5G之ARVR行业研究

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一、为何再次提起AR/VR？

早在2014年4月15日谷歌就推出了增强现实眼镜GoogleGlass，2015年AR手游《PokemonGO》将AR游戏再一次带入大众视野。2014年Facebook以20亿美金收购虚拟现实公司Oculus，VR设备开始受到了市场的追捧。随后索尼、HTC等厂商纷纷推出了自己的VR产品。2014年3月，索尼在游戏开发者大会上展示了PlayStaionVR的原型机，2015年三月的世界移动大会上，HTC也展出了其VR产品HTCVIVE，将VR市场推向了一个高潮。2016年3月16日，在GDC大会上索尼正式宣布旗下首款虚拟现实头戴设备PSVR将于2016年10月正式推出。

2015年~2016年VR/AR大热，成为消费电子的一个亮点，但是在实际体验时，晕眩感、分辨率低、体积大、价格贵等缺点却使得ARVR产品一直不瘟不火。时隔四年，随着芯片、显示技术、通讯手段、和算法等技术的不断进步，AR/VR在2019年重新成为热门话题，各大厂商又纷纷发力AR/VR领域，随着5G的到来，AR/VR将成为最值得期待的应用场景！

在2019年2月25日的MWC2019上，“HoloLens之父”Kipman宣布HoloLens2问世。HoloLens2体积将更小，拥有更大视野，更长电池续航，并搭载下一代Kinect传感器和定制AI芯片来改进性能。除了3D摄像模块，最关键的是光学成像模块。目前来看，HoloLens配备两块光导透明全息透镜，虚拟内容采用LCOS（硅基液晶）投影技术，从前方微型投影仪投射至光导透镜后进入人眼。在HoloLens2中，微软将视场角扩大了一倍多，同时保持业内领先的视野内每角度47个像素的全息密度。

LCOS（LiquidCrystalonSilicon），即液晶覆硅，也叫硅基液晶，是一种尺寸非常小的矩阵液晶显示装置。该矩阵采用CMOS技术在硅芯片上加工制作而成。LCOS技术较之LCD、DLP、CRT、DLV投影技术而言，具有高分辨率、高光效率、高对比度和低成本等优点，其潜在的市场规模庞大。豪威的LCOS芯片为下一代投影系统提供了一个极具吸引力的解决方案，能广泛应用于可穿戴电子设备、移动显示器，微型投影、汽车和医疗机械等领域。目前豪威科技已建立全世界第一条12寸LCOS硅基液晶投影显示芯片生产线，实现了小批量生产。通过不断的技术创新和经验积累以及对技术先进型新产品的逐步开发和量产，未来几年这一板块的盈利能力将不断提高。美东时间8月8日，MagicLeap首款AR头显MagicLeapOne发布。经过iFixit的拆机确认，MagicLeapOne使用了Omnivision的LCOS微显示器。

根据集微网的消息，苹果实际从iPhoneX开始已经开始讨论实现AR增强现实技术，苹果公司计划在2020年推出其第一款增强现实硬件，即苹果的AR设备。在3月1日苹果新年第一场大会上，CEO库克也明确提出：未来苹果发展的核心将是AR。

VR也在2019年春晚直播中扮演了重要角色。用户可以看到通过5G网络传输的超高清VR全景信号，只要带上专门的VR设备，就能够感受沉浸式的现场体验。观众还可以自行选择视角，远景近景视角自由切换。另外加上4K超高清晰度以及5.1环绕声的设置，观众们坐在家里也能感受到与偶像近距离接触的场景。

此外，今年央视春晚第一次采用了4K超高清级别的“AR虚拟技术”，为观众带来梦幻般的舞台效果。通过物理运算，电视机前的观众欣赏到接近真实世界的虚拟效果与春晚节目进行互动。中央广播电视总台央视技术制作中心录制二部包装科封毅表示，“底下的水和海豚实际上是AR虚拟部分的内容，通过编写蓝图实现物理运算，产生真实的液态水流效果。所以它是非常真实的，包括水上的这种反射都是动态的。”

5G时代渐行渐近，5G的到来不仅增强了现有的虚拟体验，还将拓展出全新的应用场景，AR能够发挥其在手机上的优势。目前手机的直观交互主要通过双手触摸，未来在AR上这样的交互将会更加广泛。AR在赋予了更多的AI功能后，使用者可以解放双手，利用手势识别、手柄控制甚至是人体移动范围进行信息输入，同时语音交互也必不可少的方式之一。

5G时代可以通过云端计算，在边缘云上做大量的处理，用高CPU/GPU做这种处理不会过多地消耗功耗，通过5G的快速连接可以迅速的传到本地，将有力支撑用户VR/AR产品体验的提升。例如，未来AR办公、AR购物、VR直播、远程手术和虚拟课堂等将更加便利消费者的工作和生活。

二、AR与VR的区别是什么？

1.原理不同

简单来说，VR是虚拟的场景，用户需要通过VR设备进入虚拟世界进行互动交互。AR是真实世界和虚拟信息相结合，所以基本都是需要摄像头这一要素，在摄像头拍摄的画面基础上，再加入虚拟信息进行互动。

2.所需设备不同

VR通常需要借助VR头显等设备，将用户视觉与现实环境隔离。AR需要借助能够将虚拟环境与真实环境融合的显示设备，比如手机即可。

3.技术侧重点不同

VR侧重于创作出一个虚拟场景，强调用户在虚拟环境中视觉、听觉、触觉等感官的完全沉浸。AR侧重于加强用户的视觉的功能，自动跟踪并且对周围真实场景进行3D建模。

三、ARVR的市场情况如何？

根据中国信息通信院的最新数据显示，全球虚拟现实产业规模接近千亿元人民币，2017-2022年均复合增长率有望超过70%。在整体规模方面，根据Greenlight预测，2018年全球ARVR市场规模超过700亿元人民币，同比增长126%。其中，VR整体市场超过600亿元，VR内容市场约200亿元，AR整体市场超过100亿元，AR内容市场接近80亿元，预计2020年全球虚拟现实产业规模将超过2000亿元，其中VR市场1600亿元，AR市场450亿元。

在终端整机方面，IDC预测2018年全球终端出货量超过1200万台，其中VR终端出货量约1100万台，AR终端出货量约120万台，预计到2020年整体终端出货量接近4000万台。

中国的虚拟现实技术的日渐成熟，市场规模将进一步扩大，中商产业研究院预计2018年中国虚拟现实市场规模将突破百亿元大关。到了2020年中国虚拟现实市场规模将达到300亿人民币。

在收入构成方面，中商产业研究院数据显示，2017年中国虚拟现实硬件收入达到4.7亿元，软件收入为1.7亿元。软件收入将会逐渐提升，预计2018年中国虚拟现实行业软件收入将达到30%，硬件收入占比为70%；软件收入将有望在2019年超越硬件收入。

随着ARVR产品不断丰富，应用领域不断扩张，用户规模也不断攀升，中商产业研究院数据显示，中国虚拟现实用户规模从2015年的52万人增长至2017年的500万人，到了2020年有望超过2000万人。

四、VR/AR之芯片：各厂商抢先布局

各大厂商积极布局ARVR领域，进行了一系列的收购与投资。

1、苹果

苹果从很早之前就开始了对AR领域的探索，陆续收购了PolarRose、Metaio等十几家公司，以获得面部识别和开发工具等技术；先后申请了6项AR相关的专利。

在2017年6月的苹果全球开发者大会上，苹果宣布推出AR开发平台ARKit。ARKit支持动作追踪，允许开发者创造AR应用和游戏。同时A11Bionic拥有两颗高性能核心和四颗高能效核心，综合性能相比A10Fusion提升70%。A11Bionic还搭载了苹果首款自研3核GPU，针对AR、沉浸式3D游戏等方面都进行了优化。2018年6月5日，苹果在大会上发布了ARKit2以及iOS12，iOS12上新增了很多AR相关的功能。例如AR测量工具、AR多人互动功能、AR玩乐高游戏等功能。

在3月1日苹果新年第一场大会上，CEO库克明确提出：未来苹果发展的核心将是AR。根据映维网的消息，苹果公司计划在2020年第二季度推出其第一款增强现实硬件，即苹果的AR设备，量产的时间最快在今年第四季度可以实现。

2、高通

PicoNeo等一体机均使用了高通骁龙820处理器。高通也在2016年9月推出了与处理器同名的高通VR820一体机设计模型。骁龙835处理器性能继续提升，增强了GPU对VR渲染特性的支持，并在芯片内集成了数个专用DSP以优化运行效率。骁龙835的3D图形渲染能力提升高达25%，支持4K分辨率，增加了对眼部追踪和渲染技术的支持。

高通2018年5月发布了首款专用于AR和VR设备的芯片：XR1。骁龙XR1平台针对支持AI功能的增强现实体验进行了特别优化，可以提供优异的交互性，降低能耗。XR1平台将支持高达每秒60帧的超高清4K视频分辨率，从而为VR头显带来高质量的视觉效果。在音频方面，这个平台还包括QualcommTechnologies3DAudioSuite，QualcommAqstic和QualcommaptX音频技术，可以为用户带来最佳的音效。

3、全志科技

2016年全志推出了面向VR的H8vr和VR9两款全新VR系列处理器。全志H8vr视频TMI方案很好地实现了高性能和低发热的兼得，并支持4KVR视频硬件加速，可降低CPU、GPU负载，支持OLEDlowpersistence和细分电源域管理从而降低产品功耗及发热情况。

2018年的CESAsia，全志科技为VR/AR定制开发的VR9四核芯片，拥有硬件加速技术可以将延迟控制在20ms，支持单屏1080*3840或者双屏1440*1440*2的分辨率。全志科技也展示了多款基于VR9方案的头显产品：包括GOOVIS智能眼镜、Pico头显、多哚观影机、EmdoorVR等。

4、北京君正

奥图科技发布首款增强现实（AR）智能眼镜采用的是北京君正M200芯片，保证了AR设备的高效率和低功耗；800×480高分辨宽屏；配置了800万高清摄像头，720P视频拍摄，可实现快速对焦，同时支持骨传导语音输出。

5、炬芯

炬芯面向VR领域推出的芯片共有高阶中阶低阶三款，分别是S900、S700和S500，针对VR视频市场打造，其中S900使用了四核CortexA53+PowerVRG6230的组合。

6、瑞芯微

瑞芯微的RK3288处理器是针对入门级VR一体机设计，配备了四核CortexA17CPU、MaliT764GPU以及2*32bit双通道内存。2016年底，富士通联合瑞芯微发布了搭载RK3288的FV200一体机。

五、AVVR之3DSensing摄像头：智能硬件向AR全面发展的重要利器

AR/VR为什么要采用3D摄像头技术？

1、获得周围环境图像的RBG数据与深度数据，进行三维重建；

2、实现手势识别、动作捕捉等人机交互方式。

根据硬件实现方式的不同，目前行业内所采用的主流3D感应技术主要有三种：结构光、TOF、双目立体成像。结构光技术的基本原理是，通过近红外激光器，将具有一定结构特征的光线投射到被拍摄物体上，再由专门的红外摄像头进行采集，而抓取物体的不同深度区域，采集不同的图像相位信息，然后通过运算单元将这种结构的变化换算成深度信息，以此来获得三维结构。而TOF是发出一道经过处理的光，碰到物体以后会反射回来，捕捉来回的时间，已知光速和调制光的波长，能快速计算出到物体的距离，从而获取3D信息。

已经比较成熟的方案是结构光和TOF。其中结构光方案最为成熟，已经大规模应用于工业3D视觉，但是极易受到外界光的干扰、反应速度较慢、精度较低，而TOF在这几个方面均比结构光方案具有一定的优势，因此TOF目前在移动端较被看好的方案。双目立体成像方案技术较新，还不够成熟，目前在自动驾驶领域应用较多。双目成像立体视觉分辨率最高，而ToF技术分辨率最低；硬件方面，结构光需要高要求的照明复杂系统，其余两项只需要简单的照相机和复杂的系统；双目成像立体视觉的计算能力最高；结构光技术适合中长距离的深度感应，ToF只适用于短距离的捕捉；除了双目成像，结构光和ToF都最好在室内使用，并且结构光技术需要电源。

3D摄像头技术提供的手势识别功能将成为未来AR/VR领域的核心交互手段。目前各大厂商推出的VR设备大都需要控制器，游戏控制器的优势在于控制反馈及时、组合状态多。以HoloLens为例，就拥有一组四个环境感知摄像头和一个深度摄像头，环境感知摄像头用于人脑追踪，深度摄像头用于辅助手势识别并进行环境的三维重构。

HoloLens相比以往任何设备的强大之处，在于其能够实现对现实世界的深度感知并进行三维建模。HoloLens拥有拥有一组四个环境感知摄像头和一个深度摄像头，环境摄像头获得周围图像RBG信息，深度摄像头则利用TOF技术获得视觉空间深度图（DepthMap）并以此重建三维场景、实现手势识别。

LCOS（液晶覆硅技术）是小型化AR头显的关键技术之一。三片式的LCOS成像系统，首先将投影光源发出的白色光线，通过分光系统系统分成红绿蓝三原色的光线，然后，每一个原色光线照射到一块反射式的LCOS芯片上，系统通过控制LCOS面板上液晶分子的状态来改变该块芯片每个像素点反射光线的强弱，最后经过LCOS反射的光线通过必要的光学折射汇聚成一束光线，经过投影机镜头照射到屏幕上，形成彩色的图像。

六、ARVR之显示：AMOLED渗透率提升

AMOLED持续渗透，趋势是从中小尺寸到大尺寸，从智能手机向平板、PC到头戴式设备、TV。3Q18手机屏幕产值来到107亿美元，其中OLED屏幕占比从2017的35%大幅上升至61.1%（66亿美元）。从下游市场来看，2017年全球AMOLED出货量为4.46亿块，智能手机及可穿戴设备适用的新型半导体高端触控柔性显示屏仍是最主要的市场，占出货量95%以上。其中智能手机出货量占比为90%。IHS预计2018年AMOLED出货量再增36%，达到6.06亿块。OLEDTV、笔电、头戴式设备则将是未来三年高速增长所在，预计2017-2021年三者CAGR分别为50%、47%和43%。受益于此，未来三年AMOLED总出货量CAGR~18.6%。

AMOLED代替LCD的重要性来自于以下几个方面：

需求1：信息娱乐等高端显示提出高成像质量需求。以对比度为例，OLED由于自发光原理，像素熄灭便可实现真正的黑，而LCD则是通过液晶分子的旋转和偏振片来遮挡背光源的白。这本质上决定了OLED具有更高对比度和更低功耗。而高清、高频、高质量显示体验则是未来用于手机、电竞、VR等应用屏幕的需求所在。

需求2：AMOLED更易实现异形屏设计与生产灵活性。OLED自发光，无需背光模组和滤光器，避免了全面屏窄边框处背光源经由导光板出射光辉度和亮度不均等问题。同时，LCD背光模组异型切割难度（C角刀轮切割+CNC易致屏幕崩边）和成本更高（激光切割）。

需求3：相比于TFT-LCD，AMOLED的材料成本更低，如果能实现部分关键设备国产化和制程良率提升，将是具有更高价值量的显示技术。小尺寸AMOLED成本已经能够实现与LCD相媲美，大尺寸技术问题尚待解决。

2018年面板行业景气度处于上行阶段。继高世代TFT-LCD面板后，以AMOLED为代表的新型显示面板投资进入高峰期，增资拓产动作频繁。2018年OLED/LCD及相关配套建线投资总计超7000亿，其中OLED投资规模接近2000亿。

目前大陆已投产OLED产线共计12条，在建及筹建OLED产线7条，总投资规模超3500亿元，其中京东方总投资金额高达1395亿元。而在2015年底，投产和在建的产线数字仅为4条和6条。资本红利正当时，政府资金加速涌入助力开启“技术+产品+产业链”布局。以维信诺为例，截止3Q18，公司由年初至报告期期末计入当期损益的政府补助达到8.56亿元。12月19日维信诺再发公告，再获得政府补助项目共计6项，属于为取得、购建或以其他方式形成长期资产的政府补助总额人民币20.00万元；属于与收益相关的政府补助总额人民币55，857.4812万元。

七、5G时代下AR/VR会有什么新发展？

5G网络作为第五代移动通信网络，其峰值理论传输速度可达每秒数十Gb，这比4G网络的传输速度快了数百倍，这意味着一部完整的超高画质电影可在1秒之内下载完成。StrategyAnalytics预测5G智能手机出货量将从2019年的200万增加到2025年的15亿，年复合增长率为201％。中国4G智能手机出货量市场份额2014年初为10％，仅仅用了两年左右市场份额就就达到了90％，我们认为5G采用率也将和4G类似，在中国会迅速提升。

4G作为3G的延伸，主要采用MIMO技术，是利用各个天线之间空间信道的独立性来区分用户进行服务，主要包括TD-LTE和FDD-LTE制式。我国主要采用TD-LTE标准，2013年12月4日，工业和信息化部正式向三大运营商发放了4G牌照，标志着我国通信行业正式进入了4G时代。4G能够以100Mbps的速度下载，上传的速度也能达到20Mbps，比3G更快的传输速率、更好的频率利用率、通信更加灵活及更好的兼容性等优点，使得用户体验更加优异。

5G：随着物联网、AR和VR等技术的诞生和发展，对移动网络的要求更高，5G将采用NR技术，传输速率高达10Gps，比4G快达100倍、而且具有低延时、低功耗的特点。我国5G预计按照2019年预商用，2020年规模商用的规划逐步实施。

1、5G推动AR、VR发展的关键——高速传输

目前在4G网络的传输速度下，用户很难以流畅的速度体验VR视频。而对于AR体验来说，当识别的景象发生连续大量的动态变化时，单单依靠终端也难以负荷庞大的计算量。

5G时代可以通过云端计算，在边缘云上做大量的处理，用高CPU/GPU做这种处理不会过多地消耗功耗，通过5G的快速连接可以迅速的传到本地，将有力支撑用户VR/AR产品体验的提升。5G所采用的频率是远高于4G网络的。而频率越高，频段就越宽。频段加宽，就可以使单位传输量得到大幅度提升，进而带来超高速的传输速率的提升。

例如，华为VROpenLab联合视博云等合作伙伴在今年2月举办的西班牙MWC展览会上，发布了最新的VR解决方案——CloudVR，即将VR运行能力由终端向云端进行转移，以此来推动VR/AR应用在智能手机端的普及。

2、微基站优化VR体验

相比于4G网络建造的宏基站，5G网络所采用的基站更多的是微型基站。5G采用移动边缘计算机制，即将处理逻辑下沉到网络的边缘，也就是更靠近用户的基站上。一旦用户发出请求，数据便可以在极短的时间内传输到基站，而基站也可以更快速地给用户以反馈，因此5G网络能够让VR/AR应用在移动终端的时延极大地缩短。

3、5G时代，应用场景更加广泛

4G仅能够满足部分VR/AR应用，因此5G时代的到来将拓展出全新的应用场景。根据IDC最新发布的2019年VR/AR市场十大预测，IDC认为，目前行业应用正在进一步展开和深入，细分领域消费场景不断得到丰富。

例如，观影一体机VR市场将继续增长，家庭IMAX观影有望引领全球观影VR市场发展。其次，AR技术的应用在工业互联网的智能化发展中发挥重要作用。通过物联网以及AR技术的结合来实现可视化管控，在移动端，在游戏、社交、营销以及电商等领域ARVR的内容也将得到进一步的拓展。对于传统的ARVR游戏，由于目前用户普及率比较低，随着国产厂商的投入力度加大，未来有望进一步提升其市场空间。

IDC表示，未来超过30%的展示类场景将通过租赁方式整合提供设备、软件、服务，让使用方不需承担高额硬件费用。此外，在教育市场，受到政策倾斜和教育投入增大影响，预计超过1000所学校将采用VR/AR技术。IDC市场追踪报告显示，预计2018年国内教育市场VR/AR出货量份额将占整体市场接近7%。随着相关政策的推动，未来将有更多的高校采用VR/AR内容进行课程培训，带动教育市场需求继续增长。

八、ARVR产业链梳理

AR产业链主要分为硬件和软件两部分，其中硬件主要包括芯片、传感器、显示器件等，软件分为基础软件和应用软件。存储包括兆易创新、芯片包括北京君正、全志科技等，CMOS厂商包括豪威科技(韦尔股份)，镜头产业链包括舜宇光学、欧菲科技、联合光电、联创电子、光宝科技(立讯精密)、利达光电、水晶光电、福晶科技，永新光学、歌尔股份（AR代工）、联创电子等，整体解决方案包括利亚德等。

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