【中信建投电子|刘双锋&雷鸣团队】VR/AR行业深度报告系列二（硬件篇）：产业链日趋成熟，行业爆发在即
2019年11月我们发布了VR/AR系列的第一篇深度报告《VR/AR，敢问路在何方？》，经历了一年半的时间，VR/AR产业发生了巨大的变化，VR行业明显提速，产业链各环节趋于成熟，AR行业蓄势待发，光学等核心环节取得了重要突破。我们认为目前行业进入提速增长阶段，一方面VR出货量明显加速增长，一方面应用生态逐渐完善，二者相辅相成促进行业进入正向循环。未来C端和B端将会有更多应用场景出现，带动VR/AR产业链迎来爆发性增长。
简评
AR：光学系统仍是核心器件，产业链多种方案百花齐放
AR硬件成本中，光学显示占比达40%。显示器件上Micro-LED由于其高亮度和高分辨率特点成为主流的技术发展方向。光机设计是AR设备急需突破的技术难点，目前行业主要聚焦在光波导技术上，但高性能光波导的发展和量产仍需一定时间。预期苹果等厂商入场将带动产业链迅速成长。
基础设施建设：网络条件已具备，云VR将加速行业普及
5G和Wi-Fi6的高带宽、低延迟特性适合承载VR/AR业务，将丰富以超高清流媒体为主的使用场景，同时无绳化的设备大幅提升用户体验，进一步支持室外场景的设备应用。基于云计算的云VR服务可有效解决设备高成本及高重量不宜佩戴的痛点，推动行业普及和内容开发。
VR/AR行业进入发展拐点，逐步进入产业化发展快车道。2020年疫情环境下VR设备销售量增速明显，国内产业链各环节元器件及整机生产线发展趋于完备，关键技术持续突破带动国内市场需求扩大。国内企业在VR/AR行业的研发项目及资本投入增长明显，且均形成一定的经济效应，行业已步入快速增长阶段，长期看好VR/AR产业链公司。
风险提示
新冠疫情扰动；创新不达预期；国际贸易环境变化
一、VR行业明显提速，AR产品蓄势待发
1.1 VR/AR的内涵与区别：构建沉浸式体验
VR/AR究竟是什么？很多人会对于VR、AR和MR这些概念的界定感到困惑，而不同企业和机构的定义又往往有所不同。简而言之，虚拟现实（VR）是虚拟场景的封闭式体验，而增强现实（AR）体验会将数字元素叠加到现实世界的对象和背景上。混合现实（MR）可以说是升级版的AR，能够实现虚实场景的结合，和AR的区别就是对虚拟图像的真实感做严格的要求，因此是AR的一种类别。
VR/AR两者在关键器件、终端形态上相似性较大，在关键技术上也有重叠之处，而在应用领域上有所差异。VR/AR均需要用计算机绘制虚拟图像。VR中的图像全部由计算机绘制，往往需要配置高性能的GPU，同时由于VR是隔绝式的音视频沉浸体验，因此对显示画质要求较高。而AR中大部分图像是通过镜片透射或摄像头拍摄的，计算机绘制的图像占比较少，而且是以信息性为主的，对图像逼真度要求较低，因此对GPU要求不高。但AR需要对场景进行理解，需要用非常复杂的算法，并且实时运行，这样AR对CPU的运算性能要求非常高。此外，VR 侧重于游戏、视频、直播与社交等大众市场，AR 侧重于工业、军事等垂直应用。
1.2 VR/AR重回关注：进入提速增长阶段
1.2.1 VR/AR发展史回顾：经历了热炒、低谷，迎来新的拐点
VR/AR行业经历了热炒、低谷，到复苏，迎来了新的拐点。2012年，谷歌推出了Google Glass的AR眼镜产品，其后， Oculus被Facebook以20亿美金收购，并推出VR头盔。VR/AR概念进入市场视野，被认为是替代智能手机的下一代终端形态。Facebook和微软先后进入VR/AR市场，包括Sony、三星、HTC等多家大厂开始推出相关的硬件产品，2015-2016年VR/AR市场热度达到高点。但到了2016年下半年，由于商业模式，以及网络、硬件和内容上的瓶颈都没有突破，资本输血式的发展模式并不能够持续，行业开始进入寒冬。2018年VR历经热炒、低谷，已逐步成熟，并从Gartner曲线中消失，AR仍处于泡沫破灭的低谷期，有待技术的突破和发展。2020年疫情推动居家需求，以Oculus为代表的VR产品需求增长强劲，用户基数增加以及众多开发者的加入，使VR行业明显提速。而随着AR光学技术不断取得突破，行业也迎来了新的拐点。
1.2.2 出货量明显加速增长，应用端和B端成为市场规模重要推力
从终端设备出货量看，2020年行业总体出货量增长较为显著，市场反响持续升温，已进入产业化放量增长阶段。陀螺研究院报告显示，VR头显2020年全球出货量达到670万台，同比提升72%，预计21-22年将持续高速增长。疫情影响下，室内娱乐设备需求显著提升，同时具有C端统治潜力的Oculus Quest系列产品及VR娱乐平台上线，提供了完整优质的用户体验，促使C端VR头显出货量显著提升。
预计未来三年行业复合增长率超过80%，不同终端形态互通性增强。IDC数据显示，预计 2024 年VR/AR终端出货量超 7600 万台，其中AR设备达到3500万台，占比升至 55%，2020-2024 五年期间VR/AR终端出货量增速约为86%，其中 VR、AR 增速分别为 56%、188%，预计 2023 年 AR 终端出货量有望超越 VR。比之2018-2020 年相对平缓的终端出货量，随着 Facebook Quest2、微软Hololens2 等标杆 VR/AR 终端迭代发售以及电信运营商虚拟现实终端的发展推广，2021 年有望成为VR/AR终端规模上量、显著增长的关键年份，VR/AR 终端平均售价将从当前2500/9700 元人民币进一步下降。此外，华为 VR Glass、PicoNeo 2 等一体式头显终端均可通过串流功能而不再受制于移动平台的功耗与渲染算力，跨终端形态的使用融通性显著提高。
全球VR/AR市场规模接近千亿，AR 与内容应用成为首要增长点，预计2024年将达到近5000亿元。据 IDC 等机构统计，2020 年全球VR/AR市场规模约为 900 亿元人民币，其中 VR 市场 620 亿元，AR 市场 280 亿元。预计 2020-2024 五年期间全球虚拟现实产业规模年均增长率约为 54%，其中 VR增速约 45%，AR 增速约 66%，2024 年两者份额均为 2400 亿元人民币。从产业结构看，终端器件市场规模占比位居首位，2020 年规模占比逾四成，随着传统行业数字化转型与信息消费升级等常态化，内容应用市场将快速发展，预计 2024 年市场规模超过 2800 亿元。
2020年成为重要转折点，B端市场规模持续增长，将与C端相近。2020年已成为一个重要的转折点，2C端形成了居家办公及娱乐的生活习惯，消费者宅家时间延长，而2B端由于疫情中断了企业的供应链，工作场所限制以及运营效率低下使企业更加关注员工培训和协作。在整体VR/AR市场上，B端支出小于C端，但未来的大部分增长是来自B端。IDC预测，2024年B端应用市场包括培训（41亿美元），工业维护（41亿美元）和零售展示（27亿美元），C端应用VR游戏，VR视频/功能观看和AR游戏）的总支出为176亿美元。
1.2.3 应用生态完善及行业标准确立，赋能行业加速成长
Steam及Quest等VR平台应用内容生态逐步完善。（1）Steam平台是目前全球最大的综合型数字发行平台之一，其开放生态和宽松的游戏发行机制在全球拥有大量的用户。Steam VR支持自选VR硬件体验平台上的VR内容，促进了平台应用的开发，目前Steam平台已有超过4000个VR商品，2020年Steam平台新增VR用户170万，相关收入同比增长71%。（2）Quest作为封闭生态的代表，上线游戏超过200个，质量较高，用户付费意愿强。2020年9月Quest平台内容累计收入已达1.5亿美元，随着Quest 2销量上涨，平台收入将进一步提升，预计2021年底达5亿美元。
OpenXR通用标准降低内容移植难度，吸引更多开发者入场。OpenXR是来自 Khronos的免费API 标准，为引擎提供跨VR/AR内的一系列设备的本机访问权限，OpenXR标准使应用只需编写一次，就可以在所有硬件和软件平台上进行运行，大幅减少开发者的软件应用开发成本，极大的推动XR行业的发展。微软和Oculus已开始推广并开放了自己平台的OpenXR接口，Steam VR 21年2月25日更新版本正式支持OpenXR。该标准目前已有超过40家硬件厂商和游戏平台加入，将会进一步扩大XR市场前景和商业空间。
VR头显出货量提升和VR应用开发标准及生态确立共同构造行业增速良性循环。2020年全球VR头显出货超过600万台，预计2021年全球VR头显将达到980万台的出货量规模。Oculus Quest 2于2020Q4约达到200-300万的销量，我们预计2021年全年销量超过700万。2020年全球VR用户已经超过千万，用户群体壮大为VR内容提供了市场前景和商业空间，形成了“VR头显销量增长-用户增长-内容需求爆发-内容收入提高-优秀开发者持续入场-内容质量提高-VR头显销量继续增长”这一良性循环状态。
1.3 VR/AR投融资趋势：市场情绪上升，投融资规模稳步提升
2020年VR/AR投融资规模继续上升，海外投资规模提升显著。由于VR/AR行业多数企业尚处于中早期创业阶段，极大依赖外部融资和并购进行研发活动，投融资仍是行业景气度重要的衡量指标。从规模上看，2020年VR/AR投融资规模达到244亿元，投融资并购发生219起，实现连续三年上涨。其中海外投资规模提升显著，较2019年提升36.8%，国外产业较国内领先2-3年，产业和资本对行业的研究和理解更加深入，投融资活动更活跃，预计未来国内企业的估值和融资会更上一层楼。
从环节上看，硬件和应用仍是重点环节。行业仍在上游硬件上发力，竞争格局尚未定型，硬件尚待继续成熟，也是资本主要布局的方向。应用方面更多在B端寻找机会，尤其是AR尚未破圈到C端。内容方面随着VR销量和用户开始放量，游戏生态进入良性循环，未来将吸引更多资本入局。
2020年和2019年的融资并购案例中，AR眼镜领域的并购金额居于首位。AR眼镜领域发生了几笔大的并购事件，包括Magic Leap，North，Nreal等。解决方案、工具软件、游戏、教育培训等领域也有较高的投融资活跃度。此外，VR/AR半导体芯片厂商也开始有了较高的关注度，其中最大一笔融资为3D成像半导体公司Inuitive获得1.06亿美元投资。
1.4 大厂布局：海外巨头VR/AR持续布局，国内厂商处于探索阶段
国内外龙头厂商持续布局VR/AR行业，近年来均加大研发和并购活动，在技术方向和品类上各有侧重。
Facebook持续丰富Oculus生态。Facebook近年收购机器视觉公司Scape、VR游戏开发商Sanzaru、AR地图数据公司Mapillary、VR变焦头显技术厂商Lemnis等；开发全新的VR/AR操作系统，摆脱对谷歌安卓的依赖；推出Quest 2，预计21年销量超700万台，与雷朋合作生产AR眼镜，预计2021年上市。
苹果在AR产业链持续布局，即将发布产品。AR设备的透镜已在富士康工厂试产，预计于2022下半年发布头显产品，2023年发布眼镜产品。苹果收购Next VR布局内容领域，发布ARKit4，以及LiDAR Depth API申请可调节透镜AR波导显示系统等几十项VR、AR专利。
微软继续打磨HoloLens。微软推出HoloLens 2工业版，2021年春季开放预购，HoloLens 2将支持5G技术，未来打造AR生态系统软MR开发工具正式发布，新功能包括Ultraleap手部追踪，MRTKToolbox，手部菜单优化等。
谷歌持续完善消费级AR产品与生态。谷歌AR眼镜Glass 2开放购买，售价999美元。正式推出ARCore Depth API。1.8亿美元收购加拿大AR眼镜公司North。谷歌搜索加入AR功能，支持3D动物的MR视频录制。
华为侧重底层布局，多方位出击。华为海思发布XR芯片，支持8K解码，内置高性能GPU。华为AR眼镜专利曝光，华为AR地图正式上架华为应用市场，基于河图技术构建，河图2.0 AR地图正式发布；发布AR/VR Engine3.0,推出全新的AR内容开发工具Reality Studio
阿里达摩院成立XG实验室，为VR/AR场景研究视频编解码技术、网络传输协议等相关标准。阿里影创VR研究院成立。
腾讯聚焦内容和云生态。腾讯游戏与华为成立联合创新实验室探索VR/AR等前沿技术。与英伟达合作在Tencent Marketplace上全面提供Cloud XR。
HTC持续优化Vive生态：发布两款全新VR概念机（一体式VR和短焦VR），同时停产Vive Pro和Focus，继续生产Pro Eye和Focus Plus。投资VR内容企业Immersive VR Education，以及另外7家VR/AR内容和应用领域企业。
二、VR：产业链核心环节均已渐趋成熟，硬件产品体验大幅提升
2.1 VR近期上市产品分析：一体机和轻量化为主流
2020年VR上市产品以一体机和轻量化为主流。2020年Facebook发布新一代VR一体机，Oculus Quest 2，同时HTC、华为、夏普、爱奇艺、电信均发布了VR产品，全年13歀VR头显中7款为一体机，且一体机重量轻便于携带，符合消费电子产品的发展趋势。
从VR头显硬件配置上看，高通XR芯片、Fast-LCD屏幕，菲涅尔透镜成为主要硬件方案，6DOF及Inside-Out成为主要显示交互方案。处理器上，高通XR已成为当前VR主力芯片。显示上，4K、70Hz 的Fast-LCD屏为消费级VR主流屏幕，能有效降低纱窗效应和眩晕感。光学上，普遍采用菲涅尔透镜方案，短焦方案由于其产品体积小厚度薄，越来越多的厂家开始跟进。追踪显示上，VR头显逐步升级到6DOF，Inside-Out成为主流。
2.2 VR产品结构及产业链：处理器、存储、光学显示器件合计占比超80%
VR终端的硬件部分主要由处理器、存储、屏幕、光学器件、声学器件、壳料、辅料构成。Oculus Quest 2采用高通骁龙XR2芯片组、闪迪内存、JDI和夏普的LCD显示屏、两片菲涅尔透镜、国产锂电池组、4个外部摄像头实现6DOF头部交互，实现了更轻的质量、更紧凑的结构、更准确的交互和更高的图像性能。
处理器、存储、光学显示器件在VR终端成本中占比较高，产业链相对比较成熟。由于目前VR产品的使用场景主要是游戏和视频，以图像处理和显示为功能重点，因此在硬件成本中，负责计算、渲染和图像处理的CPU和GPU占比较高，占比16%左右；另外VR也需要较高的内存，存储成本占比27%；包括屏幕和光学器件在内的显示器件占比约为40%。
目前VR硬件的产业链相对比较成熟，与智能手机重合度较高，许多领域的技术积累可以复用。VR产业链包括传统的显示屏产商JDI、夏普、京东方、华星光电、深天马等，以及传统光学厂商舜宇光学科技、联创电子等，声学厂商歌尔股份、瑞声科技等，精密结构件厂商立讯精密、领益智造、长盈精密等，代工厂歌尔股份等。
2.3 计算芯片：高通为VR/AR开发专用芯片，骁龙XR2占市场主流
高通为VR/AR开发独立专用的芯片平台，提供强大硬件性能支持。高通骁龙推出5G+XR芯片XR2，全面布局VR/AR市场，骁龙XR2是基于骁龙865针对VR/AR设备进行改造的专用平台，结合了高通5G、AI和XR领域的最新技术，相对XR1其性能得到显著提升，XR2在Quest 2上首发。目前高通芯片835、845、骁龙XR1、XR2等芯片在VR/AR硬件市场上具有统治地位。
国产VR/AR芯片起步较晚，仍需时间积累。国产芯片起步较晚，目前全志科技、瑞芯微、晶晨等厂商都提供了虚拟现实解决方案，但性能尚有差距。其中16年推出的瑞芯微RK3399定位高端VR芯片，采用了双Cortex-A72大核+四Cortex-A53小核和高端图像处理器，面向高端VR设备市场。17年推出的全志VR9 采用四核Cortex-A53，支持4K@60fps解码，视频播放能力与高通骁龙XR1持平，主要用于中低端视频播放VR设备。20年5月海思正式发布XR芯片平台，可支持8K解码能力，集成GPU、NPU，Rokid Vision将成为海思XR芯片平台的首款AR产品。国内XR芯片主要集中在中低端并在市场上具有一定的竞争力，但高端XR芯片开发能力仍需要积累。
2.4 显示：Fast-LCD目前成为主流
VR对像素密度要求极高，要求1000ppi以上的显示器件。VR的原理是将手机大小的屏幕分屏，然后用放大镜将屏幕画面矫正后投射到人眼中,让人形成双目立体视觉。由于VR特殊的分屏播放形式，在显示的时候单个画面只会用到屏幕一半的像素点，再加上光学镜片和屏幕材质等因素的影响，复杂的光学系统位于用户眼睛和显示面板之间，它们会严重降低图像质量，VR感知分辨率就会远远低于面板的分辨率。目前8K的VR可以相当于屏幕480P的视觉效果，12K的VR相当于平面720P的视觉效果。同时，由于便捷性和舒适性的要求，VR的显示器件面积较小，要让这宽广的世界在方寸之小的屏幕上显示，对于ppi（像素密度）的要求极高。目前普通手机屏幕在300ppi左右，而VR则要求1000ppi以上的显示器件。
Fast-LCD屏幕量产稳定、性价比高，目前已成为消费级VR头显的主流屏幕。VR头显与普通显示器的区别在于头部的移动造成的图像扭曲和运动模糊，为解决这一现象，需要全局刷新驱动技术，减少光源发光时间。传统LCD显示屏的响应时间是其最大的问题，Fast-LCD技术使用新的液晶材料（铁电液晶材料）和超速驱动技术（overdrive）来有效提升刷新率，同时也具有较高的量产稳定性和良率，性价比较高，Oculus Quest 2即采用一块改良后的 Fast-LCD 替换了上代产品中的两块 AMOLED。
2.5 光学：菲涅尔透镜得到成熟应用，未来向超短焦方案发展
菲涅尔透镜在VR头显上得到广泛成熟运用。菲涅尔透镜采用聚乙烯塑料注塑成型工艺，表面加工成一圈圈向外由小到大，由浅到深的同心圆，剖面看似锯齿状。该设计允许构造大光圈和短焦距的透镜的同时具有较轻的重量和较薄的厚度。但菲涅尔透镜会使显示器件的清晰度受损和曲率出现偏差。菲涅尔透镜使VR头显设备能在短距离中实现有效图像显示效果，是目前主流VR头显中透镜光学部件。
超短焦光学为头显继续“瘦身”，成为VR光学技术的未来发展方向。目前反射偏振的折叠光路（Pancake）为最易量产的超短焦方案。Pancake可以细分为两片式和多片式两种方案，目前市面上多为两片式，其生产工艺要求简单，成本可控，是目前大多数VR眼镜所采用的短焦光学方案，而相对的多片方案中光学镜片较多，组装及镀膜难度较大。基于Pancake技术方案的VR眼镜，图像源发射光线进入半反半透的镜片之后，光线在镜片、相位延迟片以及反射式偏振片之间多次折返，最终从反射式偏振片射出。此种光学方案能极大地缩小了产品体积，但Pancake的光学质量会因制造工艺问题出现杂散光、对焦差和脏污的情况。
2.6 定位与交互：Inside-out和6DOF逐渐成为主流
2.6.1 追踪定位：Inside-out取代Outside-in成为VR主流架构
Inside-out逐步取代Outside-in成为主流技术。定位追踪技术在实现上主要分为两类,即“Outside-in”和“Inside-out”。2017 年，由外向内（Outside-in）追踪定位技术实现产品化，并开始大量用于体验馆、线下门店等商业场景。Outside-in需要在房间里布置传感器的摆放或者悬挂位置，如果你想把 VR 体验场地换到另外一个房间，传感器的摆放就又得重新布置。2018年，Facebook、HTC发布基于Inside-out的一体机，由内向外（Inside-out）追踪定位技术能够实现设备的无绳化，也逐渐取代 Outside-in, 明确成为VR主流追踪定位技术架构。在AR领域，目前主要的技术路线是单目视觉+IMU融合SLAM定位，实现厘米级准确度和毫米级精密度定位输出。
2.6.2 手势交互：目前以基于手柄的“6+6”交互为主流，未来将以裸手交互为趋势
6DOF逐渐取代3DOF，头显和手柄“6+6”成为发展趋势。定位技术的原理简单概括，就是“信号源+传感器”，使用相应的算法计算出物体的位置信息（包括三轴及旋转共六个自由度，6DOF）。算法及算力的成熟带来VR设备从初期的3DOF向6DOF发展。目前手柄控制依然是主流，融合Inside-out 6DOF 头动和 6DOF 手柄交互的所谓“6+6”交互路线成为发展趋势，代表厂商有 Oculus Quest、Pico 及 Nolo、Ximmerse 等。各厂商的VR手柄设计有较大不同，通常都会配置摇杆，小型触摸板，A、B操作按钮，以及握柄部分的电容感测，可识别压力、触感、以及光学数据。
裸手交互是未来的主流研究方向。裸手交互（原生手势识别）方案需要识别出手部骨架的21或26个关键点，并将每个点用3个自由度衡量，输出21/26*3维的矢量，并由专业算法来识别手部的姿态和位置。裸手交互的硬件方案包括RGB摄像头、3D摄像头（TOF、结构光、双目视觉）和数据手套等，业界标杆是以 Leap Motion 和 uSens为代表的双目红外相机方案，支持双手交互、单手 26DOF 跟踪，广泛用于一体式、主机式虚拟现实终端，而在手机式产品方面，华为AR Engine 利用结构光器件实现了单手 26DOF 交互方案。裸手交互的算法方案大体可以分为模型驱动和数据驱动两种方式，模型驱动类的算法不需要训练数据，但需要高度精确的初始化设计，通常只能用于手势追踪领域，数据驱动类算法依靠大数据和机器学习，目前已经成为主流的研究方向。
手势识别的落地场景目前以游戏为主，未来将向肢体交互等方向拓展。目前，手势识别技术的落地场景还比较有限，主要在VR游戏场景中，另一方面，手势识别技术存在使用疲劳、识别率不高、精确性较差和时延等方面的固有问题，因此还处于比较早期的发展阶段。但可以预见的是，手势交互是未来人机交互必不可少的一部分。随着深度学习的快速发展，交互范围也逐渐从手部拓展到肢体，以Wrnch、Facebook、华为 AR Engine、百度、旷视、商汤等国内外厂商先后推出可实时运行的人体骨骼点跟踪技术，广泛用于各类VR/ AR应用。
三、AR：光学系统是核心器件，产业链多种方案百花齐放
3.1 近期AR上市产品分析
2020年上市的VR产品尚未形成统一的形态和主流的技术路线。从产品形态上，一体式、分体式共存，尚未形成统一的技术路线。轻薄化、类普通眼镜是发展的必然选择。目前仍受限于底层核心技术，特别是光学、显示技术和电池续航等的技术突破。
从处理器上看，高通芯片一家独大。从显示上看，多种显示屏幕并存，Micro-LED是未来。从光学系统来看，光波导+Micro-LED是未来发展的趋势，光学显示镜片的量产与成本问题有待解决。从感知交互来看，SLAM开始普及，手势识别逐步具备。
3.2 AR产品结构及产业链：光学组件成本占比接近一半
AR 终端的硬件部分主要由处理器、光学组件、摄像头和传感器、存储器几部分构成。Magic Leap One主要部件包含6个LCOS屏幕和一块6层的几何光波导镜片，一块可以续航三小时的电池，使用了英伟达Parker SOC。HoloLens主要部件包括深度感应摄像头、4个环境感应摄像头、全息处理单元HPU、Intel Atom x5-Z8100 CPU、一块16.5Wh的电池、3层衍射光栅+LCOS的光学显示方案。
3.3 光学显示系统：百花齐放，Micro-LED+光波导未来可期
AR设备的光学显示系统通常由微型显示屏和光学元件组成。光学组合器的不同，是区分AR显示系统的关键部分，市场上各种方案百花齐放，目前较多的搭配方案包括LCOS+光波导、DLP+光波导、硅基OLED+自由曲面等。
3.3.1 显示：多种显示方案共存，Micro-LED逐渐成熟并有望成为主流技术
目前AR设备中多种显示屏幕共存。目前发布的AR产品使用较多的是LCOS、硅基OLED、DLP三种屏幕，由于亮度上的差异，硅基OLED一般与BB、自由曲面搭配、LCOS、DLP基于亮度上的优势与光波导搭配。Micro-LED由于具有高亮度、低延时、低功耗等优点将成为AR眼镜微显示器件的最优选择。
（1）硅基液晶（LCOS）作为 AR 终端常用的显示技术得到了一定发展与认可，但其较高功耗与较低对比度限制了该技术的发展。
（2）硅基OLED（OLEDoS）可显著改善 LCOS 在对比度、功耗与响应时间等方面的性能表现，成为新近发布AR 终端的技术选择。未来需要进一步降低成本并完善生态体系。自2020年开始，国内显示厂商在硅基OLED领域投资动作频繁，2020年产线投资规模超过200亿元，包括安徽熙泰、京东方、维信诺、紫旸升光电科技等公司均有投资兴建硅基OLED产线。
（3）Micro-LED成为继 LCD 和 OLED 后业界期待的下一代显示技术，技术逐渐成熟，市场前景广阔，诸多行业巨头加速战略布局。梳理晶元光电、友达光电、錼创科技、三星等重点企业的发展进度可知，预计其规模量产时间在2022 年左右。
苹果（LuxVue）、脸书 （InfiniLED）、谷歌（Glo、Mojo Vision）、英特尔（Aledia）等纷纷投资或收购Micro-LED领域初创公司，布局Micro-LED显示技术。2020年国内Micro-LED厂商JBD与AR眼镜厂商Vuzix达成供货，Facebook已宣布与英国Micro-LED厂商Plessey合作推出了Micro-LED AR眼镜。
3.3.2 光机：多种光学方案并存，光波导技术发展趋势明确
AR的光机设计是当前的难点之一。一方面，不同于VR，AR是需要透视的，成像系统不能挡在视线前方，因此多了一个或一组光学组合器，通过“层叠”的形式，将虚拟信息和真实场景融为一体。另一方面，不同于半导体遵循摩尔定律，光学设计则需要在最基本的物理定律的框架下，不断探索、论证各种的可能性，技术门槛较高，进展相对缓慢，但目前在一些技术上已经取得了较为明确的突破。
在各种光学参数存在冲突的情况下做出取舍，是目前AR光机的重要挑战。如何做到视觉质量、眼动框范围、体积重量、视场角、光学效率与量产成本间的权衡取舍、优化组合成为驱动技术创新的主要动因。
（1）折反式（Birdbath）得益于设计与量产成本的优势，触发了消费级 AR 终端的规模上量。
Birdbath的工作原理是把来自显示源的光线投射至45度角的分光镜。基于这一传统技术路径的光学模组体积较大厚度减薄困难，眼动框范围受限，其光学系统须搭配算法缓解畸变，且光效难以高于 15%，效果和成本较大程度受限于微显示器的发展，高亮的 OLEDoS 成为最优搭配，目前我国已有厂商采用该技术大量出货。搭载Birdbath 光学方案的AR头显包括：联想MirageAR头显、ODG R8和R9、OPPO AR Glass 2021等。
（2）自由曲面在早期得到业界认可，其显示效果、光效表现较好，但会产生畸变等问题。
自由曲面采用相对简单的光学设计，它搭载了低成本的LCD显示源，以及带反射/透射（R/T）值的曲面反射镜。但自由曲面量产加工难以保持较高精度，存在产品一致性难题。此外，通过厚棱镜观察真实世界会出现一定程度扭曲和水波纹样畸变，这些因素影响了自由曲面的发展潜力。搭载自由曲面光学方案的AR头显包括：MiraPrism，Meta 2，Leap Motion，Dream World。
3）光波导在 AR 领域的技术发展前景明确，有助于推动消费级 AR 产品显著升级，高性能光波导的发展尚需时间。
（a）几何（阵列）光波导：镜面阵列设计，实现一维扩瞳，制造工艺复杂
几何光波导中，耦合光进入波导首先遇到一个棱镜或反射面，在多轮全反射后到达眼睛前方，耦合光出波导的结构是一个“半透半反”镜面阵列。每一个镜面会将部分光线反射出波导进入人眼，剩下的光线透射过去继续在波导中前进。镜面阵列相当于将出瞳沿水平方向复制了多份，这样眼睛在横向移动时都能看到图像，这就是一维扩瞳技术(1D EPE)。
目前几何光波导代表光学公司是以色列的Lumus，国内的珑璟光电。几何波导的工艺难度非常大，主要在于复杂的镀膜工艺，另一方面是胶合难度大，因此几何波导的良率较低，可量产性较低。此外，基于阵列光波导的二维扩瞳方案对加工工艺的挑战极大，短期难以商用。
（b）衍射光波导：通过光栅调整，可以实现二维扩瞳
衍射光波导主要有利用光刻技术制造的表面浮雕光栅波导（SurfaceRelief Grating，SRG）和基于全息干涉技术制造的全息体光栅波导（VolumetricHolographic Grating，VHG）， HoloLens 2，Magic Leap One均属于前者，苹果公司收购的Akonia和Digilen则致力于后者。
衍射光波导的原理简单来讲，就是通过设计衍射光栅的参数，将光衍射到想要的方向上去。衍射光栅通过衍射级和色散实现分光特性，起到了与传统光学器件类似的改变光线传播方向的作用，但是它所有的操作又都是在平面上通过微纳米结构实现的，所以非常节省空间，自由度也比传统光学器件大很多。
衍射光波导的可量产性较好，色散问题是比较大的技术挑战。衍射光波导技术与几何光波导相比主要优势在于光栅在设计和生产上的灵活性，表面浮雕光栅和体光栅都是在玻璃基底平面上加镀一层薄膜然后加工，不需要像几何光波导中的玻璃切片和粘合工艺，可量产性和良率要高很多。衍射光波导技术的不足主要来源于衍射元件本身对于角度和颜色的高度选择性，光的效率偏低，另外还有色散问题。为了改善色散问题，针对 FOV 和动眼框内的“彩虹效应”，如何用一层光栅作用于 RGB 三色且实现最大的 FOV 成为重要的技术挑战。
光波导的优势包括：能够实现通过一维和二维扩瞳技术增大动眼框，从而适应更多人群，改善机械容差，推动消费级产品实现；波导镜片像光缆一样将图像传输到人眼，成像系统旁置，不阻挡视线并且改善配重分布；波导形态一般是平整轻薄的玻璃片，其轮廓可以切割，外观形态更像传统眼镜，利于设计迭代；多层波导片可以堆叠在一起，每层提供一个虚像距离，提供了“真”三维图像的可能性。
目前光波导技术也存在一些不足，主要包括：由于光在耦合进出波导以及传输的过程中都会有损失，并且大的动眼框使得单点输出亮度降低带来的光学效率相对较低；对于几何波导来说，繁冗的制造工艺流程导致总体良率较低；对于衍射波导来说，衍射色散导致图像有“彩虹”现象和光晕，非传统几何光学，设计门槛较高。
在微软HoloLens，谷歌，Magic Leap 、DigiLens等厂商的推动下，光波导目前成为AR眼镜的主流技术。光波导技术在 AR 领域的技术发展前景是明确的，但预计在中近期难以大规模普及。光波导技术中各类技术路线间存在明显的优势和短板，目前尚未确立主导地位技术方案。此外，由于受到基础物理定律的限制，光波导要实现重大技术突破将面临巨大的研发困难，相关产品难以单独作为完整终端产品，须配套技术和零部件才可能产出被市场认可的 AR 终端，而有关配套技术和零部件尚有相当比例需要进一步完善，因此高性能光波导的发展尚需要时间。
3.4 感知交互：SLAM开始普及，各大厂纷纷布局
SLAM（Simultaneous localization and mapping，同步定位与建图）技术近几年开始成熟，并被用于VR/AR等消费者产品的追踪定位。SLAM是一套要求实时性和准确性的大型系统，涉及硬件上高速度高精度的感知和姿态跟踪、算法上多线程并发执行，资源的分配、读写的协调、地图数据的管理、优化和准确性等系统整合的众多问题。
SLAM的数据来源是传感器，传感器的质量对于SLAM的效果影响很大。因此SLAM对于硬件的要求很高。不仅如此，SLAM数据来自于多个传感器的融合，以Facebook的Oculus Insight系统为例，硬件架构包括三种传感器：IMU，摄像头和红外LED，多个传感器需要精密的校准和调整，直接关系到算法的准确性。
精确高效的算法则是SLAM的核心。以开源的ORB-SLAM算法为例，主要分为三个线程，Tracking用于跟踪Camera Pose，Local Mapping用于构建点云地图，Loop Closing用于闭环检测，优化点云位置。Place Recognition，即重定位，是利用BOW（Bag of Words）模型在已经构建好的地图内定位Camera。目前距离应用到终端产品上还存在比较大的问题，主要包括代码Bug优化，传感器的位置跟踪不稳定，芯片实时处理所有数据的算力不够，以及内存问题。
SLAM是AR必备的核心技术，各大公司纷纷布局，未来前景可期。从VR/AR的应用场景来看，现有的Outside-in方案基本不需要SLAM，Inside-out需要SLAM配合解决跟踪用户位移的问题。而对于AR设备来说，为了实现虚拟元素和真实世界的融合，SLAM则是必须拥有的最核心的一项技术之一，苹果 ARKit、谷歌 ARCore 与华为 AR Engine 推出的AR SDK 普遍遵循单目视觉+IMU 融合定位的技术路线，也验证了各大公司对其重视的程度，在SLAM相关的传感器、算法、软件、硬件等方向，也出现了小公司在关键细分领域快速创新、大公司在各个关键方向布局并且频繁收购的趋势。
在初期阶段，由于产品和硬件高度差异化，而SLAM相关技术的整合和优化又很复杂，目前有能力做好SLAM全套解决方案的仍是Facebook、微软、谷歌、苹果等大厂。随着SLAM各个领域的产品化进程推进，细分市场的创新和应用正在迅速推进。由于市场上算法和软件仍然比较碎片化，移动端硬件的计算能力还不够，SLAM相关技术正在从软件和算法层面向硬件推动，可以期待在这个过程中必将会产生巨大的机会和众多优秀的公司。
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刘双锋 SAC执证编号: S1440520070002，SFC中央编号：BNU539
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刘双锋：电子行业首席分析师、TMT海外牵头人及港深研究组长，SAC执证编号：S1440520070002，SFC中央编号：BNU539。3年深南电路，5年华为工作经验，从事市场洞察、战略规划工作，涉及通信服务、云计算及终端领域，专注于通信服务领域，2018年加入中信建投通信团队，2018年《新财富》通信行业最佳分析师第一名团队成员，2018年IAMAC最受欢迎卖方分析师通信行业第一名团队成员，2018《水晶球》最佳分析师通信行业第一名团队成员。
雷鸣：电子行业联席首席分析师，SAC执证编号：S1440518030001。中国人民大学经济学硕士、工学学士，2015年加入中信建投通信团队，专注研究光通信、激光、云计算基础设施、5G等领域。2016-2019年《新财富》、《水晶球》通信行业最佳分析师第一名团队成员，2019年Wind通信行业最佳分析师第一名团队成员。
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朱立文：电子行业分析师，SAC执证编号：S1440520070011。北京大学微电子学与固体电子学硕士，2018年加入中信建投电子团队。专注于射频前端芯片、GaN射频与功率器件、半导体材料、终端天线与LCP材料、无线充电、屏蔽与散热等5G电子领域研究。
王天乐：电子行业研究助理，清华大学硕士，3年华为工作经验，从事市场洞察、竞争分析、投资组合管理工作，2019年加入中信建投TMT海外团队。
章合坤：电子行业研究助理，上海交通大学材料科学与工程硕士，2020年加入中信建投电子团队，专注研究芯片封装测试、存储芯片等领域。
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