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[AR/VR资料] 中国XR扩展现实行业研究:中国XR扩展现实处于何种阶段

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发表于 2021-12-27 10:58:39 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 广东省深圳市
Q1:如何理解扩展现实(XR-Extended Reality)?XR技术的开发及行业的发展阶段到何种阶段?
XR结合AR、VR和MR相关技术打破现实与虚拟边界,实现现实与虚拟零距离
XR技术通过深度融合AR、VR、MR核心技术,将计算机技术与可穿戴设备相结合产生一个真实与虚拟的组合、并进行人机交互的环境。XR技术可通过视觉、听觉(未来或许可感受嗅觉和触觉)等信号,营造出环境沉浸式感受。XR主要体验是以人、环境、计算机共同形成的混合式情景体验,为体验者提供现实世界与虚拟世界连接和交互的机会,做到缩短现实距离,“建立”人们在虚拟世界中的关系。
XR技术是基于AR、VR、MR的核心技术创造而出,该技术属于创新型技术,技术要求高,其中包括人工智能,光学,电子、高速计算等技术,目前中国的XR行业仍处于萌芽起始阶段,远未达到高速发展的企业竞争阶段,且XR行业的竞争格局呈高度分散态势,无任何企业拥有相对较大的市场占比优势。而海外XR行业处于全球领先地位,其中包括Facebook、Microsoft、Google、Apple等厂商,其竞争格局呈高度密集型。在2021年3月,Microsoft已获来自美军12万套AR训练系统订单,其总价值高达200亿美元,这一事件使各大厂商对XR技术的未来充满了足够的信心,尽管XR技术生产成本过高,且高昂的价格降低了日常消费者群体购买力度,厂商逐渐将XR技术转移至专业领域进行运用,例如军事、医疗、航空等。

AR(增强现实)将数字信息和元素叠加在现实世界之上。技术支持主要包括多媒体、三维建模、实时视频显示及控制、多传感器融合、实时跟踪及注册、场景融合等技术。
VR(虚拟现实)体验者处于完全数字化环境中,与现实世界无关。技术支持主要依赖三维实显示、三维定位跟踪、触觉及嗅觉传感技术、人工智能技术、高速计算与并行计算技术以及人类行为学研究等技术。
MR(混合现实)数字对象被嵌入到现实世界中,将数字成像融入现实世界中。MR主要通过在虚拟环境中引入现实场景信息,在虚拟世界、现实世界与体验者之间建立一个交互反馈的信息体,作为增强体验者在感官上的真实感受。实现可视化环境中物理与数字信息对象共存,并实现实时互动。

Q2:作为XR技术主要组成部分之一的AR技术,AR光学显示是如何选择其棱镜显示方案的?
目前AR光学方案主要包括小棱镜、曲面反射、光波导及小孔成像等技术棱镜其优点是在于体积小,容易附着在传统眼镜框架上,但缺点是镜面显示面积小,视场角度小,并且非眼镜正前方成像,观看成像不自然。
曲面反射可分为大曲面和小曲面,大曲面优点在于视场角度大,图像还原度高,且制作成本较低,但其缺点主要集中在体积过大,体验者无法长时间佩戴,在技术端生产设备无法保证精度控制。反观小曲面的优点在于体积小,成像效果突出,且制作成本较低,但缺点很明显镜片厚度过厚,无法降低至正常眼镜镜片厚度,且镜片现实反射图像的外观并不自然。主要面临问题在于曲面光学镜体积大、镜片厚的问题难以改善。
光波导共有三类,反射波导、衍射波导和全息光栅波导。反射波导设计镜片轻薄,图像还原度高,同时成像清晰,但其制作玻璃组合生产良品率相对较低,且价格高昂。衍射波导相比反射波导的制作成本低,且是由多重玻璃组成多个焦平面玻璃组合,但其缺点主要体现在光线散射,图像颜色失真严重,且多重玻璃对技术要求较高。全息光栅波导主要利用1-2玻璃层即可显示全彩色成像,同时相比其他光波导生产方案成本较低,但缺点主要集中在光线散射,且图像也存在颜色失真的情况,更为主要的原因在于全息薄膜制造工艺高,制造业内无法量产,此波导面临的问题是制作成本高,量产难度高的难题。

AR光学显示方案集:
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Q3:作为目前市场是消费者所熟知的VR头显所选用的光学透镜方案是什么?为何大部分厂商都采用菲涅尔透镜方案?
VR技术相对AR、MR较为成熟,各大厂商对VR产品的提升主要体现于体积和清晰度
VR设备的主要核心光学组件透镜,主要包括旋转堆成球面透镜、非球面透镜、球面透镜和菲涅尔透镜。其主要作用是提高体验者在佩戴VR设备时,可感受其自然画面深度,广阔的视觉范围,因此透镜的选择是至关重要的。
VR设备的透镜与眼球之间的距离和透镜厚度的合理运用将直接影响成像视场,例如透镜与眼球间距离较小,则需采用薄透镜扩大视场,若透镜较厚,则需缩短透镜与眼球间距,从而扩大视场。若VR设备采用轻薄的透镜,视场角增大,但会使透镜与显示屏的距离增加,设备尺寸增加,但若使用较厚的透镜,透镜焦距较短可获得更强大的倍率,缩短两者间距离,然而将导致设备总体重量大幅提升。
大部分厂商均使用菲涅尔透镜解决VR设备视场角及重量问题,其解决方案既保证画面成像效果,又在尺寸及重量上相比其它解决方案更具合理性。光学透镜已开始向混合型菲尼尔透镜、双晶透镜、超材料薄透镜等新材料技术方向发展。

Q4:VR技术的起源是从何而来的?未来XR技术应向什么方向发展?XR相关技术的创新和研发周期是多久?
VR技术理念起始已久发展至今,仍然需要进一步提高其相关技术
自1935年始,VR眼镜最初想法来源于小说内容,自此经过近86年,仍然处于中期发展阶段。相比海外市场,中国厂商对于VR的理解和相关技术领域依然存在较大差距。VR技术的运用领域主要体现在游戏领域,用户可通过佩戴VR头戴设备,便可全方位的感受虚拟世界中所带来的视觉及触觉体验感。

5G技术的诞生将快速提高AR、VR设备的传输速度,并且进一步加快结合AR、VR技术的XR设备诞生
AR设备和VR设备目前都需要有线连接相关电子设备才可运行,未来的1-4年设备将逐渐向轻量化、定制化、无线连接设备为主体的方向发展,预计5-10年将真正迎来XR设备的诞生。而5G技术将贯穿XR整个设备演变过程。

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