元宇宙系列深度（四）：不打游戏的我，买了一台Pico Neo3

  导语

VR/AR的终端设备过去提了好几年，之前市场担心的一些问题我们也看到发生了根本性的变化。头型的舒适度，手柄的操作性，画面的清晰度，内容的丰富性等都发生了深刻的变革。我最近买了Pico Neo3，我是一个从高二之后再也不玩游戏的人，记得大学的时候同班同学去网吧包夜，我在网吧看了一晚上的电视剧也不想玩。但是这次不一样了，体验完Pico Neo3的效果，我觉得即使我一个这样厌恶打游戏的人，也会爱上这个终端，也许这就是物联网终端该有的样子吧。只有一个物联网终端你的使用时长每天超过1小时，我觉得这才能称其为物联网，不然应该算是一个传感器

核心要点

VR/AR 处于不同的发展阶段，VR 软硬件生态趋于成熟，AR 尚存技术难点。VR产业链核心环节趋于成熟，硬件产品体验大幅提升。光学显示器件 Fast-LCD+菲涅尔透镜成为行业主流方案，芯片/处理器由高通芯片占据统治地位，新一代 VR 一体机 Oculus Quest 2、VIVE Focus 3、Pico Neo 3 系列等均采用高通骁龙 XR2，追踪定位环节 Inside-Out+头手 6Dof 功能日趋完善，未来向手势、眼球识别方案发展

报告正文

VR 终端的硬件主要由芯片处理器、屏幕及光学器件、声学器件、存储、壳料、辅料等构成。其中，芯片处理器、存储、光学显示器件在 VR 终端成本中占比较高，与智能手机重合度较高，许多领域的技术积累可以复用，硬件产业链相对比较成熟。VR 目前的主要的使用场景是游戏及视频，以图像处理与显示为功能重点，因此硬件成本中屏幕占比 36%、光学器件占比 6%，光学显示器合计占比约 40%；同时 VR 也需要较高的内存，存储成本占比 27%；负责计算、渲染和图像处理的 CPU、GPU 处理器占比 16%左右。

以 Oculus Quest 2 为例，Quest 2 采用高通骁龙 XR2 芯片组、闪迪内存、JDI、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，产品具备更轻的质量、更紧凑的结构、更准确的交互及更高的图像性能。

图1：VR 终端硬件成本占比

资料来源：立鼎产业研究，安信证券研究中心

图2：Oculus Quest 2 拆解图

资料来源：VR 陀螺，安信证券研究中心

产品形态：VR 一体机成为主流方案，设备价格进一步下探。近一年 VR 新品频出，以 Oculus Quest 2 为代表的 VR 一体机持续畅销。一体机已经成为消费级 VR 主流技术方案，一体机体积小、重量轻、更便携，应用场景更加丰富与广泛，符合消费类电子产品的演进趋势。同时观察到 VR 设备价格进一步下探，2020 年 10 月 9 日发售的华为 VR Glass 定价 1999 元，2021 年 5 月 24 日发售的 NOLO Sonic 定价 1999 元，VR 终端实现价格下沉，有望进一步提升市场渗透率。

表1：近期 VR 新品一览

资料来源：各公司官网，安信证券研究中心

根据 VR 终端的硬件组成将其拆解为以下四大模块：计算模块、定位模块、光学模块、显示模块。VR 终端基于四大模块采用不同性能的组件、不同路径的技术方案进行组合构成了目前市场上各有差异的设备。我们依次对四大核心模块进行拆解分析，VR 硬件产业链已经具备较高的成熟度，且各个模块仍具备边际改善的升级空间。

1.1. 计算模块：高算力为便携性松绑，高通 XR 芯片完成迭代 

VR 彻底构造三维虚拟空间需要巨大的算力支持，这往往通过 PC 机的高性能 CPU 与显卡才能勉强实现。然而，这类高性能计算设备往往难以做到小型便携化，VR 显示设备外接高性能设备变为必然趋势，采用线缆连接方式造成的行动区域受限大幅削弱了 VR 的发展空间。目前 VR 处理器分为手机芯片及专用芯片，以骁龙 820、MTK、三星、麒麟等为代表的手机芯片性能优越，但其功耗与散热问题难以解决且成本较高；以高通骁龙 865 为基础的 XR 专用芯片是目前 VR 一体机的绝对主力芯片。

高通于 2018 年推出专门为 VR/AR 一体机设计的芯片 XR1，其性能比骁龙 845 XR 版稍弱，但成本更低，基本达到沉浸式 VR 体验的最低标准。2019年高通骁龙发布5G+XR芯片 XR2，骁龙XR2 是以骁龙865为基础针对 VR/AR 设备进行改造的专用芯片平台，结合了高通 5G、AI 及 XR 领域的最新技术，相对 XR1 其性能得到显著提升，目前新一代 VR 一体机 Oculus Quest 2、VIVE Focus 3、Pico Neo 3 系列等均采用 XR2 平台。

根据高通官方介绍 XR2 芯片性能：1）在视觉体验方面，XR2 平台的 GPU 可以 1.5 倍像素填充率、3 倍纹理速率实现高效高品质的图形渲染；支持眼球追踪的视觉聚焦渲染；支持更高刷新率的可变速率着色，可以在渲染重负载工作的同时保持低功耗；XR2 的显示单元可以支持高达 90fps 的 3K×3K 单眼分辨率；在流传输与本地播放中支持 60fps 的 8K 360 度视频。2）在交互体验方面，XR 2 平台引入 7 路并行的摄像头支持及定制化的计算机视觉处理器；可以高度精确地实时追踪用户的头部、嘴唇及眼球；支持 26 点手部骨骼追踪。3）在音频方面， XR2 平台在丰富的 3D 空间音效中提供全新水平的音频层以及非常清晰的语音交互；集成定制的始终开启的、低功耗的 Hexagon DSP；支持语音激活、情境侦测等硬件加速特性。4）除硬件平台外，高通还提供包括平台 API 在内的软件与技术套装以及关键组件选择、产品、硬件设计资料的参考设计。

图3：高通 XR2 芯片性能指标

资料来源：青亭网，安信证券研究中心

图4：高通 XR2 VS 高通 835

资料来源：青亭网，安信证券研究中心

1.2. 定位模块：Inside-out+6DoF，打破固定场景限制

当前 Inside-out 已经取代 Outside-in 成为 VR 主流追踪技术架构。定位追踪技术在实现上主要分为两类，即“Outside-in”和“Inside-out”。Outside-in 追踪定位技术需要在房间里布臵传感器的摆放或者悬挂位臵，最早实现产品化并开始大量用于体验馆、线下门店等商业场景。2017 年微软 Hololens 采用 Inside-out 技术方案后，这种摆脱外部设备的追踪技术受到关注，随后越来越多的大型厂商推出以 Inside-out 为基础的设备。Inside-out 追踪定位技术能够实现设备的无绳化，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，有效降低了硬件成本及上手难度。

表2：追踪定位方案 Outside-in 与 Inside-out 对比

资料来源：公司官网，安信证券研究中心

基于手柄的“6+6”头手交互为当前主流交互方式。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臵信息（包括三轴及旋转共六个自由度，6DOF）。随着算法及算力的成熟，VR 设备从初期的 3DOF 向 6DOF 演进，如 Vive Focus 升级为6DOF 手柄的 Vive Focus Plus；Oculus 推出首款 6DOF 一体机 Oculus Quest；Pico 将其3DOF 的 Pico 小怪兽一体机升级为 6DOF 的 Pico Neo。目前手柄控制依然是主流，融合Inside-out 6DOF 头动+ 6DOF 手柄交互的 “6+6”交互路线是主流方案，代表厂商包括Oculus Quest、Pico、Nolo、Ximmerse 等。各厂商的 VR 手柄设计有较大不同，通常都会配臵摇杆，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。裸手交互是未来的发展趋势。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臵。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 与 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单手 26DOF 交互方案。

图5：3DoF 游戏原理示意图

资料来源：3DMGAME

图6：6DoF 游戏原理示意图

资料来源：3DMGAME

1.3. 光学模块：菲涅尔透镜应用成熟，攻坚折叠光路技术

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 头显透镜光学部件。菲涅尔透镜，又名螺纹透镜，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。该设计能够在保留常规透镜光学特征的同时实现镜片轻量化，即在构造大光圈+短焦距的透镜的同时具有较轻的重量与较薄的厚度。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，使显示器件的清晰度受损及曲率出现偏差。菲涅尔透镜的制造工艺已经较为成熟，生产成本也较常规透镜低。

图7：菲涅尔透镜原理

资料来源：Edmund，安信证券研究中心

折叠光路，又称短焦距光学系统，其成熟应用将带来 VR 设备里程碑式的体验提升。因为镜头需要将来自显示器的光聚焦到用户眼中，而光线的聚焦必须留以足够的距离，所以 VR 头显必须保持一定的厚度。折叠光路的原理是使用偏振膜将光路压缩、将距离“折叠”到其自身，使光线可以在更窄的空间内穿越同样的距离，以使得整体 VR 设备变轻薄。同时折叠光路也可以实现更好的成像效果以及更广的视场角，有望进一步提升 VR 设备的整体体验。但折叠光路也存在诸多技术难点，包括 1）光学设计复杂；2）光效较低、光线经多次折返后强度下降；3）轻薄设计与广视角难以兼得等。

表3：菲涅尔透镜 VS 折叠光路

资料来源：Facebook 官网，安信证券研究中心

1.4. 显示模块：屏幕决定核心参数，从 Fast-LCD 向硅基 OLED 升级 

核心参数 PPD、Persistence 决定清晰度、眩晕程度，显示屏幕持续升级以提升用户体验。PPD（Pixel Per Degree；PPD=PX/FOV）决定清晰度：与传统屏幕不同，VR 等近眼设备使用角分辨率 PPD 衡量屏幕清晰度，指视场角表示平均每 1°夹角内填充的像素点的数量。由于 VR 屏幕离眼睛近，引入了 PPI（Pixels Per Inch；PPI=√(长度像素数^2+宽度像素数^2) / 屏幕尺寸 ）像素密度指标。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、屏幕材质等因素的影响，复杂的光学系统位于用户眼睛与显示面板之间会严重降低图像质量，VR 感知分辨率远远低于面板分辨率。人单眼等效的 VR 屏幕分辨率是与 16K 分辨率（15360 x 8640，1.32 亿像素）最为接近，目前 Oculus Quest 2 显示器可提供单眼 1832 x 1920 像素的分辨率，爱奇艺奇遇 2pro 等能达到单眼 4K 的分辨率，距离人视网膜分辨率的差距仍较远。提升 PPD 可以通过 1）提升 PPI 与 2）降低 FOV，但提升 PPI进一步增加对屏幕的要求，降低 FOV 则会影响沉浸感。 

Persistence（余晖效应）决定眩晕程度：余晖效应指人眼在观察景物时，光信号传导至人大脑神经，需经过一段短暂的时间，光的作用结束后视觉形象并不立即消失从而产生眩晕感。为了降低晕眩感，VR 设备需要高刷新率来降低屏幕余晖。为弱化余晖现象，VR 设备可以 1）提高刷新率或 2）减少像素响应时间，如果刷新率可以达到 200hz，眩晕感将大幅降低。其中提高刷新率会增加系统功耗，减少像素响应时间则对驱动技术及像素材料提出更大挑战。

图8：VR 显示屏幕的核心参数 PPD 与 Persistence

资料来源：安信证券研究中心

屏幕是决定沉浸体验最重要的决定因素之一，对分辨率/PPI 及刷新率要求较高。高次像素排列密度 PPI 可以解决纱窗效应。纱窗效应是指在像素不足的情况下，实时渲染引发的细线条舞动、高对比度边缘出现分离式闪烁现象。造成纱窗效应主要与次像素排列密度不足有关，次像素之间的间距越大，不发光的部分越明显，透过 VR 看起来就像是在眼前蒙了纱窗一般有种模糊感，影响 VR 的沉浸感及视觉清晰度。高刷新率使画面更加平滑，减少画面延迟与重影，同时缓解眩晕感。一般而言 VR 设备不眩晕至少需要有 120Hz 及以上的刷新率以及4K 及以上的分辨率。时延为刷新率的倒数，120Hz 的刷新率对应的时延是 8.33ms，人眼可以明显察觉 90-120Hz 到 160-180Hz 的提升，超过 250Hz 后，人眼对刷新率提升的敏感程度将逐步递减。

目前主流屏幕以 Fast-LCD 为主，兼顾高刷新率与性价比。一般 OLED 屏幕的刷新率明显有优势，但纱窗效应较明显，且成本较高，LCD 屏幕的次像素间距比 OLED 要小，纱窗效应减轻很多，改良后的 Fast-LCD 技术使用全新液晶材料（铁电液晶材料）与超速驱动技术（overdrive）有效提升刷新率至 75-90Hz，同时也具有较高的量产稳定性及良率，兼具效果与性价比。2018 年，京东方 VR 专用显示模组出货量就达 100 万片，涉及 VR 整机产品已超20 款，包括 Oculus Quest 2、华为 VR。Oculus Quest 2 即采用一块改良后的 Fast-LCD 替换上代 Quest 产品中的两块 AMOLED。

未来主流屏幕硅基 OLED 将是最佳解决方案。AMOLED 器件背板普遍采用非晶硅、微晶硅或低温多晶硅薄膜晶体管，而硅基 OLED 创新性结合半导体与 OLED，显示器件采用单晶硅芯片基底。单晶硅芯片采用现有成熟的集成电路 CMOS 工艺，实现显示屏像素的有源寻址矩阵的同时可实现如 SRAM 存储器、T-CON 等多种功能的驱动控制电路，大大减少了器件的外部连线，增加了可靠性，实现了轻量化。此外，硅基 OLED 微显示器件像素尺寸为传统显示器件的 1/10，精细度远远高于传统器件。硅基 OLED 的优越性能包括： 

1）超高分辨率： VR 设备分辨率 PPD 拉满至人眼角分辨率上限，提升沉浸感体验。人眼正常视力下极限角分辨能力约 50～60PPD，而现有单屏 4K（分辨率为 3840×2160）、视场角 120°的 VR 头显设备约为 18PPD；单屏 2K（分辨率为 1920×1080）、视场角 60°的 VR 头显设备约为 36.7 PPD。硅基 OLED 2000PPI 分辨率较传统低温多晶硅LTPS-OLED 显示器 800PPI 大幅提升，从而提升 VR 设备 PPD 至 60PPD。 

2）超高刷新率：刷新率可达 2000Hz，有效减缓 VR 设备使用眩晕感。低刷新率导致更强的图像闪烁和抖动感，最终带来眼睛酸痛、头晕目眩等症状，是使用 VR 设备带来眩晕感的重要原因。刷新率达到 120Hz，即可改善运动镜头的画面跳停现象和模糊现象，完全消除高亮度、宽视角情况下的临界闪烁现象。硅基 OLED 刷新率可达 2000Hz，大幅超越现有 VR 设备最高刷新率 90Hz。 

3）体积小、重量轻，大幅改善使用体验：硅基 OLED 微型显示器件像素仅为传统显示器件的 1/10。此外，硅基 OLED 以单晶硅芯片为基底，减少了器件的外部连线，比采用其他显示方案减重 50%以上。

图9：硅基 OLED 微显示器件结构示意图

资料来源：OLED industry

END

风险提示：VR 设备销量不及预期，AR 技术进展不及预期，5G 建设进展低于预期

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团队介绍

马天诣：安信证券通信&海外科技首席分析师，北京大学数学系金融统计硕士，证券从业6年，曾任职于国泰君安证券/中关村科技园区管委会/中关村股权交易集团；2018-2020年财经国际最佳top3通信分析师 研究领域：前瞻研究改变人类工作/生活/通信方式的伟大科技企业，重点研究符合中国制造业发展方向的硬科技企业，希望广结善缘共同见证中国科技的腾飞

刘浩天：安信证券通信行业助理分析师，中央财经大学金融硕士，重点覆盖IT基础设施，光模块，云视频等领域

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