的创业型公司 AR 眼镜自身缺乏系统研发能 力,当前仍以多以安卓系统为基础进行优化与定制。科技巨头将 AR 操作系统视为战略制高 点,如微软HoloLens采用以Windows NT 为基础的Windows 10 Holographic 系统,HoloLens 2 则采用全新多平台操作系统 Windows Core OS;Magic Leap 自研专为空间计算设计的 Lumin OS。国内企业虹宇科技 2020 年发布自研 VR/AR 3D 多任务系统 Iris OS,可以呈现2D、3D 的窗口及全景应用,支持多人多设备协作,兼容各类芯片平台及光学模组。公司致 力于将 Iris OS 打造为开放的 VR/AR 操作平台,目前已与 OPPO、vivo、TCL 等厂商展开合 作。

行业标准:海外巨头积极加入,国内厂商动作较慢

OpenXR 是一个由 Khronos 组织联盟开发的开放式、无版权费用的 XR 行业标准规范,旨在 简化 VR/AR 软件开发,打通游戏引擎及内容底层连接,塑造具备互通性的开放生态。OpenXR 最大的意义是,游戏开发者使用一个 API 接口就能让游戏在不同品牌的 VR/AR 中运行;硬 件厂商则可利用现有 OpenXR 内容降低市场进入门槛,为消费者提供更丰富的内容体验。目前微软在 HoloLens、WMR 头显均提供 OpenXR 支持;Unity 推出 OpenXR 支持预览版;Epic 宣布虚幻引擎 5 不再支持 SteamVR、Oculus 等平台,转而支持且仅支持 OpenXR 标 准;Oculus 推荐游戏引擎使用 OpenXR 等。国内厂商中华为、兆芯、Pico 等也加入 OpenXR 联盟参与标准的讨论与制定工作。

平台:Steam 盘据一方,Quest 平台异军突起

平台竞争主要取决于内容影响力与硬件渗透率,目前 VR 平台中影响力最大的为 Steam(内 容驱动)与 Oculus Quest(硬件驱动)。Steam 平台受益于 3A级VR 游戏《半条命:Alyx》 的推动,2020 年 VR 活跃用户大大增长,Valve Index 头显也供不应求。截至 2020 年 12 月, Steam 官方数据显示 Steam 平台会话数量达 1.04 亿次,总游戏时长增加 30%,新增用户达 170 万,VR 收入增长 71%,VR 月活超 200 万人。Quest 平台则随着 Quest 2 销量暴涨, 活跃用户数及平台收入一路暴涨,据 VRFocus 称,截至 2021 年 2 月,Facebook 公布 Quest 平台有超过 60 余款游戏收入达 100 万美元,其预计到 2021 年底平台累计收入将超过 5 亿美元。

2.1.3. VR:硬件趋于成熟,静待内容与应用百花齐放

硬件

VR 终端的硬件主要由芯片处理器、屏幕及光学器件、声学器件、存储、壳料、辅料等构成。 其中,芯片处理器、存储、光学显示器件在 VR 终端成本中占比较高,与智能手机重合度较高,许多领域的技术积累可以复用,硬件产业链相对比较成熟。VR 目前的主要的使用场景 是游戏及视频,以图像处理与显示为功能重点,因此硬件成本中屏幕占比 36%、光学器件占 比 6%,光学显示器合计占比约 40%;同时 VR 也需要较高的内存,存储成本占比 27%;负 责计算、渲染和图像处理的 CPU、GPU 处理器占比 16%左右。

以 Oculus Quest 2 为例,Quest 2 采用高通骁龙 XR2 芯片组、闪迪内存、JDI、夏普的 LCD 显示屏、两片菲涅尔透镜、国产锂电池组、4 个外部摄像头实现 6DOF 头部交互,产品具 备更轻的质量、更紧凑的结构、更准确的交互及更高的图像性能。

产品形态:VR 一体机成为主流方案,设备价格进一步下探。近一年 VR 新品频出,以 Oculus Quest 2 为代表的 VR 一体机持续畅销。一体机已经成为消费级 VR 主流技术方案,一体机 体积小、重量轻、更便携,应用场景更加丰富与广泛,符合消费类电子产品的演进趋势。同 时观察到 VR 设备价格进一步下探,2020 年 10 月 9 日发售的华为 VR Glass 定价 1999 元, 2021 年 5 月 24 日发售的 NOLO Sonic 定价 1999 元,VR 终端实现价格下沉,有望进一步 提升市场渗透率。

根据 VR 终端的硬件组成将其拆解为以下四大模块:计算模块、定位模块、光学模块、显示 模块。VR 终端基于四大模块采用不同性能的组件、不同路径的技术方案进行组合构成了目 前市场上各有差异的设备。我们依次对四大核心模块进行拆解分析,VR 硬件产业链已经具 备较高的成熟度,且各个模块仍具备边际改善的升级空间。

1)计算模块:高算力为便携性松绑,高通 XR 芯片完成迭代

VR 彻底构造三维虚拟空间需要巨大的算力支持,这往往通过 PC 机的高性能 CPU 与显卡才 能勉强实现。然而,这类高性能计算设备往往难以做到小型便携化,VR 显示设备外接高性 能设备变为必然趋势,采用线缆连接方式造成的行动区域受限大幅削弱了 VR 的发展空间。目前 VR 处理器分为手机芯片及专用芯片,以骁龙 820、MTK、三星、麒麟等为代表的手机 芯片性能优越,但其功耗与散热问题难以解决且成本较高;以高通骁龙 865 为基础的 XR 专 用芯片是目前 VR 一体机的绝对主力芯片。

高通于 2018 年推出专门为 VR/AR 一体机设计的芯片 XR1,其性能比骁龙 845 XR 版稍弱, 但成本更低,基本达到沉浸式 VR 体验的最低标准。2019年高通骁龙发布5G+XR芯片 XR2, 骁龙XR2 是以骁龙865为基础针对 VR/AR 设备进行改造的专用芯片平台,结合了高通 5G、 AI 及 XR 领域的最新技术,相对 XR1 其性能得到显著提升,目前新一代 VR 一体机 Oculus Quest 2、VIVE Focus 3、Pico Neo 3 系列等均采用 XR2 平台。

根据高通官方介绍 XR2 芯片性能:1)在视觉体验方面,XR2 平台的 GPU 可以 1.5 倍像素 填充率、3 倍纹理速率实现高效高品质的图形渲染;支持眼球追踪的视觉聚焦渲染;支持更 高刷新率的可变速率着色,可以在渲染重负载工作的同时保持低功耗;XR2 的显示单元可以 支持高达 90fps 的 3K×3K 单眼分辨率;在流传输与本地播放中支持 60fps 的 8K 360 度视 频。2)在交互体验方面,XR 2 平台引入 7 路并行的摄像头支持及定制化的计算机视觉处理 器;可以高度精确地实时追踪用户的头部、嘴唇及眼球;支持 26 点手部骨骼追踪。3)在音 频方面, XR2 平台在丰富的 3D 空间音效中提供全新水平的音频层以及非常清晰的语音交 互;集成定制的始终开启的、低功耗的 Hexagon DSP;支持语音激活、情境侦测等硬件加 速特性。4)除硬件平台外,高通还提供包括平台 API 在内的软件与技术套装以及关键组件 选择、产品、硬件设计资料的参考设计。

2)定位模块:Inside-out+6DoF,打破固定场景限制

当前 Inside-out 已经取代 Outside-in 成为 VR 主流追踪技术架构。定位追踪技术在实现上 主要分为两类,即“Outside-in”和“Inside-out”。Outside-in 追踪定位技术需要在房间里布 臵传感器的摆放或者悬挂位臵,最早实现产品化并开始大量用于体验馆、线下门店等商业场 景。2017 年微软 Hololens 采用 Inside-out 技术方案后,这种摆脱外部设备的追踪技术受到 关注,随后越来越多的大型厂商推出以 Inside-out 为基础的设备。Inside-out 追踪定位技术 能够实现设备的无绳化,随着机器视觉算法的逐步成熟,Inside-out 方案仅靠 VR 头显上的 摄像头即可准确定位,有效降低了硬件成本及上手难度。

基于手柄的“6+6”头手交互为当前主流交互方式。定位技术的原理简单概括,就是“信号 源+传感器”,使用相应的算法计算出物体的位臵信息(包括三轴及旋转共六个自由度,6DOF)。随着算法及算力的成熟,VR 设备从初期的 3DOF 向 6DOF 演进,如 Vive Focus 升级为 6DOF 手柄的 Vive Focus Plus;Oculus 推出首款 6DOF 一体机 Oculus Quest;Pico 将其 3DOF 的 Pico 小怪兽一体机升级为 6DOF 的 Pico Neo。目前手柄控制依然是主流,融合 Inside-out 6DOF 头动+ 6DOF 手柄交互的 “6+6”交互路线是主流方案,代表厂商包括 Oculus Quest、Pico、Nolo、Ximmerse 等。各厂商的 VR 手柄设计有较大不同,通常都会 配臵摇杆,小型触摸板,A、B 操作按钮,以及握柄部分的电容感测,可识别压力、触感、 以及光学数据。裸手交互是未来的发展趋势。裸手交互(原生手势识别)方案需要识别出手 部骨架的 21 或 26 个关键点,并将每个点用 3 个自由度衡量,输出 21/26*3 维的矢量,并 由专业算法来识别手部的姿态和位臵。裸手交互的硬件方案包括 RGB 摄像头、3D 摄像头 (TOF、结构光、双目视觉)和数据手套等,业界标杆是以 Leap Motion 与 uSens 为代表 的双目红外相机方案,支持双手交互、单手 26DOF 跟踪,广泛用于一体式、主机式虚拟现实终端,而在手机式产品方面,华为 AR Engine 利用结构光器件实现单手 26DOF 交互方 案。

3)光学模块:菲涅尔透镜应用成熟,攻坚折叠光路技术

菲涅尔透镜使 VR 头显设备能在短距离中实现有效图像显示效果,是目前主流 VR 头显透镜 光学部件。菲涅尔透镜,又名螺纹透镜,采用聚乙烯塑料注塑成型工艺,表面加工成一圈圈 向外由小到大由浅到深的同心圆,剖面看似锯齿状。该设计能够在保留常规透镜光学特征的 同时实现镜片轻量化,即在构造大光圈+短焦距的透镜的同时具有较轻的重量与较薄的厚度。但菲涅尔透镜由于焦距所限无法减少光学成像模组的整体厚度,同时其光学特性会在一定程 度上影响成像质量,使显示器件的清晰度受损及曲率出现偏差。菲涅尔透镜的制造工艺已经 较为成熟,生产成本也较常规透镜低。

折叠光路,又称短焦距光学系统,其成熟应用将带来 VR 设备里程碑式的体验提升。因为镜 头需要将来自显示器的光聚焦到用户眼中,而光线的聚焦必须留以足够的距离,所以 VR 头 显必须保持一定的厚度。折叠光路的原理是使用偏振膜将光路压缩、将距离“折叠”到其自 身,使光线可以在更窄的空间内穿越同样的距离,以使得整体 VR 设备变轻薄。同时折叠光 路也可以实现更好的成像效果以及更广的视场角,有望进一步提升 VR 设备的整体体验。但 折叠光路也存在诸多技术难点,包括 1)光学设计复杂;2)光效较低、光线经多次折返后强 度下降;3)轻薄设计与广视角难以兼得等。

软件

1)系统软件:3D 化与实时性成为现有操作系统技术面向

虚拟现实优化创新的重要技术方向。正如 iOS 基于 UNIX,Android 基于 Linux,虚拟现实 OS 并非独立于现有操作系统发展 而来,在操作系统和底层软件上继承了移动端特性,是基于移动 OS 定制优化的嵌入式实 时系统。一方面,结合近眼显示等特点,虚拟现实 OS 有望成为首个 3D 化操作系统。当 前移动 OS 主要面向传统手机应用设计,用户视野较小,UI 控件和 Layout 布局方式均面 向 2D,对多任务系统的执行并不迫切。虚拟现实 OS 可能不再有“桌面”概念,用户目之 所及即为操作界面,更加强调空间思维,在 3D 图形渲染、3D 内容传输、3D 显示乃至基 于 glTF 等新兴 3D 格式等方面变化甚巨。

另一方面,结合感知交互等需求,虚拟现实 OS 凸显稳态、实时、紧耦合的发展特性。传 统移动 OS 是一个“待命式”系统,系统基于用户有意识主动操作进行响应,且各子系统 相对独立,如传感与渲染子系统、图像输入与渲染子系统,并无传感器直接同渲染处理耦合, 系统设计存在诸多缓存逻辑。虚拟现实 OS 更像稳态系统,不论用户主动操作与否,从姿态 到渲染保持实时稳定运行,20ms MTP 时延约束成为其中核心技术挑战,体现在如下方面。在图形渲染方面,由于复杂合成系统将带来过高渲染延迟,不同于移动 OS 用户界面 2D 图 层合成的方式,虚拟现实 OS 渲染方式存在显著差异。在传感融合方面,移动 OS 交互方 式以触屏为主,基于这一交互技术的事件体系在虚拟现实中无法使用,此外,移动 OS系统架构中缺少高精度高频率的传感融合实现,架构的复杂性导致传感延迟较高。在内容应用 方面,移动 OS 图形驱动均为 C++库,上层应用采用 Dalvik 虚拟机作为运行时,与实际 图形驱动较远,效率较低,且移动 OS 的事件回调机制难以满足虚拟现实应用的实时性需 求。

2)工具软件:3D 开发工具系核心是生产与创作工具,逐步走向简单化、轻量化、可视化。 目前市场核心的 3D 开发引擎包括 Unity 的 U3D、Epic Games 的 Unreal Engine,以及 Frostbite Engine 寒霜引擎、起源引擎等,主要用于游戏、影视等 PGC 的内容生产。由于 Metaverse 需要简单易用的生产工具,3D 开发工具也逐步走向简单化、轻量化、可视化, 如 Roblox 平台的开发工具 Roblox Studio,《我的世界》MC Studio 等。

目前,VR/AR 均已脱离了基于厂商原始 SDK 的简陋低效开发阶段,而步入了第三方技术支 持的高效开发新纪元。VR 大型应用开发已得到各类图形库平台供应商的支持。VR 开发不再 拘泥于 Oculus SDK、OpenVR 等原始 SDK,而是可以通过 Unity、Unreal 等成熟图形引擎、 游戏引擎实现快速高效开发。

平台/内容

VR 内容题材日益丰富,促进 VR 体验向消费者渗透普及。截至 2020 年 12 月,Steam、 Oculus PC、Viveport、SideQuest、Pico、Oculus Quest 平台的 VR 应用总数分别达到 5554、 1755、2513、931、578、235 款。截至 2020 年 9 月,Facebook Quest 平台内容收入已达 到 1.5 亿美元,35 款游戏收入达到百万美元,沉浸声、手势识别与虚拟化身等特色内容制作 SDK 陆续发布。随着 VR 内容的丰富、设备体验的升级以及售价的不断下探,VR 产品将 进一步向消费者渗透普及。

应用

游戏之外,视频、直播、电竞、社交等商业场景亦多点开花,呈现广阔前景。根据 IDC 数 据,消费类 VR 主要包括游戏、视频、直播、影院、电竞、社交、音乐等领域,而商业类 VR 主要是教育、文旅、医疗、家装、房产、零售等。其中基础的 VR 娱乐产品如游戏、视频、 直播等需要用户具有高沉浸感,从而达到“身临其境”的体验,这对于 VR 内容的品质要求 非常高;而对于商用场景,用户对产品的关注点更多的在于能否达到相应的效果,因此,商 用 VR 的内容门槛相对用户端要低,内容制作成本也相对较低,同时一些商业模式也已经跑 通,我们预计商业 VR 将迎来高速发展。

据微软预测,至 2025 年,企业市场规模(184 亿美元,占比 43.64%)将超过消费市场(159 亿美元)。当前企业市场主要由一线工人(FLW)类需求主导,且主要集中在离散制造、流 程制造相关行业,但坐办公室的信息工人(IW)类企业市场也正开始受益于 AR/VR 带来的工作潜力,包括如协作场景、虚拟会议和设计评估等。

从具体落地来看,根据 IDC 的预测,我国 VR 市场企业 IT 支出规模预计将在 2024 年达 到 921.8 亿元,2020-2024 年 CAGR 约为 39.5%,行业处于高速增长期,具体到细分行 业,从 2019 年数据来看,VR 教育占比最高,达到 25.1%,其次是制造、零售、消费及 服务业。政策方面,教育部印发的《2019 年教育信息化和网络安全工作要点》中将 VR 技 术纳入教育信息化的年度重点工作任务。产业方面,根据华为 AILab 于 2018 年 6 月发布 的 VR 教育白皮书,国内的讯飞幻境已与 40 多家公立学校开展 VR 教育合作。

2.1.4. AR:部分环节尚存技术难点,但发展潜力巨大

硬件

光学与显示领域仍是 AR 硬件的重要突破点,光学与显示占据 1000 美元级 AR 硬件成本的 43%。AR 眼镜的光学与显示模组包括近眼显示(即光学镜片)、微显示器及与二者相关的景深技术。光学显示是 AR 眼镜组成的核心部分,影响最终成像效果,光学显示之于 AR 眼镜 相当于屏幕之于手机。AR 眼镜其余供应链环节与智能手机重合度较高,量产及普及的壁垒 较低。

以 HoloLens 为例,主要硬件包括全息处理模块、2 个光导透明全息透镜、2 个 LCos 微型投 影以及 6 个摄像头,总成本 1500 美元。其中 LCos 微型投影设备与透明全息透镜达 570 美 元(中国部分厂家单个 LCos 微型投影仪成本 500-1000 元不等)、占比 43%,全息处理单元 (CPU、GPU、HPU)成本约 400 美元、占比 31%,存储设备 200 美元,6 个摄像头及传 感器成本 100 美元,电池 30 美元。

产品形态:AR 眼镜一体式与分体式并存,主流产品逐步具备手势识别功能。AR 眼镜尚未形 成统一的产品形态与技术路径,当前一体式、分体式并存。一体式 AR 眼镜由于需要将电池、 芯片等集成在眼镜中,当前难以做到轻量级。手势识别功能是 AR 感知交互的重要方式,也 是 AR 眼镜的基础性功能配臵,当前 HoloLens 2、Magic Leap one、Nreal light 等较为主流 的 AR 眼镜均具备手势识别功能,而配臵深度摄像头模组是具备手势识别的刚性要求。

1)光学(成像)模块:升级路径明确,光波导为最终发展方向

AR 的光学元件与 VR 有很大不同。AR 需要 See Through,与真实环境发生交互。AR 的近 近眼显示是不能直接放在眼前而是放到眼睛旁边,因此需要一组光学元件将屏幕的像耦合到 眼前。AR 光学元件正在由自由曲面/Birdbath 等向光波导演进。短期来看,由于成本可控, 工艺较为成熟,自由曲面/Birdbath 仍会在 C 端 AR 市场占有一席之地。长期来看,由于光波 导轻薄性及显示效果优势,一旦突破量产瓶颈后有望实现快速渗透。

光波导可以分为两类技术方案,几何光波导与衍射光波导。几何光波导成像效果好但量产难 度高,衍射光波导具备基础量产条件有望成为主流技术方案。几何光波导由一系列半透半反 镜面组成,镜面是嵌入到玻璃基底里面并且与传输光线形成一个特定角度的表面,每一个镜 面会将部分光线反射出波导进入人眼。几何光波导的概念最先由以色列公司 Lumus 提出并 一直致力于优化迭代,市场上还未出现大规模的量产眼镜产品。

几何光波导运用传统几何光学设计理念、仿真软件及制造流程,没有牵扯到任何微纳米级结 构,因此图像质量可以达到很高的水准。但是,整体工艺流程比较繁冗,包括半透半反镜面 阵列的镀膜工艺。

衍射光波导可进一步细分为全息光波导与表面浮雕光栅波导,主要原理为通过衍射光栅替代 传统几何光学器件,采用镜片表面的光栅结构实现光束的扩展和耦出。通过合理的设计光栅 结构,光栅波导技术可以实现出瞳的二维扩展。衍射光栅是一个具有周期结构的光学元件, 周期可以是全息技术在材料内部曝光形成的“明暗干涉条纹”(全息光波导),也可以是材料 表面浮雕出来的高峰和低谷(表面浮雕光栅波导)。

全息光波导方案通过双光束全息曝光技术在介质中形成干涉条纹,从而可以获得折射率周期 性变化的光栅结构。全息体光栅并不是通过结构图型而是通过材料的不同制作光栅,理论上 全息光栅的衍射销率可以达 100%,有更好的成像效果。但全息体光栅材料和量产工艺是当 前门槛。材料端合成难度大,且多用于军用对我国禁运。量产工艺激光脉冲法不适用于规模 量产。全息体光栅方案厂商需要具有 IDM 能力,提供从材料到量产完整的解决方案,代表公 司包括苹果公司收购的 Akonia、Digilens、Sony 等。

表面浮雕光栅波导方案通过使用亚波长尺度的表面浮雕光栅代替传统的折反射元件作为光 波导中耦入、耦出和扩展区域的光学元件,从而实现对光束的调制。根据凹槽的轮廓、形状 和倾角等结构参数的不同,常用的表面浮雕光栅可以分为一维光栅与二维光栅。一维光栅根 据剖面形状划分为矩形光栅、梯形光栅、闪耀光栅和倾斜光栅等,二维光栅常用的结构有六 边形分布的柱状光栅。目前通过纳米压印技术,表面浮雕光栅波导已具备成熟批量生产条件, 代表公司包括微软 HoloLens 2,Magic Leap One 等。

衍射光波导技术与几何光波导相比,其主要优势在于光栅在设计与生产更具灵活性,不论是 利用传统半导体微纳米制造生产工艺的表面浮雕光栅,还是利用全息干涉技术制成的体光栅, 都是在玻璃基底平面上加镀一层薄膜然后加工,不需要像几何光波导中的玻璃切片和粘合工艺,可量产性及良率要高很多。

2)显示模块:LCOS 是当前主要方案,MicroLED 是远期最佳解决方案

AR 有四类显示方案:LCOS、DLP、硅基 OLED、MicroLED,其中 LCOS 是当前主要方 案,波导+MicroLED 是远期最佳解决方案。

LCOS 硅基液晶(liquid crystal on silicon),将液晶分子填充于上层玻璃基板和下层金属 反射层之间,金属反射层和顶层 ITO 公共电极之间的电压共同决定液晶分子的光通性,而 显示驱动电路直接在硅基板上完成制备。LCoS 的显示原理为入射的 S 偏振光经过液晶层, 若液晶不产生扭转,达到底部金属反射层反射回来时仍为 S 偏振光,穿过液晶层射出。随后 经过 PBS 棱镜反射回到原来光路 ,光线不进入投影光路,即此像素呈现“暗态”。反之, 若液晶发生偏转,入射的 S 偏振光在经过液晶层时会发生偏振,可穿过 PBS 棱镜是,将进 入投影光路,即呈现“亮态”。LCoS 的制作工艺主要为通过半导体工艺进行刻蚀与沉积制 造将液晶层和各种保护反射层制备到硅基驱动。目前由于 LCOS 量产工艺成熟,大部分参数 都适配光波导,其目前是 AR 主要方案。DLP 数字光处理(Digital Light Processing),原理与 LCoS 类似,但是不是通过液晶对 光学进行处理,而是通过棱镜。

DLP 核心在于 DMD(Digital Micromirror Device),该核心 MEMS 器件由 TI长期垄断。制作工艺主要为通过半导体工艺制作 MEMS 系统控制楞镜偏转,从而控制光路。硅基 OLED(OLED-on-Silicon)方案,原理与传统 OLED 方案相似,由于在玻璃基板上很 难驱动小尺寸的像素,从而使用 CMOS 工艺来替代。但由于 OLED 方案的光亮度小,如果 配合光波导在户外使用效果不佳。硅基 OLED 方案会限制 AR 的使用场景,配合光波导效果 不佳,目前看不是主流方案。

Micro-LED 高集成半导体信息显示技术,指以自发光的微米量级的 LED 为发光像素单元, 将其组装到驱动面板上形成高密度 LED 阵列的显示技术。由于 micro LED 芯片尺寸小、集 成度高和自发光等特点, 在显示方面与 LCD、OLED 相比在亮度、分辨率、对比度、能耗、 使用寿命、响应速度和热稳定性等方面具有更大的优势。Micro-LED 是目前业界内比较公认 的最佳解决方案,其刷新率、亮度、发光方式、像素密度等指标都可以提供最佳性能指标。但由于其像素尺寸,间距都是几微米量级,给量产及全彩方案带来了极大的挑战。JBD 已于 2020 年实现了点间距 5μm,5000DPI 的单色 Micro LED 晶圆量产;随着海兹定律推动 LED 成本持续下探,芯片尺寸不断下降,Micro LED 正在快速落地,有望成为搭配光波导的最终 AR 显示技术。

Micro-LED 的显著优势构建在复杂的工艺流程与严苛的技术门槛上。Micro-LED 显示主要包 括外延生长、驱动背板制作、芯片制作、批量转移等工艺流程。其中,芯片制造、巨量转移、 驱动是 Micro-LED 产业化的主要痛点,巨量转移更是“难上加难”。目前,业界推出了 Stamp 转移、激光转移、自组装转移以及 bonding、Interpose 等转移技术,但总体来看,转移技术 的成熟度和良率水平还有待提升,需要全产业链的持续探索和优化。

软件

AR 软件已经过各大互联网公司打包整合,功能更加完善,技术支持更加充分。苹果、谷歌 都在开发者大会上推出了面向 AR 开发者的便捷化软件开发工具。

苹果的 AR Kit:2017 年 6 月的 WWDC 大会上,苹果正式公布了自己的增强现实开发者平台AR Kit,它支持 Unity、Unreal 和 SceneKit,具备动作追踪以及平面、光线、范围估算 等特性便于 AR 游戏开发者、电影制作人或是品牌开发自己的作品。库克直接把它叫做“全 球最大的 AR 平台”。

谷歌的 AR Core:2017 年 8 月,谷歌宣布推出了和 AR Kit 对标的增强现实 SDK,名为“AR Core”。2017 年 10 月 19 日,三星和谷歌宣布了一项合作,将谷歌的增强现实开发平台 AR Core 引入三星 Galaxy 智能手机系列。

其他 AR SDK 软件工具产品:在 AR SDK 生态系统中,除了 AR Kit 和 AR Core 这两棵大树 外,还存在一些辅助的 SDK。国外有老牌 AR SDK Vuforia,2015 年被苹果收购的 Metio, Facebook 的 AR Studio 等;国内 AR SDK 有百度 AR,腾讯 QAR,支付宝 AR 等。

平台/内容

AR 开发成本降低,应用内容大幅增加。Pokemon Go 的火爆让大众第一次直观感受到 AR 的 魅力。得益于 AR Kit、AR Core 等高效开发软件,制作 AR 应用的门槛和成本大幅降低。同 时,AR 应用数量激增。AR 应用程序在 2017 年 9 月 20 日 AR Kit 正式上线之初只有五十多 款,而在 3 个月的时间就已经有超过 1000 款应用。AR 应用在内容上也呈现多样化的趋势, 既有类似 Pokemon Go 这样的 AR 游戏,也有传统制造企业与 AR 的联合,比如宝马推出的 BMW i Visualizer,乐高也发布了使用 AR Kit 的来整合数字和实物的应用 AR Studio。

应用

AR 产业因产品形态与价格尚未达到消费级的水平,当前仍在 B 端商业场景落地,2021 年预 计光波导镜片与 MicroLED 微显示屏幕良率及量产难题将有所突破,AR 眼镜在功耗、体积、 重量、视场角会有大幅的改善及提升,AR 眼镜将越来越接近普通眼镜形态,整体来看,AR 产业进入 C 端市场尚待时日,需苹果、微软等巨头的推动和产业界共同努力。

基于 AR 的远程协作解决方案将称为未来几年 AR B 端市场的重要落地场景。AR 远程协作 可通过 AR 眼镜或具备 AR 功能的手机等采集声音音频,并通过无线网络传输到后台协助端 进行技术支持,具有低延迟、高画质的优良特性。基于 AR 眼镜的远程协作可以解放双手, 借助 AR 远程协作系统,可由经验丰富的技术人员协助运维人员进行“面对面”的远程指导 服务。当下代表性的主流 AR 远程协作平台包括:微软 Dynamics 365、Atheer ARMP、Scope AR WorkLink 等。

2.2. 5G 加速:基础设施趋于完善

5G 网络高速率、低时延的特性将大幅提升 VR/AR 用户体验。根据 5G 的性能指标,5G 移 动网络能够达到 20Gbps 的峰值速率,是 4G 的 20 倍;能够达到 1Gbps 的体验速率,是 4G 的 100 倍;空口时延 1ms,是 4G 的 1/5。

相较 4G,5G 在网络传输、通信时延等方面均有较大技术提升,其技术革新将给 VR 设备的 带来更大的想象空间。据赛迪智库对比 5G 与 4G 的关键性能指标,5G 网络下画面端到端延 迟相比 4G 将减少 10 倍,将显著减轻玩家眩晕感;5G 传输信号下用户体验速率提升 10-100 倍,PC VR、主机 VR 将摆脱连线直接通过无线型号进行传输,甚至直接将算力放至云端, 可以减轻设备体积及重量。

千兆带宽+ Wi-Fi6能够较好满足 VR/AR 网络要求。我国目前已经基本普及了百兆光纤入户, 未来将逐步开展城市千兆带宽入户示范。固定网络经历了 5 个阶段的发展,目前已进入以 10G PON 光纤技术为基础的千兆时代。10G PON 作为千兆网络的基础技术,与前几代固 定接入技术相比,带宽、用户体验及联接容量三个方面均有飞跃式发展,上下行速率将高达 对称 10Gbps,时延降低到 100μs 以下,实现全场景多业务覆盖,满足 VR 用户的规模化 发展。同时,下一代 Wi-Fi 技术 Wi-Fi 6 在传输速率、功耗、空间和性能等方面同样具有 较大提升。Wi-Fi 6 支持更高的传输速率,最高速率可达 9.6Gbps;允许更多的设备接入, 并且能够加快每一台设备的速度与容量;在连接相同数量设备的基础上,速度是 Wi-Fi 5 的 近四倍。

Cloud VR 能够解决本地 VR 现存痛点,有助于加速行业普及。VR 用户体验与终端成本的 平衡是目前影响 VR 产业发展的关键问题。本地 VR 受到用户体验与终端成本的制约, Cloud VR 能够解决主要痛点。一方面,以 HTC VIVE、Oculus Rift、Sony PlayStation 等 为代表的高品质 VR 设备,其配臵套装价格高达数千乃至万元,过高的终端成本明显制约了 高品质 VR 的普及。另一方面,目前 VR 的渲染主要在本地主机或终端进行,如果连接电 脑会损失便携性;VR 一体机配臵显卡则相对体积大、头显重。此外,通过统一的 Cloud VR/AR 平台,可适配不同终端上的不同类型的内容,解决 VR 内容的分散性。

2.3. Metaverse:指向下一代互联网形态

2.3.1. VR 是下一代媒体形式,AR 是下一代计算平台

VR(Virtual Reality)与 AR(Augemented Reality)互相竞争、互相成就。AR 由于需要 在用户真实视觉场景中构造出虚拟三维物体,本身就带有一定的 VR 色彩,因而 AR 与 VR 常统一为 VR/AR 概念一并进行讨论。两者的区别主要体现在:

1)两者的目的不同。VR 的目的是提供一个完全的虚拟化三维空间,令用户深度沉浸其中而 不发觉。AR 的目的是为用户提供在真实环境下提供辅助性虚拟物体,本质只是用户视野内 现实世界的延伸。

2)两者的实现方式不同。现有的主流 VR 头显技术通过用户位臵定位,利用双目视差分别 为用户左右眼提供不同的显示画面,已达到欺骗视觉中枢制造幻象的目的。相比之下,AR 技术则通过测量用户与真实场景中物体的距离并重构,实现虚拟物体与现实场景的交互。

3)两者的技术痛点不同。VR 的关键在于如何通过定位与虚拟场景渲染实现用户“以假乱真” 的沉浸体验,目前的应用瓶颈在定位精度与传输速度。AR 的关键是如何通过在虚拟环境里 重构现实世界的物体已实现“现实-虚拟”交互,目前的技术瓶颈主要在算法和算力上。

4)两者的服务对象不同。VR 产品经过多年发展,已逐步进入商品化流程,目前零售产品报 价在 500-4000 人民币之间,面向终端消费者。AR 产品仍然处于发展的初期,相关新品的报 价在 20000-50000 人民币之间,主要面向特定企业级用户预订。

虽然 VR、AR 存在明显的差异,但它们并非完全独立的技术。VR 和 AR 在互相竞争的同时 也在互相成就。VR 利用计算机生成的图像完全取代现实世界,AR 则将计算机生成的图像添 加到用户周遭环境中。但最终两种技术的竞争将会模糊化,同一设备可以两种技术兼而有之。

从 VR 与 AR 的区别上我们不难发现 VR 本质上是更先进的媒体形式,而 AR 却是强大的计 算平台。VR 主要应用于游戏、娱乐方面,如同将游戏机放在眼前;而游戏、娱乐仅仅是 AR 应用的子集,未来 AR 在医疗、工业、教育、零售等市场有巨大的发展潜力。

VR 产业凭借消费级硬件产品、爆款 VR 游戏逐步向 C 端市场渗透。1)标杆 VR 头显 OculusQuest 2 在 2020 年完成迭代,同期销量超一代 5 倍以上,Quest 热销促进了 VR 内容消费的 繁荣,Quest 平台累计销售收入超 1.5 亿美元,超 60 款 VR 游戏收入达 100 万美元;2) 《Half-Life:Alyx》VR 游戏显著带动 Valve Index 头显销量,游戏宣布开售后 Valve Index 头显相继在 31 个国家售罄。2020 年 3 月,在《Half-Life: Alyx》上线的推动下,steam 平台 Valve Index 占头显设备比重从上月的 7.69%增加至 11.14%,环比增幅达 3.48%。此外,Rift S、HTC Vive 占比均有所增加。在 B 端市场,VR 同样在教育培训、文化旅游、展览展示等 场景展示出强大的商业前景。

AR 产业产品形态、价格尚未达消费级水平,仍在 B 端商业场景落地。2021 年预计光波导镜 片、MicroLED 微显示屏幕良率及量产难题被突破,AR 眼镜在功耗、体积、重量、视场角会 有大幅的改善及提升,AR 眼镜将越来越接近普通眼镜形态。基于 AR 的远程协作解决方案 是 AR 在 B 端市场的重要落地场景,AR 远程协作可通过 AR 眼镜或具备 AR 功能的手机等 采集声音音频,并通过无线网络传输到后台协助端进行技术支持,具有低延迟、高画质的优 良特性。AR 产业进入 C 端市场尚待时日,需苹果、微软等巨头的推动及产业界共同努力。

2.3.2. Metaverse 指向下一代互联网形态

Metaverse 元宇宙并非一个严谨的学术概念,目前尚无统一的定义,我们将其归纳为 Metaverse 为在虚拟环境中搭建的“现实世界”,人们利用数字分身 Avatar 在时间依然只能 单向流动的世界中进行同步实时交互,用共通协定的“货币”购买及出售由任何人/组织机构 创建的物品(可以是内容、体验、服务等)。Metaverse 的关键特征包括永续性、实时性、 无准入限制、经济功能、可连接性、可创造性。

行业所共识的一点是,Metaverse 不会一夜之间出现。“Metaverse 前”与“Metaverse 后” 不会有泾渭分明的界限,而且也不会是由一家公司打造与运行。Metaverse 是互联网的下一 代形态,将由许多独立工具、平台和由共享基础设施、标准和协议支撑的世界不断融合产生。

拆解 Metaverse 为 meta(表示超越)、verse(取自 universe)。直观理解,元宇宙的发展大 概率会历经两大阶段:第一阶段,超越真实世界,即真实世界中的公司借助数字化等技术手 段搭建“分布式”的虚拟世界/平台;第二阶段,形成宇宙,分散的虚拟的世界/平台在一定 机制下实现互通,被一套系统串联起来。真实世界中的各类型公司/各功能场景在虚拟世界中 的交叉点或将催生较为成熟的 Metaverse 元宇宙。

Metaverse(元宇宙)最初作为科幻概念被首次提出。1992 年,科幻作家 Neal Stephenson 在其著作《雪崩》中的描述中,人类可以通过 Avatar(数字替身),在一个虚拟三维空间中 生活,现实世界的所有事物都可以被数字化复制到这一空间,作者将这个人造空间称之为 Metaverse(元宇宙)。Metaverse 脱胎于现实世界,又与现实世界平行,并且始终在线。2018 年问世的电影《头号玩家》中的“绿洲”,进一步具象呈现了 Metaverse 的可能样貌,它具 有完整运行的经济系统、跨越实体和数字世界,数据、数字物品、内容以及 IP 都可以在其 间通行,用户、公司都可以创作内容、商品,让 Metaverse 愈加繁荣。

疫情隔离加速虚拟世界感知,为元宇宙概念做好铺垫。因居家隔离需求,人们的生活场所被 迫转变成为基于真实世界的虚拟世界,将包括工作、生活、娱乐、学术等诸多线下行为投射 到视频会议、游戏等在线数字化场景中。具体来看,Zoom 等在线视频会议工具在疫情隔离 期间得到广泛应用;加州伯克利大学选择沙盒游戏《我的世界》(Minecraft)作为毕业典礼 的举办场所,毕业生们以虚拟形象齐聚校园参加毕业典礼;美国著名流行歌手 Travis Scott 在游戏《堡垒之夜》(Fortnite)中举办的一场虚拟演唱会容纳全球千万游戏玩家观众;全球 顶级 AI 学术会议 ACAI 在游戏《动物森友会》上举办研讨会并由演讲者在游戏中播放 PPT 发表讲话等。随着线上线下行为的打通,真实世界与虚拟世界的边界进一步模糊,强化人们 对虚拟世界的感知与想象力。

Metaverse 模胚《堡垒之夜》实现多 IP、跨平台联动。《堡垒之夜》游戏实现巨量的品牌 IP 包括漫威、DC、NFL(美国国家橄榄球联盟)、乔丹等多个不同世界观体系的 IP 同时上线。《堡垒之夜》具备创意平台属性,随着游戏在全平台上线,主机、PC、移动端玩家无障碍互 动,自由创造。《堡垒之夜》中已经出现一个完整的次级经济体,玩家可以构建自己的内容 并将其货币化;小到数字服装(“皮肤”)或舞蹈(“表情”),并迅速扩展到使用《堡垒之夜》 的引擎、资产及美学创造所有新的游戏与体验。

Roblox 已具备 Metaverse 的初步基本框架。Roblox 最早从儿童教育起家,逐渐发展成为大 型多人游戏创作、分享及销售平台,通过开放式的平台和创作机制、由玩家主导建立一个去 中心化的世界,已经逐渐搭建起 Metaverse 的基本框架。Roblox 列出平台具有通向元宇宙 的 8 个关键特点:1)Identity(身份):自由创造虚拟形象,第二人生;2)Friends(朋友):跨越空间、多维社交;3)Immersive(沉浸感):虚拟与现实世界无障碍连接;4)Anywhere (随地):低门槛+高渗透率+多端入口;5)Variety(多元化):超越现实生活的自由;6) Low Friction(低延迟):5G、边缘计算,消除失真感;7)Economy(经济):UGC 创造 价值、与现实经济打通;8)Civility(文明):最终发展方向,虚拟世界大繁荣。

Metaverse 元宇宙的重要性集中体现在 1)新的增量价值;2)互联网的进化迭代;3)新的 货币与资源的分配方式。

1)新的增量价值:即使元宇宙达不到科幻小说作家的幻想愿景,但作为一种新的计算平台 或内容媒体也可能产生数万亿美元的价值。但在它的全部愿景中,元宇宙成为大多数数字体 验的门户,所有物理体验的关键组成部分,以及下一个劳动力平台。

2)互联网的进化迭代:元宇宙是下一代互联网功能性的“继承者”,且覆盖面更广、花费时 间更长、商业活动更多样。元宇宙时代会诞生新的公司、产品和服务,重构管理从支付处理 到身份验证、招聘、广告交付、内容创建、安全等一切商务活动。

3)新的货币与资源的分配方式:在虚拟世界中,选择居住在城市以外的潜在劳动者将能够 通过虚拟劳动参与“高价值”经济。随着越来越多的消费者支出转向虚拟商品、服务和体验, 我们还将看到我们生活的地方、构建的基础设施以及谁执行哪些任务的进一步变化。

2.3.3. VR/AR 是中场,Metaverse 是终局

元宇宙旨在构建一个持久的虚拟共享空间,同时依然能够保持对现实世界的感知和体验。沉 浸式交互设备为玩家进入元宇宙提供完全真实、持久且顺畅的交互体验,是真实世界与元宇 宙的桥梁,一方面最大限度地为玩家提供真实体感的沉浸式交互体验,另一方面让玩家保持 对真实世界的感知。因此,元宇宙的构建需要基于 VR、AR 及脑机接口技术的沉浸式设备作为必要的交互手段。沉浸式交互设备包括 VR 设备、AR 设备以及脑机接口设备等。其中,VR/AR 设备相对成熟、 已经能够应用于部分商业场景,如 3D 电影、3D 演唱会、模拟驾驶训练、线上虚拟旅游等。

然而,仅仅依靠 VR/AR 设备远远无法达到完全理想的Metaverse 元宇宙,尚无法为用户提 供顺畅无阻、稳定持久及虚拟共享的大规模交互与共享体验。VR/AR 终端复杂沉重,只能赋予人们局部感官的超现实体验,并不能实现所有感官的共享与交互,脑机接口技术 (Brain-Computer Interface,BCI)因此脱颖而出。脑机接口技术是指通过人脑与其他电子 设备之间建立直接的信号通道,从而绕开语言和肢体的方式实现与电子设备的交互。由于人 类的所有感官最终都是通过将信号传递到大脑才形成的,如果通过脑机接口技术,原则上将 能够通过刺激大脑对应区域从而完全模拟所有的感官体验。相比于 VR/AR 设备,直接与人 类大脑皮层相连的脑机接口更有可能成为未来元宇宙时代中玩家与虚拟世界之间交互的最 佳设备。

Metaverse 从概念走向现实,VR/AR 是必经阶段。一定程度上,VR/AR 是 Metaverse 的技 术基础。Metaverse 是一个共享的虚拟空间,允许个人与数位环境中的其他用户进行互动, 让人们可以以具体的虚拟形象存在其中,就如同活在与现实世界平行的世界。VR/AR 技术将 塑造网络呈现的新形态,VR 技术将让用户在虚拟的网络世界中获得更加真实、具体化的体 验,使虚拟世界与真实世界的运行模式更加相似;AR 技术则可以将虚拟世界与现实融合得 更紧密。

Metaverse 的发展也必将预示着 VR/AR 的崛起。技术的成熟伴随着价格的下调,产品体验 从分级客户逐渐转向大众消费,最终实现与互联网的完美融合,真正走进全真互联网时代。走向 Metaverse,VR/AR 的崛起需要一个漫长的过程,也蕴藏着巨大的利润。互联网时代, 是驱动产业繁荣发展的两大重要规律——“飞轮效应”与“网络效应”同样适用于元宇宙。元宇宙的内容产业需要在品类、质量上都具备足够的吸引力以形成“网络效应”,降低规模 扩张的边际成本;当发展到生态足够繁荣的阶段将形成“飞轮效应”,迈入生态自我促进与 优质内容自我增殖的持续繁荣阶段。

2.4. 围绕硬件、软件、内容/平台展开竞争

VR/AR 的竞争主要集中在三大领域:一是硬件(沉浸式终端设备);二是软件(操作系统、 工具系统);三是内容/平台(影视、游戏及其内容集成平台,虚拟社交平台等)。体验与性价 比的平衡是决定硬件渗透率的关键;操作系统是决定用户习惯与行业标准的生态制高点,工 具系统能极大提升开发效率;内容/平台的多寡则直接体现为在 VR/AR 市场占据的优势份额。

科技巨头围绕硬件、软件、内容/平台三大竞争方向,利用自身优势抢滩 VR/AR。在这一场 日益紧张的竞争中,各科技巨头依据自身资源禀赋的不同选择不同的切入方向。

2.4.1. Facebook:以消费级硬件切入,剑指 VR 社交

硬件方面,Facebook 在收购 Oculus 后相继推出 PC VR Oculus Rift CV,VR 一体机 Oculus Go、VR 一体机 Oculus Quest、PC VR Oculus Rift S、VR 一体机 Oculus Quest 2。其中 Oculus Quest 2 上线半年后销量超过此前所有产品总和,预测2021年销量为500-900万台。

软件方面,出于商业竞争及战略安全的考虑,Facebook 已经加大投入构建围绕空间计算与 3D 的完整 VR/AR 操作系统,以应对对安卓系统的依赖而受制于谷歌。自研操作系统有助于 Facebook 将社交、隐私与硬件深度结合,为其收购的公司以及合作伙伴构建完善生态。

内容方面,Quest 平台采用严格的审核机制决定游戏上线,以高品质内容成就高口碑,上线 以来收入规模稳步增长,累计收入规模超 1.5 亿美元,超 60 款游戏收入达 100 万美元。此外,VR 社交平台《Facebook Horizon》被视作 Facebook 志在社交的桥头堡,仍在测试 中,兼容 Rift、Quest。

2.4.2. 微软:专注 AR 眼镜,继续打磨 HoloLens

硬件方面,微软发布 HoloLens 一代惊艳市场,持续打磨后推出 HoloLens 2,增加了强大的 手势追踪,这种进步是划时代性的,如同智能手机的触屏功能;相对一代 CPU 性能有显著 提升,可以流畅运行复杂特效;与微软 Azure、Dynamics 365 等远程方案很好结合使用。

软件方面,HoloLens 运行在名为 Windows Holographic 的平台上,如果将 HoloLens 看作 PC 机,那么 Windows Holographic 平台就是操作系统。基于 Windows 10 的 Windows Holographic 平台能够提供全息影像框架、交互模型、感知 API 和 XboxLive 服务,目前在 Windows 商店里能够找到数百个全息 UWP 应用,可见其正在规模性地扩展。同时,微软联合 Unity 推出 MRTK 开发工具(Microsoft Mixed Reality Toolkit)旨在帮助开 发者轻松利用 Unity 开发跨平台 MR 应用,它同时允许开发者通过编辑器模拟轻松进行原型 设计。最新的 MRTK 2.7 现可通过 Mixed Reality Feature Tool 下载,正式支持 OpenXR。

2.4.3. 苹果:低调布局多年,颠覆性产品蓄势待发

专利技术,截至目前,苹果已有 330 多项公开可查的 VR/AR 关键专利。苹果在 AR/VR 领域 的布局最早可以追溯到 2006 年提交的一项头戴式显示器的专利。截至目前透露的最新专利 包括“动态环境照明控制”、“全景光场捕捉、处理和显示”,以及一项“基站”专利,为 VR/AR 内容提供处理能力,支持用户与内容进行 6DoF 交互。

软件方面,苹果最新的 ARKit 5 帮助开发者构建比以往任何时候都要更好的 AR 体验,主要 包括位臵锚定支持更多地区、人脸追踪功能升级、改进运动追踪等。

内容方面,苹果收购 VR/AR 直播企业 Next VR、收购虚拟现实初创公司 Spaces、Apple TV+ 流媒体视频服务中增加 VR/AR 内容,基于底层链条逐步完善内容生态。

2.4.4. 谷歌:不再支持 Daydream,重心重回 AR

战略调整,1)2012 年推出首款 AR 智能眼镜 Google Glass;2)2014 年搁浅 Google Glass 相关研发,并加入三星之列发售 Cardboard“手机 VR”,正式标志其进入 VR 领域;3)2016 年发布 Daydream VR 平台,并上市 Daydream View VR;4)2017 年推出 ARCore 平台;5) 2019 年关闭 Google Jump、不再支持 Daydream,战略重心重回 AR。

硬件方面,2017 年,Google Glass 以企业版本 Glass Enterprise Edition 回归,主要面向企业客户,涉及农业机械、制造业、医疗以及物流等领域。2019 年,Google Glass Enterprise Edition 2问世。企业级市场之外,谷歌于2020年收购加拿大眼镜公司North布局消费级AR, North 创立于 2012 年,主要研发支持手势控制操作的臂环设备 Myo;2018 年改名为 North, 同时推出智能眼镜 Focals,同年 North 收购英特尔 230 多份智能眼镜专利。

软件方面,对标苹果 ARKit 推出 ARCore,基于安卓系统搭建增强现实(Augmented Reality, AR)应用的 SDK。ARCore 使用三项关键技术来整合虚拟内容和现实世界:运动跟踪技术 (让手机能够理解并追踪自身在环境中的相对位臵);环境理解技术(让手机可以侦测到扁 平的水平面,如地表或咖啡桌);光照强度估测技术(可以估量当前环境的光照情况)。

2.5. 投融资:资本热度回归,流向趋于理性

投融资规模、数量持续恢复,未来 2-3 年热度将持续。由于 VR/AR 行业多数企业尚处于中 早期创业阶段,极大依赖外部融资和并购进行研发活动,投融资仍是行业景气度重要的衡量 指标。2020 年全球 VR/AR 投融资规模达到 244 亿元,投融资并购发生 220 起,规模与数 量均实现连续三年上涨。其中,海外 VR/AR 投资规模在绝对数量与相对增幅方面均领先国 内,2018/2019/2020 年海外 VR/AR 投资规模分别为 108/163/223 亿元。考虑到国外 VR/AR 产业领先国内 2-3 年,资本对行业的研究和理解更加深入且投融资活动更活跃,预计未来 2-3 年国内 VR/AR 初创企业将迎来一波并购热。

资本流向趋于理性,由蜂拥硬件切换至硬件与应用并重。2016 年 VR/AR 内容匮乏敲响警钟, 2017 年内容环节融资并购规模明显增加,之后融资并购金额占比一直保持在 10%以上。2017 年软件环节资本遇冷,近三年软件环节投融资占比维持在恰当水平。2020 年全球完成大额融资的企业集中于 VR/AR 硬件与应用两大产业链关键环节:硬件方面,VR/AR 行业上游硬 件竞争格局尚未定型,硬件尚待继续成熟,是资本主要布局的方向。应用方面,资本布局更 多在 B 端寻找机会。此外,内容方面,随着 VR 硬件销量开始放量,游戏生态进入良性循 环,未来将吸引更多资本入局。

AR 硬件在未来 2-3 年内是融资并购高发领域。据 VR 陀螺统计,2020 年 AR 眼镜以 47.62 亿元融资并购额占据年度融资并购额排行榜榜首,其中的过亿美元融资并购事件包括 1) Magic Leap 获 3.5 亿美元战略投资;2)谷歌以 1.8 亿美元收购 North;3)Snapchat 以 1.66 亿美元收购 AI Factory;4)Teamviewer 以 1.56 亿美元收购 Ubimax;5)Inuitive 获 1.06 亿美元 E 轮融资;6)苹果以 1 亿美元收购 NextVR。AR 被广泛认同为下一代计算平台,国 内外科技巨头均加快布局、加大投入,预计未来 2-3 年内 AR 硬件仍将为融资并购的高发领 域。

(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

- The End

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