VR和AR究竟需要什么樣的硬件？

　　VR講究的是沉浸感、交互性和構(gòu)想性。構(gòu)想性的關(guān)鍵在內(nèi)容設(shè)計，而沉浸感和交互性的關(guān)鍵在硬件實現(xiàn)。要想實現(xiàn)完美的沉浸式體驗，就必須在虛擬世界里去感知真實世界的景象，而感知世界的最直接的就是視覺。雖然顯示技術(shù)前進的步伐從未停止(從2D到3D，從1080P到4K)，但是目前無論是LTPS，還是OLED，任何一個顯示技術(shù)都不能原原本本地還原真實世界的色彩，視頻圖像的處理及顯示技術(shù)成為了VR硬件的重中之重。

　　以O(shè)culusRift為例，OculusRift“GTX970/R9290顯卡+8GB內(nèi)存+OLED1080P顯示屏”的高配置目的就是最大程度解決視頻圖像的處理及顯示技術(shù)，還原真實的世界。

　　AR講究的是現(xiàn)實世界的疊加虛擬世界，實現(xiàn)“虛實結(jié)合”，技術(shù)實現(xiàn)難度遠大于VR。AR除了要求解決顯示技術(shù)(全息投影、透明顯示等)外，還要注重感知技術(shù)。因為，AR的感知不僅僅是對人輸入信息的感知，還包括對周圍環(huán)境的感知。AR只有感知周圍現(xiàn)實世界，才能將知道虛擬世界的圖像應(yīng)當疊加到現(xiàn)實世界的哪個具體位置。

　　以微軟Hololens為例，Hololens通過激光雷達、光學(xué)攝像頭、深度攝像頭、慣性傳感器等各種傳感器獲取應(yīng)用場所的視覺信息、深度信息、自身的加速度和角速度等現(xiàn)實數(shù)據(jù)，然后通過算法確定用戶位置和路面位置，從而地圖的構(gòu)建，并將處理的虛擬數(shù)據(jù)與探測的現(xiàn)實數(shù)據(jù)實時結(jié)合，形成動態(tài)“虛實結(jié)合”的畫面。這里面的硬件的關(guān)鍵在于顯示和感知，軟件的關(guān)鍵在于算法。

　　我們認為，雖然中國大陸在電子產(chǎn)品硬件制造領(lǐng)域極具優(yōu)勢，但并不是VR/AR產(chǎn)品的所有硬件制造都有投資價值，只有上述論述的VR/AR關(guān)鍵硬件環(huán)節(jié)才值得投資。本章將重點分析VR/AR的關(guān)鍵元器件：視頻處理芯片、顯示屏、傳感器件、微投器件。

　　(一)VR/AR之芯片：出色的視頻處理才能帶來極致視覺體驗

　　1、視頻處理芯片在VR/AR扮演關(guān)鍵角色

　　大部分VR體驗者都會感覺到暈眩，它被認為是VR走向主流的最大障礙。在VR/AR世界里，與傳統(tǒng)的視頻圖像處理技術(shù)不同，虛擬現(xiàn)實的視頻圖像處理是用于近似還原真實的世界，其對視頻圖像的渲染要求更為嚴格，因此對芯片運算能力和圖像處理能力的要求更高，當所有的信息以視頻化的方式呈現(xiàn)并放大數(shù)倍呈現(xiàn)于用戶眼前時，數(shù)據(jù)運算能力與數(shù)據(jù)傳輸速度、屏幕刷新率便成為技術(shù)實現(xiàn)的重要瓶頸。

　　比如說，你將眼睛每秒鐘接收的信息數(shù)據(jù)化，可以想象這是多么大的數(shù)據(jù)量，這些海量數(shù)據(jù)又需要實時傳輸?shù)斤@示設(shè)備，讓用戶沉浸于VR世界，這需要多大的數(shù)據(jù)處理能力。而AR需要將虛擬世界的數(shù)據(jù)與現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)結(jié)合顯現(xiàn)，它所需的算法、數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用等等要求比VR要高出一個段位。VR設(shè)備工作時，需要將兩幅相同的高分辨率圖像(一幅圖片對應(yīng)一只眼睛)渲染成90FPS，同時保證電腦和虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)之間的延時不超過20毫秒。一般顯卡渲染兩個1080p場景會非常吃力，再加上FPS和延時要求，一般顯卡已經(jīng)完全不能工作，甚至可以說，目前任何一款顯卡都不能完完全全地勝任VR完美體驗。因此，視頻處理芯片是VR/AR流暢運行的核心保障。

　　2、芯片廠商爭鋒，搶占VR/AR先機

　　虛擬現(xiàn)實被認為下一個計算平臺，從PC時代的英特爾，到智能手機時代的高通，VR/AR領(lǐng)域或許也將誕生一些重量級的芯片平臺。目前各家廠商已經(jīng)開始搶占VR/AR市場先機，其中以視頻處理芯片廠商占據(jù)了明顯優(yōu)勢。

　　NVIDIA&AMD：VR旗艦配置，GPU顯卡雙王推出VR解決方案

　　在VR旗艦產(chǎn)品OculusRift顯卡配置中，Oculus團隊推薦配置NvidiaGTX970/AMD290級別或者更高的顯卡，該兩款顯卡都是NVIDIA和AMD各自廠商的高端產(chǎn)品。

　　2015年11月份，NVIDIA發(fā)布了GameworksVR(面向游戲開發(fā)人員)及DesignWorksVR(面向設(shè)計人員)兩種VR開發(fā)工具。用以降低延時率，加快立體渲染性能，從而提升VR沉浸體驗。

　　2015年9月，AMD分拆的圖形芯片部門RadeonTechnologiesGroup，重點瞄準了游戲和虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域的機會。AMD推出了VR解決方案——LiquidVR，LiquidVR技術(shù)包含數(shù)據(jù)鎖定、異步著色引擎、多GPU異步渲染等全新功能，能夠以更低的延遲來實現(xiàn)更優(yōu)質(zhì)的畫面，提高VR的沉浸體驗。

　　高通：CPU+新一代GPU，面向VR發(fā)力

　　2015年12月，高通發(fā)布了Snapdragon820。該芯片是高通首款定制設(shè)計的64位四核CPU，內(nèi)部集成了新一代GPU(型號為Adreno530)，能夠呈現(xiàn)從立體攝像機實時拍攝的高清晰視頻，能夠識別圖片和場景中超過1000種不同的類別，保證虛擬顯示頭盔內(nèi)身臨其境的體驗再一次進化。

　　全志科技&瑞芯微：利用視頻處理優(yōu)勢圖謀VR市場

　　2015年，瑞芯微聯(lián)合ARM發(fā)布了旗下最新款芯片解決方案RK3288芯片，VR開發(fā)者可以基于RK3288，搭載ARMMaliT764GPU，針對安卓系統(tǒng)中所有2D游戲，無需對游戲圖形渲染架構(gòu)進行的修改，用戶在體驗時只要調(diào)用“3D游戲引擎”，RK3288就可以同時計算和渲染左右雙眼的圖像并顯示出來，達到極好的VR體驗。騰訊已經(jīng)與瑞芯微展開了合作，騰訊miniStation游戲機搭載了RK3288芯片方案，也基于瑞芯微RK3288方案開發(fā)騰訊VR一體機。

　　全志科技在VR領(lǐng)域儲備已久，偶米科技的首款UranusoneVR一體機全志科技的H8芯片方案。該芯片支持8核心并能夠2.0GHz同時高速運行，其4K的解碼能力支持高解析度的游戲與視頻。

　　視頻處理芯片在VR/AR中起到關(guān)鍵作用，關(guān)乎終端產(chǎn)品的運行流暢性、系統(tǒng)延時性。國內(nèi)全志科技、瑞芯微在視頻處理芯片技術(shù)領(lǐng)先，中穎電子正在布局AMOLED驅(qū)動芯片，華為正在研發(fā)虛擬現(xiàn)實芯片。

　　(二)VR之顯示：AMOLED破解VR暈眩難題

　　1、讓你暈眩的VR背后是什么?

　　VR導(dǎo)致眩暈的因素之一是延時

　　隨著VR漸漸興起，國內(nèi)外眾多廠商紛紛加入VR陣營。體驗過VR頭顯的朋友最深刻的感受就是暈眩甚至惡心、嘔吐，它被認為是VR走向主流的最大障礙。

　　為什么我們會經(jīng)歷這種感覺呢?簡而言之，當用戶使用VR頭顯的時候，全部視野都被VR頭顯所覆蓋，VR也極力欺騙你進入虛擬世界，此時眼前一塊屏幕展示的畫面將給你強于普通畫面10倍的視覺感受。這種情況下，造成暈眩的因素主要有兩大點：一是身體的運動和視野中所觀測到的運動不匹配;二是頭部運動和視覺觀測到的頭部運動的不匹配。而延時恰恰是導(dǎo)致不匹配的主要成因。

　　屏幕顯示延時是延時主因，而AMOLED顯示屏成最佳解決方案

　　延時包括屏幕顯示延時、計算延時、傳輸延時以及傳感器延時。其中屏幕顯示延時是VR設(shè)備延時的最主要因素，也即產(chǎn)生眩暈感的最重要因素之一，以O(shè)culusRift為例，OculusRift總延時為19.3ms，其中屏幕顯示延時13.3ms，延時占比達到69%。

　　降低屏幕顯示延時的最簡單方法就是提高刷新率，減少幀間延時，AMOLED的響應(yīng)時間是LCD的千分之一，顯示運動畫面絕對不會有拖影的現(xiàn)象，恰恰是解決屏幕顯示延時的最好解決方案之一。資料來源：中國銀河證券研究部

　　此外，VR設(shè)備還可以通過降低余暉的方法來減少幀內(nèi)延時。LCD顯示屏的顯示原理是通過液晶翻轉(zhuǎn)來選擇性透過光線，而液晶翻轉(zhuǎn)的響應(yīng)時間最快也有2-4ms，而AMOLED每個像素都是主動發(fā)光的，可以做到低余暉，進一步降低延時，減少眩暈。

　　目前，OculusRiftCV1和HTCVive采用了90hz刷新率，而SonyProjectMorpheus采用的是120hz刷新率，都是采用AMOLED顯示屏。

　　2、AMOLED廠商已為VR做好了準備

　　AMOLED是有源矩陣有機發(fā)光二極體面板，它是自發(fā)光，不像LCD顯示屏采用了背光源。AMOLED具有更薄更輕、主動發(fā)光、無視角問題、高清晰、高亮度、響應(yīng)快速、能耗低、使用溫度范圍廣、抗震能力強、成本低和可實現(xiàn)柔性顯示等優(yōu)勢。

　　AMOLED屏幕主要用于部分高端智能手機上。相比于智能手機、PC、可穿戴電子設(shè)備，VR硬件產(chǎn)品出貨量尚少，遠未進入大眾應(yīng)用市場。以O(shè)culusRift消費者版、SONYPlayStationVR等為代表的旗艦型產(chǎn)品需要等到明年才推出，預(yù)計將帶動VR產(chǎn)業(yè)進入新的發(fā)展階段。根據(jù)ABIResearch預(yù)估，2015年VR產(chǎn)品出貨量預(yù)計在150萬臺左右，到2020年總配貨量達4300萬臺，5年復(fù)合增速將超過100%。從AMOLED顯示屏的角度來看，目前不僅VR產(chǎn)品出貨量少，而且只有高端旗艦型產(chǎn)品才采用AMOLED作為顯示屏，大多VR產(chǎn)品仍采用LCD顯示屏。但是，隨著Oculus、SONY等VR旗艦產(chǎn)品紛紛采用AMOLED，預(yù)計未來越來越多的VR產(chǎn)品也將采用AMOLED顯示屏。

　　此前，韓國擁有AMOLED生產(chǎn)的絕對壟斷權(quán)，2012年韓國廠商在AMOLED產(chǎn)能的全球占有率為97.7%。而今，京東方、和輝光電、天馬的AMOLED生產(chǎn)線成功量產(chǎn)，華星光電、國顯光電、信利國際、友達光電等廠商積極布局AMOLED生產(chǎn)線，全球壟斷格局才得以打破，但國內(nèi)的產(chǎn)能、技術(shù)仍落后于韓國。根據(jù)DIGITIMES預(yù)測，中國廠商AMOLED的全球產(chǎn)能占比從2013年的0增長至2015年的7.4%，國內(nèi)廠商AMOLED產(chǎn)能拓展迅猛。

　　VR硬件尚未爆發(fā)，中國AMOLED廠商已做好準備

　　盡管當前VR產(chǎn)品出貨規(guī)模較小，但是面對未來可觀的市場前景，中國AMOLED廠商最好了進軍VR產(chǎn)品的準備。三星和SONY就不用多說了，它們在VR顯示屏的已經(jīng)快人一步國內(nèi)一些AMOLED廠商也加緊推出VR顯示屏。2015年7月，和輝光電點亮了世界第一片6寸4KAMOLED顯示面板，像素密度達到了734PPI，瞄準了VR應(yīng)用領(lǐng)域。深天馬AMOLED產(chǎn)線也已經(jīng)點亮，公司在拓展手機廠商客戶同時也積極接洽VR產(chǎn)品廠商。

　　圖：全球AMOLED產(chǎn)能比重變化(含預(yù)測)

　　資料來源：DIGITIMES，中國銀河證券研究部

　　資料來源：中國銀河證券研究部

　　AMOLED是VR極佳的顯示屏，處于應(yīng)用爆發(fā)的前夜。但同時，AMOLED屬于重資產(chǎn)投資，順周期+產(chǎn)能領(lǐng)先非常重要，一旦格局形成后將不易被打破。目前，三星在中小尺寸AMOLED遙遙領(lǐng)先，LGD、SONY緊隨其后。

　　國內(nèi)的深天馬5.5代AMOLED生產(chǎn)線已經(jīng)點亮，即將批量供貨;和輝光電擁有1條4.5代和1條6代AMOLED產(chǎn)線，產(chǎn)能和技術(shù)在國內(nèi)領(lǐng)先。

　　(三)AR之顯示：微投影將虛擬融入現(xiàn)實

　　1、微投技術(shù)將為AR顯示扮演重要角色

　　光學(xué)式AR和視頻式AR是增強現(xiàn)實兩種顯示實現(xiàn)方式

　　AR顯示講究的是虛擬物體與真實世界的混合顯示，主要分為光學(xué)透視式顯示增強現(xiàn)實裝置(以下簡稱“光學(xué)式AR”)和視頻透視式顯示增強現(xiàn)實裝置(以下簡稱“視頻式AR”)。它們主要的區(qū)別在于真實環(huán)境的顯示方式，類似于單反相機的光學(xué)取景器與電子取景器的區(qū)別。

　　光學(xué)式AR是把光學(xué)融合器放置在用戶眼前，該融合器是部分透光的，用來直接獲取真實環(huán)境的信息，同時部分是反射的，用來由投影儀將虛擬物體投射到融合器上再反射到用戶眼里。光學(xué)式AR對真實環(huán)境幾乎是無損顯示，真實場景幾乎完整地呈現(xiàn)給用戶，所獲得的信息可靠全面，但是也使得真實環(huán)境與虛擬環(huán)境的融合變得困難，代表產(chǎn)品如googleglass和微軟的hololens。

　　視頻式AR是用封閉的視頻頭盔與兩個視頻攝像機結(jié)合到一起，視頻攝像機為用戶獲取真實環(huán)境的信息，然后將真實環(huán)境信息與虛擬物體信息同時合并到顯示屏上。視頻式AR是通過對真實環(huán)境的復(fù)現(xiàn)，然后在與虛擬圖像進行融合，實現(xiàn)會容易得多，但真實環(huán)境的顯示受多種因素干擾而存在一定的失真。

　　由于視頻式AR的顯示器是由顯示屏近眼來實現(xiàn)的，屬于沉浸式體驗，這與VR的顯示屏沒有區(qū)別，以AMOLED顯示屏為優(yōu)選。再加上，無論此前的GoogleGlass還是現(xiàn)今的MicrosoftHoloLens都是以光學(xué)式AR為主流，本節(jié)主要討論光學(xué)式AR的顯示器件。

　　微投影承擔著光學(xué)式AR的核心顯示功能

　　光學(xué)式AR的顯示主要靠投影器件將虛擬物體視頻源投射到半透半反的光學(xué)棱鏡上，進而與真實環(huán)境相融合。微投影器件是光學(xué)式AR的核心，承擔了將虛擬物體疊加到真實環(huán)境顯示的功能。

　　在消費娛樂領(lǐng)域，光學(xué)式AR的先驅(qū)GoogleGlass采用微投影作為顯示技術(shù)，通過一個微型投影儀加上棱鏡來實現(xiàn)，棱鏡一方面將微投發(fā)出的圖像投射到視網(wǎng)膜上，另一方面又將圖像疊加到現(xiàn)實場景，展現(xiàn)在用戶面前的是一個疊加圖案。而今被寄予厚望的MicrosoftHoloLens采用DLP投影技術(shù)，采用一個半透玻璃，從側(cè)面DLP投影顯示，與Espon的眼鏡顯示器或GoogleGlass方案類似。

　　此外，在專業(yè)的增強現(xiàn)實領(lǐng)域，投影儀也扮演著重要角色。車載抬頭顯示(HUD)大大改善了汽車駕駛體驗，微型投影儀將導(dǎo)航信息直接投射在駕駛者前方，用戶無需轉(zhuǎn)移視線去關(guān)注中控平臺顯示屏上的導(dǎo)航信息，提升了駕駛安全性。飛機抬頭顯示(HUD)可以將飛行和作戰(zhàn)信息提取后，由微型投影儀將影像信息投射到駕駛員前方的玻璃上，提高了飛行安全性和作戰(zhàn)能力。

　　DLP和LCOS將成為增強現(xiàn)實兩種主流微投技術(shù)

　　投影技術(shù)主要包括LCD投影技術(shù)(液晶投影機)、DLP投影技術(shù)(數(shù)字光學(xué)處理器投影機)和LCOS投影技術(shù)(反射式液晶投影機)。

　　LCD投影機利用金屬鹵素燈或UHP(冷光源)提供外光源，將液晶板作為光的控制層，通過控制系統(tǒng)產(chǎn)生的電信號控制相應(yīng)像素的液晶，液晶透明度的變化控制了通過液晶的光的強度，產(chǎn)生具有不同灰度層次及顏色的信號，顯示輸出圖像。

　　DLP技術(shù)由由德州儀器公司研發(fā)(專利為德州儀器公司擁有)，采用微鏡反射投影技術(shù)，在投影效果上，亮度和對比度明顯提高，體積和重量明顯減小。

　　LCOS投影機的基本原理與LCD投影機相似，只是LCOS投影機是利用LCOS面板來調(diào)變由光源發(fā)射出來欲投影至屏幕的光信號。

　　DLP投影系統(tǒng)的核心是DMD數(shù)字微鏡設(shè)備芯片，其主要特性是投影效果佳，延遲少。

　　一塊DMD通常有多達130萬個鉸接安裝的微鏡組成的矩形陣列，每個微鏡比頭發(fā)絲的1/5還小，一個微鏡對應(yīng)一個像素，可以單獨調(diào)制的，與色序照明同步，以生成出令人驚艷的顯示效果，目前投影像素已從7.5微米降低到5.4微米，亮度從50lm提升到200lm。此外，DLP投影在利用圖像追蹤用戶動作的視頻游戲等應(yīng)用中，其產(chǎn)生的圖像延遲性極低在輸入幀率為120hz的情況下顯示延遲僅為8.33ms，這也是增強現(xiàn)實視頻圖像顯示亟待解決的問題。DLP投影的種種特性使之適合于無屏電視顯示領(lǐng)域(微投影)和可穿戴顯示(沉浸式)領(lǐng)域。德州儀器向微投影市場推出了DLPPico0.47英寸TRP全高清1080p芯片組，適用于微投產(chǎn)品和沉浸式顯示應(yīng)用，特點是尺寸更小，更適用于VR/AR應(yīng)用

　　LCoS屬于新型的反射式微型LCD投影技術(shù)(體積比LCD投影小得多)，其主要特性是功耗低、生產(chǎn)難度低，更適用于移動應(yīng)用。

　　它是在液晶LCD的基礎(chǔ)上改造發(fā)展起來的，采用反射式投射，較少了液晶面板中的晶體管電路層阻擋的部分光線，因此光利用效率可達40%以上，遠高于LCD投影的3%，可以大幅節(jié)省耗電。此外，LCoS投影還可以利用CMOS制作技術(shù)來生產(chǎn)，無需額外的投資，可隨半導(dǎo)體制程快速的微細化，逐步提高解析度。因此，DLP投影和LCoS投影非常適合增強現(xiàn)實的所需要的低功耗、微型化的要求。

　　蘋果不會放過微投影這個關(guān)鍵角色

　　2015年12月，蘋果近期獲得一項名為“自適應(yīng)投影儀”的專利。從描述中可以看出，該投影儀上的攝像機能掃描房間、辦公司等周遭環(huán)境，然后建立空間的數(shù)字模型，并檢測出能支持圖像投射的物面載體。該投影儀可以實現(xiàn)增強現(xiàn)實功能，可以改變用戶所看見的場景。

　　這種投影儀可作為頭戴式設(shè)備或者獨立裝置工作，能將電子書、電影等數(shù)字內(nèi)容投射到真實世界中的物面載體上，可在用戶讀書時提供和電子書類似的高亮功能，甚至可以提供電子書購買服務(wù)，改善生活體驗。

　　我們暫不能判斷蘋果將采用何種微投方案，但巨頭的布局反映了微投的關(guān)鍵性。

　　2、DLP技術(shù)TI一家壟斷，LCoS技術(shù)參與商較多

　　DLP技術(shù)的核心在于DMD芯片，而DMD芯片的生產(chǎn)被德州儀器壟斷生產(chǎn)，因此要想生產(chǎn)制造DLP微投影器件繞不開德州儀器的支持。德州儀器向微投影市場推出了DLPPico0.47英寸TRP全高清1080p芯片組，擁有“全高清分辨率、畫面清晰、緊湊型結(jié)構(gòu)適用于各種尺寸的用戶終端設(shè)備”和“低功耗、適用于電池供電設(shè)備，例如便攜式投影機和可穿戴式設(shè)備”兩大關(guān)鍵特性，非常適用于微投產(chǎn)品和沉浸式顯示應(yīng)用。

　　與DLP技術(shù)由TI一家公司壟斷相比，LCoS的芯片商相對來說就比較多，參與商也較為活躍。

　　3M公司：提到LCoS技術(shù)，不得不提美國3M公司，2008年3M公司發(fā)布全球首款光學(xué)引擎，成為LCoS技術(shù)的一面旗幟。此外，3M公司在液晶偏振光控制上處于長期領(lǐng)先地位，并開發(fā)出了PBS(PolarizingBeamSplitter)偏振控光元器件，可以使同性能的LCoS光引擎減少體積30%以上，對比度大幅提高，工藝復(fù)雜性大大降低。

　　美光：美光通過收購Displaytech獲取FLCOS微型顯示投影技術(shù)，F(xiàn)LCOS微型顯示技術(shù)的優(yōu)勢在于轉(zhuǎn)換速度快，最高速度比傳統(tǒng)的LCOS技術(shù)快100倍。2009年，美光推出了單芯片微型顯示屏，該微型顯示屏采用FLCOS技術(shù)，是一種尺寸為VGA四分之一的寬屏(WQVGA)微型顯示解決方案，具有功耗低、圖像質(zhì)量好、尺寸小的特點，支持頭戴式顯示器產(chǎn)品和嵌入式手機投影儀等應(yīng)用，實現(xiàn)便攜式視頻與圖像投影功能。

　　(四)VR/AR之傳感器：人機交互的核心

　　1、傳感技術(shù)是VR/AR人機交互的核心

　　無論是VR還是AR，都強調(diào)用戶的交互性，離不開傳感器。傳感器就是VR/AR的五官，而且VR要想制造身臨其境的感覺，AR要想實現(xiàn)虛擬世界與現(xiàn)實世界無縫銜接，它們都對傳感器提出了更高的要求。

　　與智能手機等傳統(tǒng)智能硬件相比，VR/AR產(chǎn)品的種類眾多，大致包含體視覺傳感技術(shù)、體感識別技術(shù)、眼球追蹤技術(shù)、觸覺反饋技術(shù)等，它們傳感器通過人體動作追蹤，對周圍位置環(huán)境感知，進而對用戶形成動作反饋，從而完成用戶在視覺、聽覺、觸覺、嗅覺的全部人體感知體驗。

　　在VR/AR產(chǎn)品中，除了擁有智能手機里面已經(jīng)存在的加速度傳感器、磁力傳感器、光線傳感器等普通傳感器外，我們應(yīng)當重視VR/AR中關(guān)鍵的傳感器件。

　　體感識別：激光雷達、攝像頭在位置追蹤中扮演重要角色

　　體感識別是VR/AR最重要的交互技術(shù)。人體動作是用戶與設(shè)備之間交互的最基礎(chǔ)的信息輸入方式，設(shè)備通過捕捉人體動作的位置，識別人體動作的類型，從而對輸入的信息進行處理，進而對用戶反饋輸出信息。要實現(xiàn)體感交互，首先需要位置傳感器識別用戶自身所處的環(huán)境，然后需要捕捉用戶的動作進行信息反饋。

　　提到體感識別與交互，不得不提微軟的Kinect、索尼的PSMove、任天堂的Vii，它們都是體感交互產(chǎn)品的先驅(qū)。其實現(xiàn)手段主要包括慣性感測、光學(xué)感測以及慣性和光學(xué)聯(lián)合感測。

　　以微軟的Kinect為例，Kinect系統(tǒng)主要包括轉(zhuǎn)動電機系統(tǒng)、音頻采集系統(tǒng)和視頻成像系統(tǒng)，通過CMOS紅外傳感器感知周圍環(huán)境，形成環(huán)境景深圖像，并通過相關(guān)指令完成對用戶身體某一部位的簡單3D模型采集。之后在模型匹配中完成對骨架追蹤，從而識別用戶所采取相關(guān)的交互動作。在微軟Kinect的體感識別與動作捕捉過程中，Kinect的三個攝像頭極為關(guān)鍵，一個彩色攝像頭提供了彩色圖像;兩個紅外攝像頭通過發(fā)射/接收紅外線，來提供深度數(shù)據(jù)。

　　微軟的Kinect的體感識別交互方式是典型的代表，我們認為攝像頭是體感識別的重要載體，結(jié)合視頻圖像算法可以實現(xiàn)良好的體感交互功能。很多VR/AR產(chǎn)品都采用攝像頭作為體感識別的關(guān)鍵元器件，應(yīng)當積極關(guān)注攝像頭廠商在虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品的應(yīng)用。

　　Valve軟件公司是一家專門開發(fā)電子游戲的公司，也是超強的內(nèi)容生產(chǎn)商和平臺服務(wù)提供商。Valve進軍虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域并開發(fā)了SteamVR系統(tǒng)，其最有特色的功能就是基于Lighthouse激光追蹤系統(tǒng)來實現(xiàn)房間追蹤。Lighthouse激光追蹤率先被應(yīng)用在HTC和Valve聯(lián)合推出的Vive虛擬現(xiàn)實頭盔上，該設(shè)備集成了44個位置追蹤傳感器，并且在墻上放置兩顆激光傳感器，通過激光追蹤運動系統(tǒng)獲得佩戴者的位置和方向信息，可以再特定環(huán)境下準確追蹤用戶的移動，其用戶的移動空間可達4.5米。

　　OculusRiftDK2內(nèi)置了很多位置跟蹤傳感器，原理是在機身前部上集成幾個紅外燈，發(fā)射的紅外信號到接收器，接收器安裝到顯示器上方，或者固定在三腳架上，其空間移動距離1.5米，用戶必須處于紅外攝像頭的可視范圍內(nèi)可以實現(xiàn)實時位置追蹤。

　　2、各大廠商已經(jīng)加緊布局傳感技術(shù)

　　傳感技術(shù)是VR/AR人機交互的核心手段，其重要性不言而喻。目前虛擬現(xiàn)實巨頭在加緊發(fā)展終端設(shè)備的同時，也積極布局傳感技術(shù)，以期待虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)鏈上占據(jù)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

　　從各大巨頭的布局來看，微軟掌握了深度傳感器Kinect;蘋果收購了深度傳感器PrimeSense，并且在軟件上收購了FaceShift和Metaio，可配合PrimeSense進行傳感技術(shù)深度布局;索尼收購了收購比利時傳感器技術(shù)公司SoftkineticSystemsSA，擁有全世界最小帶精細化手勢識別功能的3D深度攝像頭;谷歌收購了LumedyneTechnologies，掌握了光學(xué)加速度計、振動能量采集器、基于時域相應(yīng)的慣性傳感器等傳感技術(shù)，此外谷歌的無人駕駛系統(tǒng)整合了聲吶系統(tǒng)和雷達系統(tǒng)，將傳感器應(yīng)用發(fā)揮到了極致;Facebook收購了Oculus平臺，并在軟件上收購SurrealVision，在室內(nèi)三維重建領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)先。

　　此外，國內(nèi)廠商也積極切入虛擬現(xiàn)實傳感器領(lǐng)域。

　　中科院寧波材料所所屬二級所先進制造所的計算機視覺實驗室利用全景成像技術(shù)成功研制了“虛擬現(xiàn)實視覺傳感器”。曼恒數(shù)字成功自主研發(fā)了光學(xué)位置追蹤產(chǎn)品G-motion，實現(xiàn)虛擬與真實世界互動。

　　傳感器相當于VR/AR的五官，起到人機交互核心的功能。以微軟、蘋果、Facebook、索尼、谷歌為代表的科技巨頭都在該領(lǐng)域加緊布局，凸顯了其重要性。激光雷達是VR/AR位置傳感器的核心基礎(chǔ)器件，攝像頭是捕捉動作，實現(xiàn)深度傳感的基礎(chǔ)，它們在VR/AR中扮演重要角色。

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