对于沉浸式体验来说,目前的技术很复杂且不能满足要求

VR/AR近几十年来一直是热门话题。这些概念旨在改变我们的现实,因此通过系统设计来“欺骗”我们的大脑并产生沉浸感,非常重要。但是,人类的大脑是一个复杂的系统,而VR/AR系统需要的先进技术,目前还不够成熟。因而,为了使VR/AR头戴设备市场能够蓬勃发展,需要重点了解显示和光学领域必须经过哪些发展。

据麦姆斯咨询介绍,VR采用现成的市售组件开发,主要是智能手机大小的显示器和放大透镜。然而,目前VR设备的视场角很小,限制了用户的沉浸体验。通过光学器件开发来进行改善,可能看起来很容易,但这意味着头戴设备的人体工程学以及尺寸、重量和可扩展性等方面的制造挑战。此外还有视觉保真度的问题,因为在不改善像素密度的情况下,提高视场会减少单位像素数量,这又会影响用户的沉浸感。

因此,显示器需要与光学器件同步改善,提高像素密度以及其他参数。但是,相关的技术和制造挑战攻克难度很大。目前,替代方案正在开发中,应该可以为理想的VR设备创造可能:亦即在宽视场范围内每度设计适当的像素数,利用非常快的帧速率,在紧凑的外形尺寸下,获得完美的色彩重现。

与VR相比,AR代表了截然不同的视觉方案,因为用户需要通过叠加的虚拟图像清晰地看到眼前的世界。在眼睛前面设置一个屏幕是不可能的,因此必须以有效且不失真的方式将图像呈现到用户眼前。AR在军事领域已经获得了广泛应用,在军事领域,其尺寸、体积和设计方面几乎没有限制。但在消费类领域,用户只想要一款不那么笨重的时尚型AR头戴式设备,而且能够完美地透视前方。

通过现有技术实现头戴式设备小型化并降低成本,非常复杂。不能违背物理规律,必须处理“etendue”管理、有效衍射、透明度、视场以及许多其他参数。与VR类似,AR也正在持续开发中,并将为即将到来的AR头戴式设备定义发展路线图。不过,由于制造方面的挑战,在市场真正起飞之前,应用会比较缓慢。

本报告对VR/AR头戴式设备的工作原理进行了全面的技术解析,深入探讨了显示器及相关光学器件的关键元件,涉及的主要市场参与者,以及对制造挑战的潜在影响等。

《VR/AR/MR显示及光学视觉系统-2018版》-徽乐汇

VR/AR头戴设备技术方案发展路线图(部分内容)

MicroLED或能打破现状,成为关键使能者

VR设备采用了类似智能手机的显示器,最初的主导技术是有机发光二极管(OLED)。尽管价格昂贵,但它们在VR相关的规格参数方面具有优势,如像素刷新率、真黑色和外形尺寸等。不过,在目前的低端VR头戴设备中也可以找到液晶显示器(LCD),等待它们在刷新率、调光方面的瓶颈突破。硅上OLED(OLED-on-silicon)微型显示器也有机遇,但光学技术和价格挑战延缓了该技术的发展。等待硅上OLED技术成熟所需要的时间,可能MicroLED已经逐渐主导市场。

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MicroLED技术短期发展预测

MicroLED技术远未成熟,但在单片组装微型显示器方面取得了进展。如果成功攻克了与MicroLED相关的技术障碍,这种显示技术将成为AR头戴式设备的有力使能者。目前,AR头戴式设备采用了硅上OLED微型显示器或投影显示技术,这些技术都不够紧凑,或者不能提供足够的亮度。MicroLED可以完美地连接真实和虚拟两个世界,并能够以紧凑的尺寸,提供足够的亮度,以克服光波导连接器的低效率。

本报告详细分析了VR/AR的显示要求,以及未来的趋势和发展路线图。本报告还全面概述了显示器结构、当前面临的挑战和主要研究方向。

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2018~2027年AR头戴式设备显示技术市场规模预测

设计时尚的真正AR头戴式设备或已尽在掌握

目前的光波导连接器的效率或许很低,但它们是唯一无需庞大光学部件,就能实现图像耦合进出并将其传输到用户眼前的技术方案。该方案由诺基亚(Nokia)发起,微软(Microsoft)和Vuzix都相继跟随了这一方案。衍射光学元件(DOE)表现出了与基本物理规律相关的性能限制,这也意味着复杂的制造挑战。一些拥有全息光学元件(HOE)的厂商试图通过不同的路线来绕过这些性能和制造问题,例如Digilens。

这直接影响了成本,也解释了为什么AR头戴式设备还并不是宣传那样的“智能手机杀手”。 第一批价格更实惠的真正时尚的AR产品或将在几个月内发布,推动AR的应用。通过致力于改进这些连接器的技术和制造,同时考量规模量产所需要的时间,AR市场最终将率先在商业领域起飞,,然后是消费类应用。

本报告详细分析了VR/AR的光学视觉系统,未来的趋势和发展路线图。本报告还全面概述了光学结构,当前面临的挑战和主要研究方向。

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2018~2027年AR头戴式设备移动波导技术市场规模预测

报告涉及的部分公司:Akonia Holographics, Aledia, Apple, Atheer, Auo, Avegant, Bayer, Boe, Canon, Colour Holographic, Corning, Daqri, Dee Poon, Dell, Digilens, Dispelix, Emagin, Etri, Evg, Eyefluence, Facebook, Finisar, Fove, Fraunhofer, Glo, Google, Hamamatsu, Himax, Holoeye, Hp, Htc, Idealens, Intel, Itri, Jdi, Konica Minolta, Kopin, Leap Motion, Lenovo, Letinar, Lg, Limbak, Linq, Liteon, Luminit, Lumiode, Lumus, Magic Leap, Meta, Microoled, Microsoft, Mira, Molecular Imprints, Nintendo, Nvidia, Oakley, Oculus, Ohara, Olightek, Optinvent, Osterhout Design Group, Pico, Pimax, Playnitride, Pupil Labs, Qualcomm, Raontech, Razer, Rockwell Collins, Samsung, Schott, Sega, Seiko Epson, Sensiks, Smi, Sony, Starbreeze, Sumita, Syndiant, Texas Instruments, Theeyetribe, Tobii, Valve, Vuzix, Waveoptics, Young Optics...