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中金:VR有望迎百花齐放 AR未来潜力可期

时间:2021-07-20 06:42

  我们长期深入跟踪ARVR行业,在过去两年发布多篇行业深度报告。今年我们看到

  Oculus Quest 2定义行业旗舰款产品,Pico等公司产品快速跟进奠定VR硬件元年。Facebook去年10月发布新款Oculus Quest 2以来,硬件销量持续优于市场预期,我们认为该产品在显示参数、价格和外观设计等方面满足VR用户的基本需求,并且能够通过AirLink方式实现无线信号传输,奠定了VR硬件头显的参数标准。在Oculus推动下,Pico在今年5月发布Neo 3新款VR设备,硬件参数基本遵循Quest 2配置,消费者认可度较高。长期来看,我们认为VR硬件参数标准化能够加速相关应用开发,提高应用内容的通用性,有助于VR软件生态快速发展。因此,站在当前时点,我们认为在Facebook和Pico等一线品牌推动下,VR硬件基准基本确立,未来更多软件开发商将逐步入场,2021年或将成为VR行业发展元年。

  “硬件开疆,软件赋能”,从应用领域扩张看VR天花板。根据前瞻产业研究院数据,2021年VR游戏、视频等泛娱乐应用市场占比约为59%,是目前VR主要的应用领域。我们认为,Facebook短期将通过大量优质VR游戏培养稳定用户生态,在存量用户积累到千万级后,将转向发展VR办公、社交等应用。我们认为仅从Facebook存量用户推算,VR社交级用户数量有望接近4,000万,随着VR应用逐步从游戏向办公、社交和商用拓展,VR硬件出货量的天花板也将随之打开。

  5G+AR有望推动AR眼镜向C端渗透,分体式或将成为短期主流。回顾过去一年AR行业,我们看到以Nreal为代表的C端AR品牌快速崛起,通过搭配高通5G手机销售,依托智能手机较为强劲的算力平台提供基础娱乐及互动服务。我们认为,这可能是短期AR在C端应用的主要方式。长期来看,我们仍看好光波导(衍射光栅)方案未来的发展前景,建议持续关注。

  从主机PC到智能手机,交互技术升级提供科技巨头成长空间。主机电脑作为人机交互第一代界面,带动了如IBM等巨头公司成长。21世纪PC时代来临,操作系统厂商微软及电脑芯片巨头Intel受益。手机时代可分为按键手机和触摸屏手机,产生了诺基亚、苹果和等巨头。我们认为,交互方式升级将提供科技市场增量空间,也将带来关键的布局机遇。

  AR与脑机接口有望成为未来人机交互方式,行业潜在空间可期。我们认为AR能够提供优质近眼显示及多样化使用场景,有望替代智能机成为下一代人机交互平台。脑机接互便捷性高、信息种类多、反应迅速等特点,有望成为人机交互终极方向。

  VR开发者收入不断提升,应用生态进入正反馈。Steam平台VR活跃用户比例在2020年受疫情影响激增后仍持续上升,2021年5月达2.31%,创历史新高。受益于VR用户规模增长,应用开发者收入也不断提升。以Quest商店为例,百万美元以上流水的应用数量在2021年2月突破60款,较5个月前增长71%。

  多款游戏大作上市有望带动VR设备出货。Oculus近日举办了Oculus Gaming Showcase,联合CAPCOM等多家游戏工作室发布了生化危机、星球大战、行尸走肉等知名IP的VR游戏版本。育碧旗下的核心IP刺客信条和细胞分裂也将于近期登录VR平台。随着VR用户规模的持续扩大,更多重量级游戏有望登陆VR平台。

  以Facebook为例,VR社交潜力可观。Facebook在2020年内测全新VR社交平台Horizon。当前Facebook全球用户数为18.77亿人,按照其各地区用户购买力水平,我们测算高低两种渗透率情景下的VR社交潜在用户规模。低渗透率情景下全球平均VR社交渗透率仅1.0%,即便如此潜在用户规模也达到1,920万人,超过2020年全年VR设备出货量。高渗透率情景(2%)下用户规模则接近4,000万人,潜力可观。

  ARVR是元宇宙(Metaverse)与现实世界的硬件接口。以元宇宙核心标的Roblox为例,其用户年龄整体较低,性别比例均衡,一定程度上预示着Z世代年轻人对元宇宙的概念认可度高。随着以腾讯为首的互联网公司提出迈入全真互联网时代,ARVR的接口作用日趋重要。

  VR在教育和培训领域均有可观潜力。以To G端教育市场为例,VR设备可以实现中小学虚拟实验室与虚拟课堂,减少教学耗材,吸引学生注意力,同时增强实验安全性。

  在职业培训领域,国内驾校龙头东方时尚以1.8亿元采购VR驾驶员培训模拟设备,为其驾驶员培训服务提供补充和优化。据,其使用VR设备教学的学员的平均科目二合格率达到了85%,高于实车教学的科目二合格率。同时VR教学也可以突破培训的空间限制,使培训学校可以向住宅小区等人群密集区域进行布点,延伸业务触角。据VR陀螺测算,2022/23年中国VR培训市场有望达到37/61亿元。

  商用办公方面,Facebook推出名为Infinite Office的一系列功能,旨在打入VR办公领域。该功能将现实世界的键盘融入VR世界,使用户可以在实体键盘上打字办公,增强了VR设备的生产力属性。

  2020年VR设备出货量接近1,000万台,2021年出货量有望超过1,500万。2020年VR出货量增长主要得益于Oculus Quest系列的大卖,该产品通过低定价、强产品、重生态战略推动了VR进一步走向消费市场。Facebook也因此在4Q20市场份额上升至53%,成为VR领域毋庸置疑的霸主。我们预测随着VR应用持续丰富,、索尼等巨头入场,2021/22年VR出货量将分别达到1,670/2,673万部。

  屏幕及芯片占比较高,结构件及PCB等零部件增量可观。考虑到Quest 2产品硬件并未盈利,我们认为其整体成本应接近售价300美元。参考iHS Markit对VR相关设备拆解,我们测算1)屏幕及主控芯片占据整体成本的1/3左右;2)结构件、PCB及FPC等机械连接零部件占比接近1/3。整体来看,我们认为受限于VR出货量短期仍难以与智能手机相比,我们建议着重关注集中度较高的零部件及组装环节的增量机会,以及后续VR微创新来带的增量功能。

  过去一年VR新品频出,主要趋势为:1)一体机兴起,成为消费级产品主流方案。以Oculus Quest 2为代表的一体机持续畅销。2)设备价格进一步下探。消费级产品NOLO Sonic发售价1,999元人民币,实现价格下沉,有望进一步扩展VR市场空间。

  Inside-out追踪方案降低硬件成本,推动VR更快普及。早期VR设备多采用基于外部定位基站的Outside-in追踪方案,该方案硬件成本高,安装调试复杂,且追踪空间受限。随着机器视觉算法的逐步成熟,Inside-out方案仅靠VR头显上的摄像头即可准确定位,实现了硬件成本和上手难度的降低。当前Inside-out追踪已成为消费级VR的主流定位方案。

  多款重磅产品有望发布,VR行业或于2022年迎变局。2022年有望发布首款MR产品,单机价值量高,或引领行业发展方向;Oculus或将发布Quest Pro,打造下一个VR旗舰款;有望发布新一代PS VR,海量娱乐生态赋能下产品销量可期。

  眼动追踪是未来VR设备最有可能普及的硬件设备。眼动追踪是面部表情识别、可变焦显示以及注视点渲染的必要硬件基础。HTC、Pico均已与眼动追踪方案提供商Tobii合作推出终端产品。随着消费者对VR体验要求的不断提高,眼动追踪普及势在必行。

  眼动追踪技术路线多,各大厂商均有布局。苹果、、Magic Leap均选择与Tobii相同的瞳孔角膜反射法,该方案技术成熟度较高,已有一定规模的应用;Facebook则选择布局结构光建模法和视网膜反射光强法。Facebook CEO扎克伯格在与The Information的访谈中提及未来版本的Quest将配备眼动追踪和面部表情识别以实现更好的社交体验。

  面部表情识别与重塑将成为VR社交的核心技术。当前VR社交体验的主要挑战是社交对象均以虚拟人偶的形式出现,用户间没有面部表情和眼神交流,缺乏互动真实性。我们认为引入面部表情识别与重塑技术的VR社交有望突破这一局限,实现高度生动真实的社交体验。

  Facebook在面部表情识别方面已做出较大突破,通过机器学习算法仅凭三个摄像头捕捉的画面即可重塑整个面部。该方案整体成本可控,落地可能性较高。

  目前主流VR设备的光学设计多使用菲涅尔透镜(Fresnel lenses)。菲涅尔透镜能够在保留常规透镜光学特征的同时,大幅压缩镜片厚度,实现镜片轻量化。同时菲涅尔透镜的制造工艺较为成熟,生产成本也较常规透镜低。但菲涅尔透镜由于焦距所限,无法减少光学成像模组的整体厚度,同时其光学特性会在一定程度上影响成像质量。

  折叠光路技术(Pancake lenses)有望进一步提升VR设备的整体体验。折叠光路使用偏振膜将光路压缩,使VR设备整体厚度进一步下降。同时折叠光路也可以实现更好的成像效果以及更广的FOV。但折叠光路也存在诸多技术难点,比如光线经多次折返后强度下降,轻薄设计与广视角难以兼得等。长期来看,折叠光路的成熟应用将带来VR设备里程碑式的体验提升。

  现有VR产品体验提升的一大挑战是视觉辐凑调节冲突(Vergence accommodation Conflict, VAC)所带来的眩晕感。人眼会根据屏幕显示内容的远近调整视觉焦点,但VR设备屏幕与人眼的距离却始终不变,VAC因此而出现。可变焦显示则可以有效解决VAC,提升长时间VR体验的舒适感,也能使显示效果更加真实。

  可变焦显示的实现方案分机械模组和电子模组两种。以Facebook Reality Lab的原型机为例,机械模组主要通过音圈马达和柔性铰链调节显示平面与人眼的距离;电子模组则利用电子液晶透镜的开合来实现变焦。我们认为,机械模组虽然对精密制造和组装的要求严格,但技术更为成熟,可量产程度高。相比之下,电子模组由于成本和工艺限制仍存在量产瓶颈。

  AR硬件方面,光学领域仍是关键突破点。2020年光学为AR行业融资并购除眼镜整机厂以外最大子领域。近日,互联网社交公司Snap以5亿美元对价收购AR光学解决方案公司WaveOptics,再次引发各界对于AR光学的关注。

  光学系统是AR眼镜整机价值量占比最高。光学组件占1,000美元级AR产品硬件成本的47%,其中光学系统又分为成像与显示两个子系统,各光学成像方案所搭配的显示方案有所不同。

  AR光学成像方案升级路径较为明确,光波导为最终发展方向。短期来看,由于成本可控,工艺较为成熟,自由曲面/Birdbath仍会在C端AR市场占有一席之地。长期来看,由于其轻薄性及显示效果优势,光波导一旦突破量产瓶颈后,有望实现快速渗透。

  短期来看,硅基OLED仍是AR显示的主流方案。硅基OLED是自由曲面/Birdbath的主要搭配显示方案,但其亮度存在局限性;光波导方案目前主要与LCoS或DLP显示搭配,两者均能实现较高的亮度,但系统复杂度较高,成本高昂。

  长期来看,Micro LED将成为AR微显示的必然选择。LED有着高亮度、低延迟、低功耗等先天优势。JBD已于2020年实现了点间距5μm,5,000DPI的单色Micro LED晶圆量产。随着海兹定律推动LED成本持续下探,我们认为芯片尺寸不断下降,Micro LED正在快速落地,有望成为搭配光波导的最终AR显示技术。

  视觉SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)因为无需预先布置场景、适用范围广和硬件成本低等优点而成为AR空间感知领域的主要方案。视觉SLAM的硬件基础以视觉摄像头为主,其他传感器如IMU(惯性测量单元)、GPS为辅。

  UWB则在AR通信与定位方面提供了新的可能。相较蓝牙技术,UWB有以下优点:

  优异的室内表现。蓝牙技术由于标准设立较早,可用的通信频率范围仅有2MHz。受制于有限的频率范围,蓝牙无法很好的解决室内常见的多路径传输现象,从而容易出现延迟、干涉等问题。而UWB可用的频率范围宽达500Mhz,是蓝牙的250倍,其超宽带特性可以很好解决信号在封闭空间内的延迟、干涉等问题。

  精准测距与实时定位能力。蓝牙技术通过判断接收端信号强度(RSSI)来实现定位。但信号强度易受环境和其他信号的影响,从而进一步影响定位的精准程度。UWB则使用飞行时间(ToF)原理测距,其定位准确性与时效性均优于蓝牙。

  安全性。蓝牙定位使用RSSI存在一定的安全隐患。信号仿制者可以在拦截到蓝牙信号后中继给仿制接收器,使系统误判接收器的真实位置。UWB使用ToF原理进行定位测距,其信号传输很难被拦截后仿制,从而保证了较高的安全性。

  脑机接口指人脑与计算设备的直接交流和控制通道。通过脑机接口,用户可以不需要语言或动作,直接用大脑思想向机器输入信息或控制设备,或实现信息的双向传输。眼动追踪领域龙头公司Tobii、Valve(Steam母公司)和OpenBCI于2021年2月宣布三方正在结合各自技术优势,合作研究用于VR游戏的脑机接口Galea。

  根据脑电信号获取的方式,脑机接口可分为侵入式和非侵入式。侵入式脑机接口将电极直接植入大脑灰质,主要应用在医疗领域,可以实现脑电波信号的精准检测与义肢器械的操控;非侵入式脑机接口则使用方便佩戴的外接设备获取脑电信号,是To C端的主要发展方向。

  AR眼镜受体积所限,其本地算力难以满足复杂应用的需求。如果AR设备将数据和计算密集型任务转移到云端,就能利用云端服务器的数据存储和高速计算能力,降低对本地AR设备的性能要求,从而降低AR的硬件成本,同时一定程度延长其续航时间。

  AR通信:4G与Wi-Fi通信下的云AR受20Mbps、50ms的带宽与时延限制,应用场景局限于2D图像与文字的本地叠加;5G则可实现Gbps级的带宽与10ms以下的时延要求,从而进行强交互与重数据应用的云端化,真正实现云AR。

  AR边缘云计算:随着AR边缘云计算的逐步成熟,越来越多的应用将会把计算重心部署在云端和边端。边缘云计算演进的最终方向是实现图像实时上传与云端图像渲染,从而大幅降低本地计算要求,使AR头显着重部署显示与用户交互功能。

  高通联合手机及AR设备制造商发布XR Viewer开发平台,制定AR设备标准。目前AR一体机受重量体积所限,无法实现较为优秀的AR体验。XR Viewer 主要由VR和AR分体式设备为主,通过Type-C数据线连接至使用高通高端芯片的智能手机。

  分体式是当前AR眼镜的主流产品结构。分体式设计将AR眼镜定位为智能手机的配件,可实现AR头显的轻量化,提升佩戴舒适感。我们预测在云AR相关技术取得突破之前,分体式仍将是AR眼镜的主要形态。

  XR Viewer平台同时联合运营商打通下游渠道,加速AR渗透率提升。Nreal与欧洲及日韩等多国运营商合作,绑定智能手机移动套餐销售。以Nreal为鉴,AR眼镜厂商与运营商合作或为一条可行的发展道路。