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VR/AR 產業全景初探
VR/AR 的內涵與區別：構建身臨其境和虛實結合的沉浸式體驗
VR/AR 究竟是什麼？很多人會對於 VR、AR 和 MR 這些概念的界定感到困惑，而不同企業和機構的定義 又往往有所不同。簡而言之，虛擬現實（VR）是虛擬場景的封閉式體驗，而增強現實（AR）體驗會將數字元 素疊加到現實世界的對象和背景上。混合現實（MR）可以說是升級版的 AR，能夠實現虛實場景的結合，和 AR 的區別就是對虛擬圖像的真實感做嚴格的要求，因此是 AR 的一種類別。
VR/AR 兩者在關鍵器件、終端形態上相似性較大，在關鍵技術上也有重疊之處，而在應用領域上有所差異。
VR/AR 均需要用計算機繪製虛擬圖像。VR 中的圖像全部由計算機繪製，往往需要配置高性能的 GPU，同 時由於 VR 是隔絕式的音視頻沉浸體驗，因此對顯示畫質要求較高。而 AR 中大部分圖像是通過鏡片透射或攝 像頭拍攝的，計算機繪製的圖像佔比較少，而且是以信息性為主的，對圖像逼真度要求較低，因此對 GPU 要求 不高。但 AR 需要對場景進行理解，需要用非常複雜的算法，並且實時運行，這樣 AR 對 CPU 的運算性能要求 非常高。此外，VR 側重於遊戲、視頻、直播與社交等大眾市場，AR 側重於工業、軍事等垂直應用。
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目前 VR/AR 的瓶頸包括網絡帶寬和速率的限制，硬件技術不夠成熟，以及內容應用的匱乏。
硬件技術上，VR 近眼顯示技術存在分辨率不足、眩暈等問題。就分辨率而言，行業主流處於單眼 1.5K-2K 階段，但是如果需要完美的沉浸式體驗，需要單眼 8K 以上的成像內容，過低的畫質會帶來視覺疲勞。AR 近眼 顯示技術的硬件難度要求更高，尚未確定主流的光學方案。另一方面，現有的 CPU/GPU 無法保證在輕便的硬件 上實現足夠的計算速度、存儲空間、傳輸速率和續航能力。
網絡設施上，VR/AR 對帶寬和時延要求較高，要想保證 VR/AR 良好的用戶體驗，至少需要 50Mbps 的帶寬， 能夠保證高分辨率和低時延，從而改善眩暈的問題。由於 AR 側重與真實環境的人機交互，須將攝像頭捕捉到 的圖片/視頻上傳雲端，雲端實時下載需要增強疊加顯示的虛擬信息，因此需求更多的上行帶寬。目前 4G 的平 均下行速率為 25Mbps，上行不足 10Mbps，而目前家庭平均保障帶寬僅 37.5Mbps，Wi-Fi 時延高達 20-200ms， 不能夠滿足 VR/AR 的需求。
內容資源上，內容分發平臺更新慢、資源少。 C 端缺乏“殺手級”應用，作品內容形式同質化、簡單化， 用戶體驗以單機為主，視覺體驗交互式元素少，並未在交互體驗方面與以往的娛樂設備產生本質的不同；移動 性、趣味性低，沉浸感、臨場感體驗效果差；B 端缺少規模化、產業級應用。
目前 VR/AR 產業標準尚未統一，造成設備、操作系統、版本的分裂發展，從而加大了遊戲、影視等內容的 適配難度。且 VR/AR 成本居高不下，終端設備及硬件配置價格較高，也降低在了消費級市場的普及速度。
一問網絡：雙 G 將給 VR 帶來什麼改變？
雙 G 是指 5G 和千兆帶寬，5G 主 要是室外移動場景，也就是無線基站到移動終端一側，而千兆帶寬+ Wi-Fi6 為室內固定場景，在包括接入網和 承載網解決帶寬和時延問題。二者共同為 VR/AR 提供更優的管道。
很多人認為 5G 會淘汰 Wi-Fi，這種說法不夠準確，兩者應用的場景不同，Wi-Fi 是室內固定場景，5G 則是 戶外移動場景。在 5G 時代，千兆帶寬+Wi-Fi 仍將承擔室內場景下大流量應用和下載的重要作用。
接入網：5G、Wi-Fi6、10G PON 將成為 VR/AR 主流傳輸技術
在接入網方面，5G、Wi-Fi6、10G PON 有望在五年內成為面向虛擬現實業務的主流傳輸技術。Wi-Fi 技術 相對成熟，可實現 VR/AR 終端的無繩化。固定寬帶光網絡目前可以支持 1Gbps-2.5Gbps 的帶寬接入，能夠滿足 少量 VR 用戶承載，未來將升級到 5G-10G。未來 5G 的目標網可為每用戶提供隨時隨地平均 100Mbps 的無線 接入服務，為 VR/AR 業務提供極致體驗。
5G：高速率、低時延的特性將大幅提高 VR/AR 體驗
5G 網絡高速率、低時延的特性適合承載 VR/AR 業務，並大幅提高用戶體驗。根據 5G 的性能指標，5G 移 動網絡能夠達到 20Gbps 的峰值速率，是 4G 的 20 倍；能夠達到 1Gbps 的體驗速率，是 4G 的 100 倍；空口時延 1ms，是 4G 的 1/5。
千兆帶寬+ Wi-Fi6：能夠實現 VR/AR 對於網絡的要求
隨著光纖寬帶接入技術的進步和新興高帶寬業務的應用，千兆寬帶已成為下一步寬帶發展的焦點。 Ovum 的報告顯示，全球已有超過 234 家運營商發佈千兆業務，其中 20 家發佈了萬兆業務。我國目前已經基本普及 了百兆光纖入戶，未來將逐步開展城市千兆帶寬入戶示範。固定網絡經歷了 5 個階段的發展，目前已進入以 10G PON 光纖技術為基礎的千兆時代。
當前已規模部署的 FTTH 技術包括 EPON 和 GPON，EPON 僅能提供 1Gbps 帶寬接入，不適宜虛擬現 實業務部署。GPON 技術可提供 2.5Gbps 帶寬接入，時延小於 2ms，能夠滿足少量 VR 用戶承載。為滿足 VR 用戶規模化發展，須將 EPON/GPON 升級到 10G EPON/GPON。10G PON 作為千兆網絡的基礎技術，與前幾 代固定接入技術相比，帶寬、用戶體驗和聯接容量三個方面均有飛躍式發展，上下行速率將高達對稱 10Gbps， 時延降低到 100μs 以下，實現全場景多業務覆蓋，滿足 VR 用戶的規模化發展。
下一代 Wi-Fi 技術 Wi-Fi 6 在傳輸速率、功耗、空間和性能等方面同樣具有較大提升。Wi-Fi 6（即 IEEE 802.11ax），是一項無線局域網標準，也是 Wi-Fi 5（IEEE 802.11ac）的升級版。Wi-Fi 6 支持更高的傳輸速率， 最高速率可達 9.6Gbps。Wi-Fi 6 允許更多的設備接入，並且能夠加快每一臺設備的速度和容量，在連接相同數 量設備的基礎上，速度是 Wi-Fi 5 的近四倍。基於 Wi-Fi 6 支持室內室外場景、提高頻譜效率和提升密集用戶環 境下 4 倍實際吞吐量的性能，能夠實現 VR/AR 對於高速率和低時延的要求，可以處理來自多個 VR 用戶不同類 型的流量。
Cloud VR 解決方案：內容和渲染上雲，將設備做到輕量化、低成本
本地 VR 受到用戶體驗與終端成本的制約，Cloud VR 能夠解決主要痛點
VR用戶體驗與終端成本的平衡是目前影響VR產業發展的關鍵問題。低成本終端有助於提升VR硬件普及率， 但有限的硬件配置也限制了用戶體驗，用戶的首次體驗不好，後續就很難接納和持續使用 VR。另一方面，以 HTC VIVE、Oculus Rift、Sony PlayStation 等為代表的高品質 VR 設備，其配置套裝價格高達數千乃至萬元，過高的 終端成本明顯制約了高品質 VR 的普及。
另一個關鍵問題是頭顯設計和佩戴舒適度，目前 VR 強交互類業務的渲染主要在本地主機和終端進行，對 GPU 的資源要求很高，要求 VR 需要連接到電腦上，帶來笨重的體驗；而如果不連接電腦，VR 本身配置顯卡則 會帶來體積大、頭顯重、高耗電和過熱的問題，這些問題減少了用戶使用 VR 的時間，對 VR 的推廣帶來不利影 響。另外，VR 內容的市場相對比較分散，很多優秀的 VR 內容分散在各個廠家，難以有效地分發給客戶。
Could VR 的解決方案通過將雲計算、雲渲染的技術應用到 VR 業務中，藉助高速穩定的網絡，將雲端的顯示 輸出和聲音輸出通過壓縮後傳輸到用戶的終端設備，實現 VR 內容上雲、渲染上雲，實現 VR 頭顯的無繩化和輕 量化，更容易被用戶所接受，有效解決 VR 發展的痛點。
Cloud VR 面臨的挑戰：提升渲染及網絡技術，達到時延小於 20ms
儘管 Coud VR 技術採用雲渲染方案，使得 VR 終端更輕便，成本更低，但也面臨著時延的挑戰。對於 VR 視頻等弱交互業務來說，對時延的要求不高，不同的時延只是對畫面的加載時間產生影響；但對於 VR 遊戲、 VR 社交這類的強交互業務來說，則需要保證 MTP（Motion to Photon，動作至顯示）的時延不超過 20ms，超過 這個時延，則非常容易引起暈動症。
目前為了滿足雲渲染技術下 VR 體驗的時延要求，除了雲渲染技術外，端雲異步渲染、端到端低時延傳輸 也是兩大關鍵技術解決方案。
二問硬件： VR/AR 硬件設備的困難在哪裡？
目前來看， VR/AR 的硬件上仍面臨的較大的技術實現難度，遠高於手機等傳統智能終端，例如芯片、屏幕 等性能在手機等設備上已經過剩了，但在 VR/AR 上仍有門檻。AR 的技術實現難度還要比 VR 更高，尤其是在近 眼顯示與感知交互領域，很多技術需要從無到有的重大突破。
近眼顯示技術
近眼顯示（Near-eye display，簡稱 NED），被認為是 VR/AR 硬件最重要的問題，也是目前用戶體驗的痛 點所在。近眼顯示技術是指通過光學和屏幕的設計，將顯示器上的像素，通過一系列光學成像元件形成遠處的 虛像並投射到人眼中。不同於半導體遵循摩爾定律，往往具有可預見的迭代週期，光學設計則需要在最基本的 物理定律的框架下，不斷探索、論證各種的可能性，技術門檻較高，進展相對緩慢，但目前在一些技術上已經 取得了較為明確的突破。
另外，由於現有技術方案在分辨率（清晰程度）、視場角（視野範圍）、重量體積（美觀舒適）等方面存在 潛在衝突，如何做到既要保證 VR/AR 眼鏡的輕薄舒適性，又要保證一定的視覺體驗，同時在各種光學參數存 在衝突的情況下做出取捨，是近眼顯示技術的巨大挑戰。
由於 VR 與 AR 終端形態的差異，二者的近眼顯示技術的發展路徑又有較大不同，VR 是直接顯示虛擬的圖 像，由於 AR 是需要透視的，成像系統不能擋在視線前方，因此多了一個或一組光學組合器，通過“層疊”的 形式，將虛擬信息和真實場景融為一體。
現 VR 將長期使用 LCD、OLED 類型屏幕作為顯示器件，技術突破的重點為 1000ppi 以上的 AMOLED、 Fast-LCD 屏幕技術。AR 分為圖像源器件，即顯示屏（OLEDoS、LCoS）和光學器件（如光波導、折返光學透 鏡、自由曲面稜鏡等），技術突破的重點在於微顯示屏以及光波導顯示技術的發展和實際應用。
屏幕技術：超高 ppi 顯示屏是 VR 眼鏡的主要技術突破點
視場角（FOV，Field of View）用來衡量人的視野範圍，無疑是 VR/AR 設備最重要的參數之一。越大的視 場角帶來越好的沉浸感。一般來講，正常人類的視場角，也就是不轉頭從一側看到另一側的最大角度一般在 200° 左右，不過看得最清晰的部分是雙眼重合的視角，大約是 120°。VR 設備由於光學設計更加簡單，視場角已經 可以接近覆蓋到人類的整個視場；AR 顯示器的視場角則僅能夠覆蓋人類視場的一小部分。
對於眼鏡形態的設備，由於視場角，視窗和適眼距等參數密切相關，適眼距是 20mm，視窗尺寸是 20mm 的情況下，35mm 的顯示器尺寸可以達到 FOV40°，60mm 顯示器尺寸可以達到 FOV90°，要想達到 170°的 FOV，則需要 170mm 的顯示器，如此寬的尺寸在平面顯示器上基本是不可行的，曲面波導是一種解決方案，但 是距離應用還有距離。
分辨率以一塊屏幕上有多少個像素點來衡量顯示效果和清晰度。像素點越多，成像效果也越清晰，例如 1080P 的片源，匹配 1080P 的平面屏幕，人眼感知到的清晰度就是 1080P。
但對於 VR 設備，則沒有這麼簡單，由於 VR 特殊的分屏播放形式，在顯示的時候單個畫面只會用到屏幕 一半的像素點，1080P 的 VR 屏幕在觀看 VR 視頻時候，左右兩面各顯示 540 個像素點，是面板分辨率的一半。 再加上光學鏡片和屏幕材質等因素的影響，複雜的光學系統位於用戶眼睛和顯示面板之間，它們會嚴重降低圖 像質量，VR 感知分辨率就會遠遠低於面板的分辨率。目前 8K 的 VR 可以相當於屏幕 480P 的視覺效果，12K 的 VR 相當於平面 720P 的視覺效果。
像素密度（ppi）衡量每英寸所包含的像素點數，這個參數比分辨率更為關鍵，因為分辨率與屏幕大小無關， 在一款 65 吋大屏液晶電視上做到 4K 分辨率與在 6.5 吋的手機屏幕上做到 4K 分辨率的難度是截然不同的。VR 的原理是將手機大小的屏幕分屏，然後用放大鏡將屏幕畫面矯正後投射到人眼中,讓人形成雙目立體視覺。簡單 理解就是放大鏡的原理，人眼雖然只離屏幕幾釐米近,卻能看到寬廣的世界，但是要讓這寬廣的世界在方寸之小 的屏幕上顯示，必須要求極高的 ppi。目前普通手機屏幕在 300ppi 左右，而 VR 則要求 1000ppi 以上的顯示器 件。
現有的 VR/AR 硬件設備的體驗效果不好，顆粒感、畸變、色散和眩暈等問題都受制於現有屏幕技術的制 約。由於 LCD、OLED 在較長時間內仍將是 VR/AR 顯示器件的主導，1000ppi 以上的 AMOLED、Fast-LCD 將 是未來顯示技術的主要方向。
光波導：AR 眼鏡的主流方案，但預計中近期難以大規模普及
AR 設備的光學顯示系統通常由微型顯示屏和光學元件組成。光學組合器的不同，是區分 AR 顯示系統的 關鍵部分，市場上各種方案百花齊放。目前看來，光波導方案從光學效果、外觀形態，和量產前景來說，具備較好的發展潛力，也成為微軟 HoloLens、谷歌眼鏡、Magic Leap、DigiLens 採用的主要方案。
光波導的原理：利用“全反射”將遠距離成像傳輸到眼睛前方
光波導並非一個新的技術，事實上和光纖光纜的原理一樣。為了在光在介質裡 100%保留住而不漏光，傳輸 的介質要滿足兩個條件，全反射（傳輸介質即波導材料需要具備比周圍介質高的折射率），入射角（光進入波導 的入射角需要大於臨界角θc，光線穿梭基本沒有損耗）。
光機完成成像過程後，波導將光耦合進自己的玻璃基底中，通過“全反射”原理將光傳輸到眼睛前方再釋 放出來。通過波導，顯示屏和成像系統遠離眼鏡移到額頭頂部或者側面，降低了光學系統對外界視線的阻擋， 並且使得重量分佈更符合人體工程學，改善了設備的佩戴體驗。目前光波導的技術方向有兩類：幾何光波導和 衍射式光波導。
幾何光波導：鏡面陣列設計，實現一維擴瞳，製造工藝複雜
幾何光波導中，耦合光進入波導首先遇到一個稜鏡或反射面，在多輪全反射後到達眼睛前方，耦合光出波 導的結構是一個“半透半反”鏡面陣列。每一個鏡面會將部分光線反射出波導進入人眼，剩下的光線透射過去 繼續在波導中前進。鏡面陣列相當於將出瞳沿水平方向複製了多份，這樣眼睛在橫向移動時都能看到圖像，這 就是一維擴瞳技術(1D EPE)。
目前幾何光波導代表光學公司是以色列的 Lumus，國內的瓏璟光電。如果生產過程符合設計，幾何波導的 成像質量比較好，但光效率比傳統光學系統偏低，相當於出光面積變大，每一個出瞳位置看到的光就變少了。 但問題在於，幾何波導的工藝難度非常大，主要在於複雜的鍍膜工藝，由於光在傳播過程中會越來越少，要保 證動眼框範圍出光均勻，陣列中這五六個鏡面的每一個都需要不同的反射透射比(R/T)，又由於光通常是偏振的， 每個鏡面的鍍膜層數可能達到十幾甚至幾十層；另一方面是膠合難度大，鏡面之間的平行度和切割的角度都會 影響到成像質量，極易出現瑕疵，導致黑條紋，出光不均勻，鬼影等現象。因此幾何波導的良率較低，可量產 性較低。
衍射光波導：通過光柵調整，可以實現二維擴瞳
衍射光波導主要有利用光刻技術製造的表面浮雕光柵波導（Surface Relief Grating，SRG）和基於全息干涉技術製造的全息體光柵波導（Volumetric Holographic Grating，VHG）， HoloLens 2，Magic Leap One 均屬於前 者，蘋果公司收購的 Akonia 和 Digilen 則致力於後者。
衍射光波導的原理簡單來講，就是是通過設計衍射光柵的參數，將光衍射到想要的方向上去。衍射光柵是 一個具有周期結構的光學元件，這個週期可以是材料表面浮雕出來的高峰和低谷 (圖 a)，也可以是全息技術在 材料內部曝光形成的“明暗干涉條紋”(圖 b)，但歸根結底都是在材料中引起了一個折射率 n 的週期性變化。因 此，衍射光柵通過衍射級和色散實現分光特性，起到了與傳統光學器件類似的改變光線傳播方向的作用，但是 它所有的操作又都是在平面上通過微納米結構實現的，所以非常節省空間，自由度也比傳統光學器件大很多。
衍射光波導技術與幾何光波導相比主要優勢在於光柵在設計和生產上的靈活性，不論是利用傳統半導體微 納米制造生產工藝的表面浮雕光柵，還是利用全息干涉技術製成的體光柵，都是在玻璃基底平面上加鍍一層薄 膜然後加工，不需要像幾何光波導中的玻璃切片和粘合工藝，可量產性和良率要高很多。衍射光波導技術的不 足主要來源於衍射元件本身對於角度和顏色的高度選擇性，光的效率偏低，另外還有色散問題。
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在微軟，谷歌，Magic Leap 、DigiLens 等廠商的推動下，光波導目前成為 AR 眼鏡的主流技術。光波導技 術在 AR 領域的技術發展前景是明確的，但預計在中近期難以大規模普及。光波導技術中各類技術路線間存在 明顯的優勢和短板，目前尚未確立主導地位技術方案。
此外，由於受到基礎物理定律的限制，光波導要實現重大技術突破將面臨巨大的研發困難，相關產品難以 單獨作為完整終端產品，須配套技術和零部件才可能產出被市場認可的 AR 終端，而有關配套技術和零部件尚 有相當比例需要進一步完善，因此高性能光波導的發展尚需要時間。
感知交互技術
交互性是 VR/AR 的關鍵要素，如何實現設備對人的感知，以及人和設備的交互成為 VR/AR 技術中重要一 部分。目前，在感知交互領域中，主要包括追蹤定位、手勢交互、機器視覺、觸覺反饋、眼球追蹤、沉浸聲場 即虛擬移動等技術。
追蹤定位：Inside-out 成為 VR 主流架構，SLAM 技術未來可期
定位追蹤技術的目的是，感知人體的每一個動作（頭部旋轉、位置移動），並在虛擬世界產生相應的效果， 帶來沉浸感。定位技術的原理簡單概括，就是“信號源+傳感器”，使用相應的算法,計算出物體的位置信息（包 括 xyz 三軸及旋轉共六個自由度，6DoF）
Inside-Out 逐步取代 Outside-in 成為主流技術。定位追蹤技術在實現上主要分為兩類,即“Outside-in”和 “Inside-out”。 2017 年，由外向內（Outside-in）追蹤定位技術實現產品化，並開始大量用於體驗館、線下門店 等商業場景。Outside-in 需要在房間裡佈置傳感器的擺放或者懸掛位置，如果你想把 VR 體驗場地換到另外一 個房間，傳感器的擺放就又得重新佈置。2018 年，Facebook、HTC 發佈基於 Inside-out 的一體機，由內向外 （Inside-out）追蹤定位技術能夠實現設備的無繩化，也逐漸取代 Outside-in, 明確成為 VR 主流追蹤定位技術架 構。在 AR 領域，目前主要的技術路線是單目視覺+IMU 融合 SLAM 定位，實現釐米級準確度和毫米級精密度 定位輸出。
SLAM（Simultaneous localization and mapping，同步定位與建圖）技術近幾年開始成熟，並被用於 VR/AR 等消費者產品的追蹤定位。簡單理解，SLAM 就是某種設備（機器人、VR/AR 設備）來到陌生環境中，需要精 準建立時空對應關係，並回答“我在哪裡？”“這是什麼地方？”“我該怎麼走？”等問題，也就是定位、建圖 和路徑規劃。由此可見，SLAM 是一套要求實時性和準確性的大型系統，涉及硬件上高速度高精度的感知和姿 態跟蹤、算法上多線程併發執行，資源的分配、讀寫的協調、地圖數據的管理、優化和準確性等系統整合的眾 多問題。
SLAM 的數據來源是傳感器，傳感器的質量對於 SLAM 的效果影響很大。因此 SLAM 對於硬件的要求很 高，包括對於 IMU 要求高精度，對於攝像頭要求全局快門，大的視角，快門速度足夠高，能夠保證圖像在高速 運動時不會產生模糊。不僅如此，SLAM 數據來自於多個傳感器的融合，以 Facebook 的 Oculus Insight 系統為 例，硬件架構包括三種傳感器：IMU，攝像頭和紅外 LED，多個傳感器需要精密的校準和調整，直接關係到算 法的準確性。
精確高效的算法則是 SLAM 的核心。 以開源的 ORB-SLAM 算法為例，主要分為三個線程，Tracking 用於 跟蹤 Camera Pose，Local Mapping 用於構建點雲地圖，Loop Closing 用於閉環檢測，優化點雲位置。Place Recognition，即重定位，是利用 BoW（Bag of Words）模型在已經構建好的地圖內定位 Camera。目前距離應用 到終端產品上還存在比較大的問題，主要包括代碼 Bug 優化，傳感器的位置跟蹤不穩定，芯片實時處理所有數據的算力不夠，以及內存問題。
SLAM 是 AR 必備的核心技術，各大公司紛紛佈局，未來前景可期。 從 VR/AR 的應用場景來看，由於 VR 設備主要是虛擬世界的沉浸感，SLAM 是對真實世界的描述，現有的 Outside-in方案基本不需要 SLAM，Inside-out 需要 SLAM 配合解決跟蹤用戶位移的問題。而對於 AR 設備來說，為了實現虛擬元素和真實世界的融合，SLAM 則是必須擁有的最核心的一項技術之一，蘋果 ARKit、谷歌 ARCore 與華為 AR Engine 推出的 AR SDK 普遍 遵循單目視覺+IMU 融合定位的技術路線，也驗證了各大公司對其重視的程度，在 SLAM 相關的傳感器、算法、 軟件、硬件等方向，也出現了小公司在關鍵細分領域快速創新、大公司在各個關鍵方向佈局並且頻繁收購的趨 勢。
在初期階段，由於產品和硬件高度差異化，而 SLAM 相關技術的整合和優化又很複雜，目前有能力做好 SLAM 全套解決方案的仍是 Facebook、微軟、谷歌、蘋果等大廠。隨著 SLAM 各個領域的產品化進程推進，細 分市場的創新和應用正在迅速推進。由於市場上算法和軟件仍然比較碎片化，移動端硬件的計算能力還不夠， SLAM 相關技術正在從軟件和算法層面向硬件推動，可以期待在這個過程中必將會產生巨大的機會和眾多優秀 的公司。
手勢交互：目前以基於手柄的“6+6”交互為主流，未來將以裸手交互為趨勢
手勢識別的原理並不複雜，它通過硬件捕獲自然信號，就像相機捕獲圖片信息那樣，然後通過軟件算法計 算得到手的位置、姿態、手勢等，處理成計算機可以理解的信息。但如果 VR 設備要做到高精度和高穩定性的 手勢交互，則對硬件和算法均具有較高的要求。
其中，硬件方案可以分為基於手柄的非裸手交互控制，以及裸手交互。目前手柄控制依然是主流，融合 Inside-out 6DoF 頭動和 6DoF 手柄交互的所謂“6+6”交互路線成為發展趨勢，代表廠商有 Oculus Quest、Pico 及 Nolo、Ximmerse 等。各廠商的 VR 手柄設計有較大不同，通常都會配置搖桿，小型觸摸板，A、B 操作按 鈕，以及握柄部分的電容感測，可識別壓力、觸感、以及光學數據。
裸手交互（原生手勢識別）方案則更為複雜，需要識別出手部骨架的 21 或 26 個關鍵點，並將每個點用 3 個自由度衡量，輸出 21/26*3 維的矢量，並由專業算法來識別手部的姿態和位置。
裸手交互的硬件方案包括 RGB 攝像頭、3D 攝像頭（TOF、結構光、雙目視覺）和數據手套等，業界標杆 是以 Leap Motion 和 uSens 為代表的雙目紅外相機方案，支持雙手交互、單手 26DoF 跟蹤，廣泛用於一體式、 主機式虛擬現實終端，而在手機式產品方面，華為 AR Engine 利用結構光器件實現了單手 26DoF 交互方案。 裸手交互的算法方案大體可以分為模型驅動和數據驅動兩種方式，模型驅動類的算法不需要訓練數據，但需要 高度精確的初始化設計，通常只能用於手勢追蹤領域，數據驅動類算法依靠大數據和機器學習，目前已經成為 主流的研究方向。
目前，手勢識別技術的落地場景還比較有限，主要在 VR 遊戲場景中，另一方面，手勢識別技術存在使用 疲勞、識別率不高、精確性較差和時延等方面的固有問題，因此還處於比較早期的發展階段。
但可以預見的是，手勢交互是未來人機交互必不可少的一部分。隨著深度學習的快速發展，交互範圍也逐 漸從手部拓展到肢體，以 Wrnch、Facebook、華為 AR Engine、百度、曠視、商湯等國內外廠商先後推出可實 時運行的人體骨骼點跟蹤技術，廣泛用於各類 VR/ AR 應用。
三問內容：誰將是那個“殺手級”的應用？
2C 市場： VR 直播、VR 遊戲有望率先落地
VR 直播：5G 大帶寬特性促進 VR 直播發展，看好體育賽事、演唱會領域 VR 直播
根據賽迪《2018 年 VR/AR 市場數據》，在 VR/AR 行業應用結構中，2018 年直播市場規模為 9 億元，2021 年 VR 直播的市場規模將達到 64.3 億元，市場佔比為 11.8%。VR 直播即通過在廣播電視採集製作過程中採用全 景攝像技術對進行內容錄製，將虛擬內容創作、視頻內容拼接和編解碼等，並使內容在設備上呈現，讓觀眾獲得人與內容場景互動的體驗。與傳統直播差異在於：1）沉浸感強：VR 直播提供 180°或 360°全景視角；2）畫 面立體，趣味性強：通過近眼 3D 顯示讓畫面更立體且真實，使得觀眾有“身臨其境”的體驗，趣味性強；3） 主動性強：可實現更多交互，用戶可以自由選擇任意角度，跳出了傳統 2D 平面視頻的視角框定，由體驗者主 動選擇想觀看的內容，而非被動接受內容。與傳統直播不同，
VR 直播對於網絡的要求較高，通常要求大帶寬 上行和下行網絡，傳統視頻承載網絡方案難以滿足。但隨著千兆寬帶入戶（10G PON 光纖接入技術為基數的千 兆接入時代）與 5G 規模化部署，網絡傳輸帶寬將優化，使得 VR 直播普及。從生產內容方式來看，VR 直播主要有兩大分類，一是 PGC（Professional Generated Content，專業生產內 容），如體育賽事、綜藝節目、新聞事件、教育培訓、產品營銷等；二是 UGC（User Generate Content，用戶生 產內容），如網紅直播、戶外直播、生活直播等。近年來 VR 在以體育賽事、綜藝節目等為主的 PGC 領域不斷試 水，得到快速發展。
在體育賽事領域，NextVR 是全球最早實現高品質 VR 直播的公司，並與 NFL、NBA、PBC 超級拳擊冠軍賽等 眾多重量級賽事形成全面合作關係，和福克斯體育（擁有眾多體育賽事轉播權）建立了長期合作機會；2017 年，微鯨 VR 聯合體奧動力、飛貓影視，VR 直播 2017 年中超聯賽；2018 年，美國電視網 NBC 與英特爾合 作，藉助 TrueVR 技術，對韓國平昌冬奧會進行了超過 50 個小時的 VR 直播。英特爾 TrueVR 技術在每場比 賽中，採用多個攝像機點位拍攝，打造交互的 360 度虛擬環境。觀眾可以自由選擇多個視角來觀看比賽， 營造真正的沉浸式體驗。
在演唱會/綜藝節目領域，2016 年王菲“幻樂一場”演唱會在上海召開，該演唱會現場門票售價約 3000~7800 元，門票售罄，票價被炒作至數十萬一張。該演唱會採用了 VR 360°視頻進行直播，根據後臺統計顯示， 近 9 萬名觀眾使用 VR 直播方式進行在線觀看本次演唱會。用戶需要付費 30 元購買兌換碼才能觀看 VR 直 播，為演唱會額外創 264 萬。此外，2017 年，中央電視臺舉辦的春節聯歡晚會通過蘭亭數字首次實現 VR直播，用戶下載央視客戶端就可以觀看 VR 版春晚，此後 3 年央視連續進行了 VR 直播。
整體而言，我們認為演唱會、體育賽事 VR 直播本身具有將強的“粉絲效應”，可以突破現場座位的限制， 解決熱門比賽及活動門票供不應求的現象，並可以讓用戶自由選擇視角和回放時機，拓寬收視群體。此外，與 VR 視頻製作高成本、長週期相比，體育賽事及演唱會等綜藝活動具有定期性，且一般都設置有直播，僅需在現 場添置 VR 直播設備，可以有效解決內容不足和成本過高（相對 VR 視頻）的難題。
VR 遊戲：追求“沉浸感”、龐大的用戶基數、較強用戶粘性等特點推動 VR 遊戲落地
VR 內容中游戲一直是備受用戶青睞的重要領域，VR 遊戲按照使用設備的不同大致可以劃分為 VR 線上遊戲 和 VR 場地遊戲。VR 線上遊戲需要用戶使用 PC 端或者主機端配套 VR 頭顯等設備來獲得出色的沉浸式體驗，目 前的目標客戶群體主要面向重度玩家或專業遊戲愛好者，而 VR 場地遊戲提供商需要搭建 VR 展臺等體驗設施供 用戶遊玩，而用戶無需自己額外配套相應 VR 設備，主打廣闊的大眾需求，因此對用戶硬件需求並不高。
根據賽迪《2018 年 VR/AR 市場數據》研究成果，中國 VR/AR 行業應用中游戲領域佔比始終領跑整個應用環節。 2018 年中國遊戲領域市場規模為 28.6 億元，佔比達到 35.7%，賽迪預測 2021 年市場規模增長至 206.4 億元，該佔比將會擴大至 37.9%。同時遊戲領域市場增速不容小覷，2018 年全球 VR 遊戲市場的價值為 103 億美元，展 望未來，IMARC Group 預測該市場到 2024 年將達到 402 億美元，在 2019-2024 年期間的複合年增長率為 25.5％。 目前涉足 VR 遊戲領域的公司既有創業型公司，傳統遊戲轉型 VR 遊戲的廠商，也有各大遊戲巨頭的積極參與。
目前 PC 端主流 VR 線上遊戲搭配使用的頭顯來自 Oculus Rift（Rift CV1、Rift S）、 HTC Vive（Vive Pro）、 Valve Index 和 WMR，主機端 VR 線上遊戲頭顯主要使用索尼的 PSVR，這些 VR 設備價格最便宜的是平價版 WMR 299 美元，除此之外，高端 PC、PS4 平臺以及其他 VR 遊戲配套設備如控制器、追蹤基站等也價格不菲。
Steam 平臺作為 PC 端目前 VR 內容最多，且最為優質的國際性內容平臺，截止 2019 年 10 月共有 VR 獨佔應 用數 3804 個，相比 2018 年 1 月 2285 個增長了 66.15%，VR 遊戲在所有 VR 應用中保持在 80%以上，因此其 VR 月活躍用戶數可以作為 VR 線上遊戲人數的縮影。根據 steamspy 的數據，除了 2017 年 11 月和 2018 年 2 月兩次 月活躍數明顯下滑外，VR 月活躍用戶數所佔比例整體呈現穩定上升格局，在 2019 年 6 月突破 1%大關後增長勢 頭不減，於 9 月創造歷史最高紀錄 1.09%。
2B 市場：教育、培訓類場景市場潛力大，有望最先落地
在 2B 市場，VR/AR 存在高度定製化的特點，使其一方面存在需求較為穩定且可較早實現盈利的特性，另一 方面存在難以規模化推廣的難題。和 2C 場景不同，2B 應用的規模普及最重要的因素是“商業價值可衡量”，即 要讓客戶看得到清晰的“商業價值”，如可否降低運作成本、提高工作效率，或是具有良好的投資回報率。我們 認為在 B 端市場，教育、培訓、營銷類領域具有較大的市場空間及目標用戶，VR/AR 技術與垂直行業的結合能 夠解決目前存在的一部分痛點，商業模式相對清晰，將首先落地；另一方面，受客流量、內容、整體體驗水平、 民眾對 VR 認知等多因素影響，VR 線下體驗店盈利情況並不樂觀。
VR 教育/培訓：高成本、高危險、傳統方式無法呈現領域有望首先普及
教育是 VR B 端市場最先落地的應用領域之一，市場潛力大、目標用戶多、政策支持力度大的特點驅動資本 密集投向教育培訓領域。整體而言，VR 在教育培訓領域的應用可以分為 K-12 基礎教育、高等教育和企業培訓：
1）基礎教育/高等教育
VR 在 K-12 基礎教育的應用有利於結合虛擬現實沉浸式教學的體驗，解決課堂教學中的抽象、困難的知識 點，讓學生有“身臨其境”的體驗，有效改善傳統教育存在學生主動性、積極性不足等問題，充分結合 VR 沉浸 性、交互性、空間性的特點，可以提高學生興趣，通過直觀的畫面瞭解抽象知識並加以記憶。在高等教育領域， VR 教育在醫學、化學等需要重複進行實驗，以及考古、設計等需將抽象知識具體場景化的學科領域將發揮價值， VR 實驗室、VR 設計工坊等方面部署能夠打破實驗教學的場地、費用等限制，積極推動 VR 在科研創新中應用。
目前國內外在 VR 教育領域佈局的廠商較多，其中佈局 K-12 基礎教育領域的商家最多，且多數擁有小規模 的試用案例，具體如下：
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2）企業實訓
• VR 在企業實訓/職業教育領域的應用通常需要定定製化的方案，我們認為其在高成本、高危險領域將首先 落地。首先，在石油、電力等領域，員工培訓經常需要重大且昂貴的硬件設備、較大的場地，造成員工的 培訓費用高，VR 則可幫助企業解決硬件設備及場地問題，有效提高培訓效率；其次，在消防、化工、醫療、 航空航天等領域，員工在真實環境下實訓存在較高危險係數，而 VR 可有效在虛擬環境下通過沉浸式的教 學讓學員能夠有“身臨其境”的感覺，同時避免實訓風險、降低操作成本，提高教學質量。目前 VR 在航 空航天、安防教育培訓領域已有落地應用；以航空航天為例，目前空軍已有小範圍試用針對戰術飛行訓練 系統，主要是將學員的初步（基礎）的培訓會通過 VR 模擬機運行，以節省成本。該類方案通常為定製化， 價格在百萬區間，可有效解決教師人力成本和實訓的成本，避免實訓風險。我們認為企業在高成本、高風 險領域實訓成本及風險過高，可以先讓學員在 VR 中熟練操作，反覆不斷練習，以降低成本。此外，對於 火災演練、緊急情況應對演練等培訓，出於安全的原因無法還原真實場景，學員訓練一般缺乏真實感和緊 張感。在虛擬的世界中可以營造真實的災難現場。
VR 營銷：彌補傳統媒體被動營銷模式，引導用戶消費
VR 營銷可彌補傳統媒體被動的形式，讓用戶從被動接受到主動體驗，以更清晰地瞭解產品，讓用戶切身感 受產品優勢。同時對於商家而言，VR 營銷能夠獲取客戶的數據（通過合法的途徑），有助於進行更進一步的用 戶分析。目前，VR 在房地產、汽車、網上購物等領域已經展現出獨特價值。目前最為大眾熟知的 VR 看房，已 經被大多數第三方平臺採用，如安居客和貝殼網等，能夠用較好的沉浸感展示出房屋各個方位的細節，具有 3D 空間結構圖和平面戶型圖，還具有標尺功能，大大減少了租戶或買主的看房成本，用戶好評度較高。
VR/AR 體驗店：“賺錢”不易，存在不確定性
娛樂類的 2B 場景主要為各類 VR/AR 主題體驗店或者電子競技館。2018 年全國 VR 線下體驗店規模達到 20.9 億元，同比上漲 99.0%，預計未來增速會顯著下降。但是目前看來，受客流量、內容、整體體驗水平、民眾對 VR 認知等多因素影響，很多虛擬現實線下體驗店盈利情況並不樂觀。另一方面是消費者在體驗 VR 的過程中， 缺少類似於電影或網吧等的社交互動性，難以與共同來體驗的好友交流，進一步影響了體驗店和競技館的接受 度和盈利能力。
韓國運營商的嘗試
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VR/AR 產業未來前景展望
VR/AR 市場規模和空間：2023 年全球 VR 設備超過 3500 萬，AR 設備超過 3000萬
經過低谷期的一系列洗牌和調整後，VR/AR 行業將迎來平穩增長期。IDC 數據顯示，到 2023 年，全球 VR 設備年出貨量超過 3500 萬，AR 進展將慢於 VR，到 2023 年全球出貨量也將超過 3000 萬。
從中國市場來看，2019 年 VR/AR 頭顯設備出貨量強勁增長。據 IDC 數據，2018 年全年中國虛擬現實設備 出貨量為 120 萬臺，其中 VR 頭顯出貨量為 116.8 臺，AR 頭顯出貨量 3.2 萬臺。2019 年第一季度，中國 AR/VR 頭顯設備出貨量接近 27.5 萬臺，同比增長 15.1%。5G 商用化帶來運營商渠道對頭顯設備的需求大幅上升。預計 2023 年，中國 VR 頭顯設備出貨量將突破 1000 萬臺，AR 設備出貨量將超過 800 萬臺。
VR/AR 市場增長的推動力包括：5G 和千兆帶寬網絡建設的推進，硬件技術的突破，以及越來越豐富的內 容和場景。
VR/AR 的終端形態展望：一體機 VR 將逐步超過 PC VR 成為最大的市場
從終端形態來看，目前 VR 頭顯目前主要分為主機式（PC VR），手機式（手機盒子），一體式三類。
2016 年以前，主要以手機盒子形態為主，例如 Pico1，三星的 Gear VR 等。這類產品成本較低，使用簡單， 普及較快。手機盒子的問題在於對手機屏幕的分辨率要求較高，也對不同手機的兼容性要求較高，沒有互動性， 受限於手機的處理能力，也難以做進一步的開發和升級。因此手機盒子 VR 只是一個過渡，不會成為 VR 的主 流形態。
2017 年，PC VR 開始興起，第一代 PC VR 包括 Oculus Rift、HTC Vive、PS VR 等。PC VR 能實現的功能 強大許多，如位置追蹤、無線控制等等，搭配豐富的遙控套件，在遊戲體驗方面更為出色。但是這些設備並沒能培養出一個積極活躍的消費生態。一方面是高昂的價格，另一方面是由於系統適配問題，需要複雜的安裝、 調試並處理兼容性，因此買來往往被長期閒置。
目前，以Facebook的Oculus Quest為代表的一體機VR開始被越來越多人認為是VR設備的未來主流形態。 一體機 VR 本身內置處理器，並集成屏幕，意味著沒有線纜，沒有外部傳感器，無需 PC 和智能手機，只要戴上 VR，啟動系統，馬上步入虛擬世界。目前 VR 一體機的問題在於技術門檻過高、成本過高，目前的技術水平下， 體驗比主機式 VR 要弱一些。
未來五年，PC VR 和一體機 VR 將作為 VR 主要的兩條產品線並行發展，一體機 VR 或將逐漸超過 PC VR 成為最大的市場。
一體機 VR 逐漸配備上 PC VR 已具備的先進技術特性，比如的頭手雙 6DoF 等。一體機 VR 在未來的技術 迭代還包括全身動捕技術、眼動追蹤技術、面部捕捉技術、變焦顯示技術等前沿技術的集成（這些技術或將分 批次集成），以及產品的簡易輕便小型化。
PC VR 依然代表著最高端的性能和最優秀的體驗，應用於高性能需求的場景中。同時，PC VR 的另一個非常重要的角色是——探索最前沿技術的可能性，然後再將技術成果移植到一體機 VR 上。現在我們已經看到的 有：Facebook 在 Oculus Rift 上探索的消費級低成本全身動捕技術、面部捕捉技術等等。未來，PC VR 和一體機 VR 的發展過程很可能會類似於服務器和個人電腦。
VR/AR 產業鏈機遇展望：終端+網絡+內容
VR/AR 產業鏈條長，參與主體多，主要分為內容應用、終端器件、網絡平臺和內容生產。
終端器件方面，主要涉及頭顯整機、感知交互和關鍵器件。頭顯整機中，我國聚集了全球主要的頭顯硬件 製造商歌爾股份，成為全球的硬件採購和組裝中心，以大朋、Pico 為代表的終端企業發展迅速，成為我國一體 機市場的主要力量，華為、小米、愛奇藝等陸續進入。在感知交互方面，湧現出七鑫易維、諾亦騰、NOLO、瑞 立視等一批在追蹤定位多通道交互領域的特色企業。在屏幕、芯片、傳感器等關鍵器件中，京東方憑藉 AMOLED 屏幕、快速響應液晶屏與 OLED-on Si 在虛擬現實近眼顯示領域實現突破。
網絡通信/雲控平臺方面，虛擬現實為 5G 網絡的市場經營和業務發展探索新的機會，此外，華為、蘭亭數 字、7663、視博雲等在福建移動開通全球首個運營商雲控平臺，通過 Cloud VR 連接電信網絡與 VR 產業鏈，助 推虛擬現實加速普及。
內容應用方面，VR 的解決方案聚焦在文化娛樂、教育培訓、工業生產、醫療健康和商貿創意方面。教育培 訓內容企業成為行業應用中的主要力量，以百度 VR、威愛教育、幻鯨 VR、網龍華漁等為代表的企業紛紛佈局； 在文化娛樂方面，愛奇藝、鬥魚、完美世界、賽歐必弗等公司陸續在 VR 視頻、VR 直播、VR 遊戲等領域佈局。
內容生產系統方面，主要涉及操作系統、開發引擎和 SDK 等開發環境和全景相機、拼接縫合、三維重建等 採集系統，目前我國湧現出睿悅、微鯨、Insta 360、川大智勝、通甲優博等一批代表性企業。
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