曾几何时,元宇宙概念一炮而红,互联网巨头争先加速布局。在元宇宙概念起来之前,VR/AR已被行业关注了多年,由于硬件和软件发展不成熟,承载VR/AR技术的头显并未大范围铺开。2021年元宇宙热度的高涨,把头显设备再一次带到主流视野。2022年,大家意识到,元宇宙在短期内还无法落地,紧接着该行业又遭遇了降温。
XR头显设备作为元宇宙的关键入口,理应是最先爆发的细分应用之一。大家对于XR头显设备的预设是——它是取代智能手机的下一代现象级产品,尤其在智能手机、个人电脑式微之后,是能够颠覆手机的下一代设备,并将开启更广阔的市场空间。
近年来,谷歌、苹果、微软、Mate等科技巨头扎堆布局,以期从头显设备方面来切入元宇宙商业版图。其实,它们很早以前就已经在AR/VR行业发力,但多年来都未推动行业迎来爆发期。
目前,各类头显的商业化进度不一,其中VR头显设备已初步商用,全球市场年出货量达到数千万台, AR头显在非消费类领域少量出货,消费类AR头显暂未商业化。再观察巨头们在AR头显方面的表现:谷歌的Google Glass以失败告终,苹果一再推迟头显的发售日期,微软和Mate虽有发布头显,但并非消费级产品。
整体而言,VR/AR头显想要在消费级市场渗透,还需进一步解决佩戴舒适度、设备功耗、设备成本等方面的问题。直到2023年第一季度,市场尚未出现一款现象级的头显产品,现在谈论元宇宙应用似乎为时尚早。
AR、VR、MR、XR是什么?
元宇宙路线图将元宇宙(Metaverse)定义为“虚拟增强的物理现实和物理持久的虚拟空间的融合”。在谈论元宇宙时,我们经常能看到AR、VR、MR、XR这些词汇,虽然其中的部分词汇暂无明确的定义,但是笔者还是罗列了一些主流的释义。
AR(Augmented Reality)为增强现实,可“无缝”集成真实世界和虚拟世界的信息,并把它们实时叠加到同一个画面或空间中,这些信息包括视觉、听觉、味觉、触觉等。其应用包括:短视频软件的AR特效功能、Pokémon Go游戏等。
VR(Vritual Reality)即虚拟现实,可通过为用户提供视觉、听觉等信息来模拟现实。用户佩戴VR头显设备进入虚拟世界,可通过手或眼睛与内部的虚拟元素做交互。其应用包括游戏制作、建筑设计、影视动画、旅游、军事模拟等。
MR(Mixed Reality)是混合现实,它将虚拟内容与现实世界结合起来,产生实时的可视化新环境,虚拟物体可被真实物体遮挡,真实物体也会影响虚拟元素的阴影和光照。业内也有观点认为,MR是虚实融合程度较高的AR,该词是微软为了不重蹈谷歌眼镜的覆辙而自创的,后续厂商为了商业竞争优势就沿用了MR的叫法。
XR(Extended Reality)指扩展现实,是对AR、VR、MR等沉浸式技术的统称。
注:因为业内对于MR的定义还存在分歧,有人认为MR是AR的一种(左图),也有人认为MR技术结合了AR与VR两种技术(右图)。
图1:XR、MR、AR、VR之间的关系 制图/来源:国际电子商情
笔者通过对上述释义制作出了图1,直观体现了XR、MR、AR、VR的关系。MR暂无明确的官方定义,业内针对其释义还存在分歧。一些人认为,MR应该归类为AR的范畴,它本质上是更高级的AR(图1左);也有人认为,MR是AR与VR技术的融合,它身上集合了后两者的特点(图1右)。本文中提到的AR头显,包含了普遍意义上的MR头显,该信息在下文将不再赘述。
不同的XR头显方案
关于元宇宙能带来的市场价值,最近几年有许多行业机构给出了预测。比如,彭博行业研究报告预计,2024年全球元宇宙的市场规模将达8,000亿美元;普华永道预计显示,到2030年全球元宇宙市场规模将达1.5万亿美元。与此同时,社会各界有越来越多的人相信,XR头显是开启元宇宙世界入口的钥匙。
目前,大部分VR头显设备采用全包围设计,较为主流的屏幕方案是Micro OLED,因外界光线对画面亮度的影响较小,在昏暗环境下能保证屏幕视觉效果。此外,在售的许多VR头显还采用了头部追踪技术,用户只需移动头部即可环顾四周,就能身临其境地体验虚拟世界。
图2:AR设备组成系统简要分类 制图/来源:国际电子商情
一个完整的AR系统包括硬件与软件,它主要有三种组成形式:基于计算机显示器(Monitor-Based)的AR实现方案、光学透视式(Optical See-through) AR系统和视频透视式(Video See-through) AR系统。其中,以光学透视式AR系统以穿透式头显(HMD)为代表(图2)。
AR头显(穿透式HMD)主要有三种外形:第一类是头戴类外形,代表产品为微软HoloLens 2,其功能强大,但重达566克、功率为8W、续航2-3小时,不适合长期佩戴,适合室内使用;第二类是附加模组+眼镜外形,通过吸附或卡嵌方式把模组固定在镜框上,代表产品有Google Glass、OPPO Air Glass等;第三类是传统眼镜类外形。
后两类AR头显的功能较弱,但其重量明显更轻,比如Google Glass第一代重33克,OPPO Air Glass 2重38克,而头戴式的HoloLens 2重达566克。前微软HoloLens团队负责人Alex Kipman曾表示,实现真正的沉浸式AR眼镜,需在HoloLens 2基础上减重6倍以上、功耗降低4倍以上。这要求AR头显的重量不超过94克、功率不大于2W。
另外,对于AR头显而言,屏幕亮度非常关键。以AR低视力智能眼镜为例,该产品采用开放式设计,可让用户通过周边视觉查看周围环境和事物,以确保他们能够安全自由地移动。开放式设计让AR助视器对外界光源的敏感度较高,在电影院、餐厅等光线昏暗的环境中,佩戴者可能无法分辨出清晰的图像。
表1:Micro OLED和Micro LED方案性能指标对比
AR头显的屏幕主要有两种技术路径——Micro OLED方案和Micro LED方案,这两者同为自发光技术,与LED和OLED、LCD等材料相比,它们具备高亮度、高分辨率、高对比度、轻薄化、小型化、低功耗、设计灵活等特点。
Micro OLED由CMOS技术与OLED技术紧密结合而成,是无机半导体材料与有机半导体材料的高度融合。不过,因掺和了有机半导体材料,Micro OLED的使用寿命低于Micro LED。
再对比两者的参数,在发光效率、亮度、对比度、响应时间、工作温度等方面,Micro LED的各项指标均优于Micro OLED(表1)。只是Micro LED晶片像素尺寸更小、量产难度更大,单色光源的Micro LED已接近量产,但仍面临着良率问题。
科技公司头显的研发进度
当一个新兴行业的市场空间越大,行业领先企业的布局动作就越快、投入也越大。由于头显是进入元宇宙世界的关键设备,越早抢占头显设备的市场份额,就越能在未来广阔的元宇宙市场夺得先机。为此,苹果、微软、Meta等科技企业均争先下场。
·苹果头显再传推迟发售
2015年,苹果公司被传出在组建项目组研究AR头显。最初,该公司计划在2022年6月发布该产品,后来发售时间被推到了2023年4月。最近,该产品的发售时间又延迟至6月。
今年1月,《国际电子商情》援引外媒消息报道:“苹果将于2023年发布的首款头显的售价或高达3,000美元,到2024或2025年初该公司不急于推出AR眼镜,而是改推低成本版的MR头显设备。”
若苹果首款头显售价为3,000美元,它将难以复刻初代iPhone的成功,毕竟该价格远超过大家的心理预期。所幸的是,苹果低成本头显的价格或与iPhone持平,这将是推动消费类头显渗透率的重点产品。
分析机构还推断,苹果首款头显将采用Micro OLED方案,其显示屏幕供应商可能是索尼和LG Display。同时,该产品还将配置LG Innotek的3D感应模块,模块内置由中国供应商提供的中低端摄像头。
其实,苹果首款头显采用Micro OLED方案并非空穴来风。虽然Micro OLED各项指标弱于Micro LED,但是Micro OLED已经能量产全彩屏,Micro LED还只是在单色屏的阶段。由于Micro LED晶片红光发光效率差,若采用全蓝光又会面临“如何高效色转换”问题,这使得“无法实现全彩高亮显示”成为其在近眼显示领域的主要缺陷。单色屏可满足浏览资讯、导航等简单应用,但这类技术目前还面临良率问题,根据苹果公司一贯的产品风格,它显然不甘于推出功能如此简单的产品。
·微软HoloLens 3量产困难
2021年上半年,Alex曾对外界透露称,微软正在研发第三代HoloLens,该产品将在沉浸感、舒适度、任务价值上有提升。但考虑到需要改进的程度,消费者版本的HoloLens可能还要等很久。但在2022年6月,Alex受丑闻影响而离开微软,HoloLens项目转由Scott Evans接手。去年12月,Scott发文指出,微软正在推进包括显示、追踪、传感器、电池寿命在内的所有核心硬件技术。
此前,外媒曾援引消息人士爆料称,HoloLens 3和之前两代产品一样,依赖Windows操作系统,是一台可独立运行的计算机,该项目的内部代号为Calypso计划。今年2月,外媒爆料称,微软搁置了Calypso计划,转而开发需连接手机的头戴显示屏。
综合以上消息,可从侧面佐证,HoloLens 3也面临着技术难题。
·Meta更新VR/AR硬件技术路线图
在所有科技巨头中,Meta(前脸书)对元宇宙的投入最为大张旗鼓。2021年Q4,脸书(Facebook)更名为Meta(元),该名取自于Metaverse(元宇宙)的前缀,足以彰显其在重塑品牌方面破釜沉舟的决心。
投资元宇宙无法速见成效,显然Meta也知道这个道理。Meta主导元宇宙核心项目的Reality Labs在2021年“烧”了102亿美元,2022年又“烧”了137亿美元。但Meta似乎越挫越勇,今年Q1,该公司公布了未来四年的VR/AR硬件技术路线图:针对AR头显设备,2025 年,将发布首款带有显示屏的智能眼镜,以及控制眼镜的“神经接口”智能手表;2027年,推出首款技术成熟的AR眼镜“圣杯”。针对VR头显设备,在今年将推出旗舰产品Quest 3,与上一代Quest 2相比,其厚度减半、功能加倍,但价格只有小幅度增长。
从科技巨头的新动态和头显产品路线图中不难判断,承接元宇宙落地重任的终端设备还待突破。实际上,元宇宙对一些人而言仅是一个模糊概念,虽然基于智能手机、平板电脑等设备的AR/VR功能,在游戏、教培、导航等领域得到了应用,让AR/VR技术得以向大众展示,但是万众翘首以待的元宇宙世界的大门还未真正打开。
现在的头显产品是智商税吗?
目前,市面上的头显设备产品已经有一定的出货量。
据市调机构Omdia预测:2023年,全球XR近眼显示设备出货量将达2,400万台,同比增长67%;在市场营收方面,2022年XR近眼显示设备营收为6.2亿美元,预计2023年将提升到11.5亿美元;在所有的XR近眼显示设备中,VR头显的出货量仍占据主流。同时,该机构还预测指出,考虑到AR显示和光学引擎的复杂性,AR显示技术还需3-5年才能发展成熟。
无论是普通大众还是分析机构,大家对AR头显进入消费市场,抱有“还要打长期持久战”的观点。当前发售的XR头显以VR设备为主,再加上少量的AR头显,这些产品应用于游戏、旅游、教培等领域。笔者在表2列举了近一年来发布的XR头显,仅供读者参考(该表格信息为不完全统计)。
表2:已发布的VR头显设备(不完全统计)
现阶段,VR头显的发售和出货相对较多。而AR头显产品主要处于发布阶段,它整体上的出货量并不多。今年1月发布的雷鸟X2 AR眼镜,采用了Micro LED+衍射光波导全彩双目异显方案,它使用的应该是表面浮雕光栅波导,属于衍射光波导中的一个细分类别。表面浮雕光栅波导具备轻薄、视场角大、眼动范围大、量产成本低的优势,被认为是AR行业主流显示技术路线。
已发布或出货的VR头显多为游戏专用,主要运用在SteamVR平台和PS5等平台,可为消费者带来沉浸式的游戏体验。值得注意的是,新VR头显的屏幕方案并不完全一致,根据表1信息可知:索尼PS VR2采用OLED屏,创维PANCAKE 1C 使用LCD+Pancake方案,Pimax Crystal使用QLED+mini LED背光屏,Shiftall MeganeX使用Micro OLED屏、VRgineers XTAL 3使用LCD屏……不同屏幕方案的价格也不同,从数千人民币到超过1万美元。由此可见,与AR头显比起来,VR头显屏幕材料现在的选择更多。
无论是VR头显还是AR头显,它们都是很新鲜的产品,还没有经过太多市场的验证。其市场价格可能还偏高,在这个阶段谈性价比,恐怕无法满足消费者的需求。
找到合适的赛道是关键
2023年年初,ChatGPT概念快速走红,并大有超越元宇宙风头之势。ChatGPT的走红,转移了社会各界的许多注意力。此外,很多企业也意识到,元宇宙在短期内难以产生商业价值,即使投资头显产品也无法快速变现。
如今,整个市场尚处于发展的前期,还有很多应用尚未被挖掘。而并非每家企业都像Meta、谷歌、苹果、微软一样,具有雄厚的资金优势和丰富的量产经验。“面对数万亿级别的蓝海市场,如何找寻到适合自己的应用?”会是有志于布局元宇宙赛道的企业必须要考量问题。
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