一、電子產品復盤:從專用到通用,從軍、商用到民用顯示、交互技術進步後,驅動產品疊代,催生新內容生態
功能疊代復盤:專用設備功能成熟後整合為通用設備
專用向通用升級:一台通用設備實現多個專用設備功能,智慧型手機一台設備可以實現遊戲機、MP3、相機等多個專用設備的功能。專用設備性能升級:因性能要求更高未能被通用設備取代的專用設備,持續提高性能,如VR提供三維畫面、顯示器提升畫質、音響提升音質等。通用設備性能升級:智慧型手機雖實現不同專用設備功能,但為了更高的便捷性犧牲了部分性能,如尺寸限制導致觀影、遊戲畫面較小。長遠來看,未來技術成熟後,MR設備有望在提供高於手機的便捷性的同時提供更高性能,如向用戶展示遠大於手機畫面的3D圖像。

二、消費MR發展路徑 商用轉向消費 / 低價占領市場 / 不計成本追求體驗
應用:在現有消費電子應用場景基礎上,提供更好的體驗
蘋果歷史產品復盤:聚焦三大核心功能,影音娛樂、通訊/社交、生產力工具,手機、平板、電腦均定位通用設備,不局限於單一功能; iPhone:能玩遊戲的手機,≠遊戲機;iPad:能看電影的平板電腦,≠電視;Vision Pro:相比其他XR產品應用場景圍繞遊戲、觀影,蘋果強調其產品娛樂 社交 生產力工具的通用設備定位。
三、商用MR企業端是目前主要市場,應用場景廣泛,提升員工效率、消費者體驗
工業應用:以數字孿生為基礎、MR設備為載體,實現全流程降本增效
數字孿生技術概念:在數字空間中重建 生產線、設備等物理實體三維圖像提升交互性、觀感數字模型試驗成本低。
運維巡檢:全流程應用,提高效率與準確性,降低人工、時間成本
AR眼鏡用於分派巡檢任務、查看現場資訊、現場場景記錄存證、現場紅外測溫,遠程支持與故障診斷等,工作時長降低35%。
使用AR頭環代替原有的紙質化單據,實現標準化作業指導、無紙化巡檢、遠程監管與指揮、遠程驗收等場景,綜合人力成本降低 50%,工作時長降低35%。
將測試現場第一視角畫面實時傳輸至遠端專家處,並通過語音手勢等多種交互方式,實現與遠端專家的實時互動,全過程記錄功能,形成可追溯的檢查資料,實現閉環管理。
四、內容生態:以蘋果Vision Pro為例持續升級自有app開發工具、空間計算軟硬體的同時積極與外部開發平台、內容媒體合作
內容生態:三維內容增強體驗的同時,創作成本更高
構建3D數據是AR開發最困難、最昂貴的環節,3D模型是3D內容的基礎。3D模型的成本取決於模型的複雜性和質量、用於創建模型的方法以及合作的機構或藝術家 。複雜度低:如一包薯片/一罐咖啡,需要耗時3個小時,花費數十美金; 複雜度高:如手提包/運動鞋,需要耗時數十個小時,花費千元美金。
創作成本:3D模型隨複雜程度提升耗時增加,成本提高
構建3D數據是AR開發最困難、最昂貴的環節,3D模型是3D內容的基礎。3D模型的成本通常取決於模型的複雜性和質量、用於創建模型的方法以及合作的機構或藝術家。未來有望通過AIGC實現3D內容生成的降本增效。
三維空間:傳感硬體、設計工具分別為重建3D模型提供數據、軟體
運用ARKit將虛擬投影融合於現實世界的3D框架:RealityKit將三維模擬、重建能力用於visionOS app、其他OS平台AR app開發,賦能AR體驗;以模型/動畫的形式,創建、向Vision OS輸入完整的RealityKit場景、空間音頻;運用3D模型、具體化原型、代碼提供的音頻,構建/調整場景;使虛擬圖像與真實世界物件交互;通過手動/物理模擬的方法,數字化物件;針對用戶輸入的資訊、環境變化進行回應;協同多個設備,通過SharePlay實現多人AR體驗。
合作業態:蘋果與三維內容開發者創作平台Unity合作
主營業務:創建和操作交互式實時3D內容的平台,提供了一套全面的軟體解決方案,用於為手機、平板電腦、PC、控制台、增強型和虛擬現實設備創建、運行和盈利交互式實時2D和3D內容。平台由兩套解決方案組成:創建解決方案和運營解決方案。創建解決方案被內容開發者、藝術家、設計師、工程師和架構師用來創建交互式、實時的二維和三維內容,內容可以一次創建並部署到20多個平台上,包括 Windows、Mac、iOS、Android、PlayStation、Xbox、任天堂Switch以及領先的增強和虛擬現實平台等。
五、空間計算及相關傳感硬體 硬體收集空間數據,重建數字空間,實現人、機、環境三方交互
空間交互硬體:通過傳感器、攝影機捕捉環境、用戶數據
MR賦能的人、機、環境3方交互: 1、設備捕捉環境、用戶數據 2、設備根據數據構建數字空間 3、用戶沉浸於設備輸出數字空間 4、設備捕捉用戶動作,通過眼動、手勢、語音等方式交互實現解放雙手。
空間感知:通過雷達、傳感器等硬體,實現空間環境感知、三維建模
以Apple Vision Pro為例:5個傳感器『其中1個光學雷達、2個結構光深度傳感、2個紅外傳感』,用來處理Slam空間環境感知、三維建模等功能。
光學雷達(光達或雷射雷達)是一種光學遙感技術,它通過向目標照射一束光,通常是 一束脈衝雷射,來測量目標的距離等參數。
Apple Vision Pro所搭載的dToF LiDAR沿用了通過iPhone所積累的三維重建能力,能夠感知所處空間和房屋的3D空間結構,並將該空間結構運用到各類功能的方方面面之中。這個3D空間結構可以通過LiDAR預掃描建立而成,也可以通過高幀率的掃描來實時更新周邊環境資訊。
通過近紅外雷射器,將具有一定結構特徵的光線投射到被拍攝物體上,再由專門的紅外攝影機進行採集。這種具備一定結構的光線會因被攝物體的不同深度區域而採集不同的圖像相位資訊,然後通過運算單元將這種結構的變化換算成深度資訊,以此來獲得三維結構。
紅外傳感器通過發射紅外輻射以精準檢測物體運動,並通過測量視野內物體的紅外輻射來感知人員是否在場。
六、晶片:相比VR,MR對算力要求更高,使用協處理晶片增加算力
用戶角度:晶片性能影響XR產品續航、尺寸、眩暈感
CPU:算力提升:核心數:提高電腦處理能力,使其能夠更快地處理更多任務;4核(驍龍820、821)→ 8核(驍龍835、845、蘋果M2) 主頻:高低對於CPU運算速度至關重要,主頻越高,處理器越快,所處理的數據就越多越快;主頻:2.2GHz(驍龍820)→ 3.2GHz(驍龍XR2)。
GPU:圖形渲染和影片處理,性能提高,功耗降低:驍龍XR2 Gen2 GPU性能提高3倍;蘋果M2相比M1在同等表現下能耗降低。
七、顯示屏:符合MR使用標準的螢幕,工藝不成熟,製造成本高
用戶角度:更輕巧的設備,更真實、清晰的畫面,更弱的眩暈感
提升對比度會提高顯示器黑色和白色兩個極端顏色之間的差別。明暗反差下,圖像也會更具立體感和深度,更利於觀看者捕捉、辨認,提高內容的可讀性與識別度:LCD屏對比度約為700:1,OLED屏可達10000:1;Micro OLED和Micro LED屏超過10000:1。
VR視覺暈動症是單純由視覺系統引起的眩暈感,主要是由頭顯本身的刷新率、閃爍、陀螺儀等引起的高延遲問題導致;例:當用戶的頭部向右邊旋轉90度時,頭顯最終也會給用戶呈現右轉90度之後的畫面,然而如果頭顯具有較高的延遲問題,畫面的轉換就會產生時間差,使用戶產生強烈的眩暈感;顯示屏發展:縮短響應時間,提高刷新率,縮短時差,有效減少暈眩感;響應時間:LCD/LED:毫秒,OLED/Micro OLED:微秒,Micro LED:納秒;刷新率:LCD/LED/OLED/Micro OLED通常為90Hz,Micro LED最高可達300Hz。
MR升級:要求高於VR,Micro OLED/ LED成發展方向
需求決定:VR不與現實世界交互,顯示技術要求低;MR結合現實與虛擬,要求更高的顯示技術。VR裝置通常為了提高身臨其境的體驗,會使用封閉的做法,使得顯示時考慮的因素相對簡單。AR/MR裝置使用時主要的干擾來自環境光,或現實世界環境的複雜度在與AR顯示重疊後,造成使用者不易辨識投影圖像。VR顯示屏供應鏈更加成熟:因為基於TFT驅動線路的LCD或AMOLED顯示屏被廣泛使用,相關面板廠商已經存在,可以提供充足的產能與供應。
八、光學透鏡:厚度對整機尺寸影響明顯,主流硬體實現量產,但規模有限
用戶角度:光學組合影響輕薄度、成像質量、佩戴體驗
Pancake支持0-700 °的屈光度調節,近視用戶可不用佩戴眼鏡,直接使用設備,便捷性提高。 同時Pancake可通過動態變焦,緩解XR存在的視覺輻輳調節沖 突頑疾,改善眩暈問題。
普通凸透鏡和非球面透鏡因為透鏡較厚,會使光線衰減,導致圖像邊角變暗。菲涅爾透鏡和Pancake能夠有效改善邊緣成像較暗的問題,提高成像質量。
由於原材料成本高、技術要求高、生產工藝難度高等問題,成本大大提高。非球面透鏡的量產價格為5-10元/片,菲涅爾為15-20元/片,Pancake達到120-180元/片。菲涅爾透鏡已能實現大規模量產,是目前主流光學方案;Pancake只能規模量產,還未迎來大規模應用。
MR升級:Pancake工藝成熟,達到大規模應用標準,但成本仍較高
Pancake光學方案壓縮了鏡頭總長/光機模組厚度,使得鏡片變薄,重量減輕。代表產品:Apple Vision Pro (三片式)、Meta Quest Pro、Meta Quest 3、PICO 4。分類:單片式、兩片式、多片式。
輕薄:非球面透鏡和菲涅爾透鏡的TTL約為40-50mm,Pancake光學方案TTL基本為15-20mm左右。成像質量好:通過透鏡組合提高邊緣成像質量,降低圖像畸變,提高成像的對比度、清晰度和細膩度。支持屈光調節:可讓需要佩戴眼鏡的用戶摘掉眼鏡佩戴,調整到適合自己的度數(可調範圍:0-700°)。
偽影/圖像失真,包括形狀和色彩等:由光的雙折射現象造成。光損高:光學利用率只有10%-20%,對顯示螢幕的亮度有較高要求。視場角較小:由壓縮TTL總長、透鏡的直徑造成。成本高:技術要求高,少數企業壟斷,由於偽影需要增加透鏡或者改變透鏡的材料和形狀來改善,也會增加材料成本。
Pancake:生產難度大,未來進化方向為可變焦
Pancake基於多透鏡摺疊光路設計,組合透鏡容易實現焦距的調節,可以通過調節焦距適配近視用戶。可通過動態變焦,緩解XR存在的視覺輻輳調節衝突頑疾,改善眩暈問題。