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混合現實行業深度:MR能否成為下一個爆款?

(報告出品方/分析師:浙商證券 蔣高振 苗霄寒)

1 複盤:互動疊代+内容升維,曆代爆款産品的衍進“雙擎“

消費電子産業經過十數年發展,在筆電、智能手機、平闆電腦、TWS耳機、智能手表/手環等可穿戴裝置等多個現象級産品的基礎上,引領了近二十年的功能創新和産業疊代程序。

從核心表征上看,消費電子幾代爆款産品最具革命性的在于:1)互動形式的全面颠覆;2)資訊呈現形式的持續升維;3)輕量化、便捷化等一系列“支線任務”。

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以智能手機為例,其将互動形式由傳統實體按鍵互動更新為多指觸屏互動,将資訊呈現由原先以短信、通話為主的一維文字資訊更新為以圖像、視訊為主的二維資訊,成為完成“主線任務”的排頭兵。輕薄筆電、平闆電腦、TWS耳機、智能手表等産品均在主線更新任務外肩負着推動輕量化、便捷化等“支線任務”的曆史使命。這些爆款産品共同構造起消費電子終端目前資訊可視化、互動指令化、形态輕便化的産品格局。

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2 MR終端:互動+内容繼續進化的新載體

MR意為混合現實(Mixed Reality),是延展現實(XR,Extened Reality)終端的重要一環。相比于已有數年發展史的VR虛拟現實,MR在虛拟環境與現實環境的融合方面要求更進一步,更多基于現實環境的背景下加入各類虛拟物件、形象的融合。是以對比VR對虛拟現實的建構,MR将在互動等層面強調更多的可能性。

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2.1 互動形式:指尖互動→行為互動

從互動更新角度考量:盡管通過螢幕、攝像頭、觸碰式電容器件、顯示觸控驅動晶片(TDDI)等零部件的更新,發展已較為成熟,多指觸控仍舊是局限在手部的局部互動,指間手勢也始終被限制在手機螢幕的平面範圍内,可識别的動作仍舊集中在點選、選中、拖動、雙指伸縮、指關節敲擊等簡單指令内。

長期視角看,以空間為範圍的行為指令,如抖動手腕、揮動手臂、向前行進、軀體伸展或旋轉、甚至眼球注視點移動等,有望成為消費産品互動形式的明确發展方向,高端感覺攝像頭、眼球追蹤模組等新式傳感器的應用有望實作厚積薄發。

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2.2 内容:二維平面圖像→三維空間視覺

從内容升維角度考量:智能手機将傳統手機時代對資訊的一維呈現(短信、通話等)更新為以圖像、視訊、動畫表情在内的二維内容,通過可視化的SDK設計,實作内容呈現方式的首次更新。

此後内容端的更新或将繼續維持在從二維圖像内容向三維視覺内容的進一步探索為主。

以辦公場景為例,手機時代的線上會議以二維圖像的視訊輸出,搭配語音傳輸為主;下一代終端上,線上形式的動作交流,包括虛拟握手、可視化圖表展示、多人協同的實體模型搭建等功能都有望成為現實。

這些場景的實作,要求對使用者3D動作更精确、更實時的感覺,雷射雷達、行為感覺子產品等新技術的應用,将為此類功能提供更有效的助力。

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2.3 MR vs VR全面對比:争奪下一代核心資訊平台的天王山之戰

VR作為XR條線的先行者,已進行了諸多技術和市場層面的嘗試。近期已釋出VR硬體新品仍以Fast LCD+MiniLED背光的顯示組合為主,部分Micro OLED/眼動追蹤/彩色透視等功能開始初步應用。

根據青亭網統計,2022年至2023年初釋出(或公布原型方案)的裝置中,超90%以上的品牌仍舊采用LCD螢幕或LCD+MiniLED背光模組的顯示方案,少數品牌開始采用OLED/Micro OLED顯示但普遍售價水準較高。此外,眼球追蹤/彩色透視VST也逐漸開始應用。

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相比于VR裝置,MR對螢幕顯示、眼球追蹤/調節及彩色透視等新應用的要求更加嚴苛。

MR的核心差別在于虛拟現實與增強現實環境的更好融合,為拉近兩種場景的視覺差距,VR模式下追求更為清晰明亮的顯示效果,AR模式下則更為看重對現實場景的準确還原,是以Micro OLED和高清全彩透視等環節有望成為MR裝置的核心部件。此外,為準确關聯VR/AR模式,基于眼球活動的視覺追蹤和自适應調節功能将成為聯通兩大場景的重要橋梁。

2.3.1 Micro OLED vs LCD + Mini LED背光:高清顯示的潛在疊代

自2022年起,VR裝置新品多采用Pancake折疊光路設計以實作顯著輕量化及微型化。從實體光學規律角度,螢幕光線固定需要足夠距離的光程才能在人眼視網膜中形成清晰成像。

傳統菲涅爾透鏡方案通過一系列複雜鏡片組實作,Pancake模組光線折疊載體由鏡片組更新為光學膜材,繼而實作整體裝置的輕量化。考慮到光線在實體膜材中行進的光損相對鏡片組更高,是以更高亮度的螢幕需求呼之欲出。

實作更高亮度的螢幕顯示,通常采用Mini LED背光或Micro OLED的方式實作。Mini LED背光通過在LCD螢幕下通過縮小燈珠尺寸、容納更多燈珠數量的方式實作螢幕亮度的提升,目前在以Meta Quest Pro為代表的VR新品中開始逐漸采用;Micro OLED又稱矽基OLED,是在單晶矽片上制備主動發光性OLED器件的新興顯示技術。

差別于正常LCD及OLED采用的玻璃基闆,Micro OLED的基闆采用的是單晶矽晶圓,可以在維持相近分辨率的基礎上實作更小的顯示面積,繼而使得其可實作更高的像素密度(PPI),并具備更輕薄、耗電量更小、發光效率高、自發光等優點。

目前Micro OLED量産尚處于初級階段,實際成本較高,我們預計單機ASP在千元以上,技術環節仍有瓶頸亟待突破,是以僅部分高價标杆性産品上進行了初步探索。

MR産品對螢幕分辨率、發光效率及輕量化的需求,有望推動Micro OLED顯示技術持續突破桎梏,進而通過提升規模實作快速降本。

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目前全球Micro OLED布局主力仍以海外公司為主,國内公司正在加速發力。

三星正持續加大Micro OLED顯示技術的投入,LGD正在與Meta、SK海力士合作開發Micro OLED産線,旨在提供XR用微顯示解決方案,索尼相關産品預期近期會有實際量産;國内廠商中京東方、清越光電、視涯科技、昆山夢顯等公司亦有相關布局,并皆處于樣品階段,有望跟随MR産品陸續鋪貨實作放量單。

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2.3.2 全彩透視:模式切換的功能基礎

高清全彩透視是VR和MR裝置的重要分水嶺,也是未來向AR持續進階的關鍵功能。全彩透視又稱全彩VST(Video See-Through),通過裝置上搭載的數顆高清攝像頭對現實視覺場景進行捕捉,并在此場景上疊加多種虛拟現實物體或視窗,以實作MR混合互動的目的。

全彩透視功能目前VR裝置搭載/調用率相對單薄,未來MR中有望提高使用頻次。

實際上市型号中配置彩透功能的品類較少,目前僅Meta Quest Pro、Pico 4、愛奇藝奇遇MIX等少數款配置了全彩See-Through,且消費級産品中對彩色透視功能的調用多用于開機時的安全邊界确認階段,使用頻率相對單薄。

MR産品中因涉及不同模式的切換,彩透功能的使用将大大增加,對攝像頭的調用預計有望達到和螢幕同等的時長。是以,為實作MR裝置對VR/AR模式的順暢切換,是否配備高清全彩透視功能将成為區分其與傳統VR裝置的重要名額。

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全彩透視功能的硬體基礎是高清彩色攝像頭,VR目前1-2顆為主,MR或将繼續提升。

裝置主要通過高清攝像頭進行場景捕捉,目前配備方案包括單目彩透和雙目彩透,相比單目,雙目彩透更貼近于模拟雙眼視角,進而提取出視覺深度資訊。

根據Wellsen XR的拆解及各公司官方宣傳,現有品類中Pico 4采用1顆1600萬像素攝像頭的單目透視方案,無深度資訊;Quest Pro采用2顆黑白攝像頭的雙目SLAM+1顆1600萬像素彩色攝像頭的單目疊加透視,可通過2顆黑白攝像頭的視差提取深度資訊;奇遇MIX中采用2顆1600萬像素的彩色攝像頭實作雙目彩透,可直接提取深度資訊。

綜上,現有VR彩透攝像頭規格大多集中在1600萬像素,數量多為1-2顆(Quest Pro連同黑白深度為3顆)。

MR裝置由于對現實環境捕捉更為嚴格的要求,高清彩色攝像頭的應用預計将更為廣泛,分辨率有望提升至2000萬像素以上,數量或将提升至3顆以上。

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全彩透視功能對攝像頭精度提出了新的要求,MR裝置的進一步需求有望推動國産廠商充分受益。目前主流VR裝置CIS(含彩色和黑白深度)的主流供應商包括索尼、豪威、高偉等,模組封裝供應商包括舜宇、丘钛微等。

MR裝置進一步放量後,出于蘋果等典型品牌廠商一貫的多供應商政策,國産廠商或将進一步提升市場佔有率。

2.3.3 自動無極瞳距調節+眼部追蹤 vs 手動瞳距調節:提升體感的有效途徑

人眼在進行資訊捕捉時,雙目系統通過視差資訊進行深度資訊的感覺,繼而使人眼擁有判斷物體距離的能力。而在視覺圖像資訊感覺時,人眼瞳距與光學圖像顯示裝置的比對程度将嚴重影響成像品質。XR裝置由于其螢幕顯示+透鏡成像的特點,如未能适配使用者的瞳距差異,可能會導緻圖形失真、視覺疲勞和頭暈等現象。

VR裝置中目前已開始導入相關瞳距調節模組,通過微傳動電機系統調整雙眼透鏡的位置和偏轉角度,以适應不同使用者的瞳距差異。

目前根據智能程度劃分大緻分為三類:

1)手動旋鈕式瞳距調節:主要通過機身實體旋鈕進行手動調整,一般分為數個檔位,是以僅支援固定距離的調節,如Meta Quest 2的58mm/63mm/68mm檔位等,調節精度相對粗犷;

2)手動電子無極調節:通過系統内置軟體子產品,由使用者自行根據SDK内圖像清晰度通過電子傳動在一定瞳距範圍内進行無極調節,如Pico 4的58-72mm調節區間,精度上有顯著提升,但仍需手動操作,受使用者實際視覺誤差影響較大;

3)搭配眼動追蹤的自動無極調節:部分高端VR單品及未來MR裝置的最優路線,通過眼動追蹤模組自動精确偵測使用者瞳距,并關聯微傳動電機系統進行透鏡位置的自動調整。

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除搭配瞳距調節外,眼動追蹤系統的應用亦緩解MR裝置圖像渲染的算力壓力。

目前階段受制于XR裝置整體算力及整機功耗發熱的限制,對全螢幕圖像進行4K成像渲染的難度較大。眼動追蹤模組實作的注視點渲染功能(Foveated Rendering)可對使用者注視點處進行高清渲染,通過模糊邊緣圖像的方式,在較小影響成像效果的前提下緩解全圖渲染帶來的算力端壓力。

高熱場景材料抗變形能力是品牌商在選擇瞳距調節模組時的重要參考次元。

瞳距調節模組本質上屬于精密微傳動系統,屬于日本、德國、中國台灣等地區廠商的傳統優勢賽道,相關供應商包括日本電産、德國IMS等。由于XR裝置算力高、發熱量大等因素,精密傳動相關材料在高熱場景下的抗變形能力将是重要參考名額,國内供應商兆威機電憑借在該方面的突出積累,已進入衆多VR品牌供應鍊,在MR終端其技術優勢有望進一步凸顯。

眼動追蹤模組層面國内标的較少,相關檢測裝置廠商國内已有布局。目前配備眼動追蹤子產品的以B端高端機型為主,如Meta Quest Pro等,索尼PSVR2成為眼動追蹤技術在消費級市場内的首次探索。目前眼動追蹤模組供應商以國外為主,如瑞典供應商Tobii等,國内主要以檢測裝置廠商為主,包括科瑞技術等。

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2.3.4 指套/指環控制 vs 搖桿控制:互動更新的重要演進

MR裝置作為新一代資訊載體,其與使用者間的互動方式更新,是其繼智能手機等上一代裝置進階升維的重要表現。目前以Meta Quest 2/Pro及Pico 4等典型産品為代表的VR終端主要通過搖桿進行指令輸入及振動等部分輸出回報。

以Pico 4為例,其搖桿搭配了類拓撲的環狀結構,使用了共計20顆紅外LED,確定了無死角追蹤;主機闆上內建了藍牙晶片、電源管理晶片等,同時也采用了振頻更寬的線性馬達模拟更多力感回報。但在與現實環境互動更為密切的MR場景下,搖桿型的設計目前仍存在手勢互動依賴實體按鍵、搖桿握姿與現實場景手型不比對等問題。

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為解決搖桿控制器的相關短闆,部分頭部MR公司正在開發搭載觸覺傳感器的指環/指套互動設計。

以蘋果公司為例,根據美國專利商标局USPTO資料顯示,蘋果正在研發通過可伸縮的電子指環/指套來控制外部裝置,可穿戴在一個或多個手指上,可通過觸摸感應裝置檢測輸入資訊,并根據預設的觸摸輸入指令,向外部電子裝置輸出多種對應指令。

專利中介紹,該裝置由金屬等可變形材料制成,穿戴于手指頂部,指尖暴露在外,保證使用者可像平常一樣觸摸物體表面。該裝置內建力傳感器、加速度計、陀螺儀、光學傳感器、觸摸傳感器、狀态訓示燈等,使用電容電感技術來精确确定使用者手指移動及與物體表面的互動方式,準确檢測使用者按壓表面的力度和力的确切方向,可識别按壓輸入、側向手指運動輸入及敲擊輸入。

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2.3.5 全身動作捕捉和追蹤感覺:功能補全的關鍵砝碼

動作捕捉是MR裝置将虛拟VR形象準确、形象嵌套在現實或半虛拟場景中的核心途徑。現有VR終端中以Meta Quest系列裝置為代表,已建立起名為“Avatar”的虛拟形象系統,可實作初級的虛拟形态建構。

但局限性在于目前其僅支援上半身動作的捕捉識别,且虛拟形象的面容、表情建構距“生動形象”仍有距離。

鑒于在MR場景中使用者與現實環境的高度互動,僅上半身動作的捕捉可能産生較強的“撕裂感”,嚴重影響使用者使用體感,是以基于含下半身在内的全身動作形象捕捉有望成為MR裝置的重點感覺攻關方向之一。

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全身的動作捕捉主要有外置或内置兩種主流方案。

一是通過外部的追蹤器,将裝置綁于四肢等關鍵區域,實作動作跟蹤,目前VIVE已推出相關VR追蹤器;二是通過終端内置的攝像頭,借助對深度資訊和骨骼運動的識别進行動作捕捉。

相比而言,外部追蹤方式現階段可能有更好的捕捉效果,但外置追蹤器需要額外購置,目前VIVE追蹤器單價1099元,按四肢标配計算,套裝總價超4000元;索尼于2022年末推出的Mocopi便攜式全身動捕套裝共計6個分區傳感器,總售價4.95萬日元(約合2550元),可能為使用者帶來額外購置壓力;終端内置攝像頭的方案在目前階段除鏡頭精度限制外,還需圖像識别渲染算法從旁輔助,短期内實際效果可能存在短闆,但伴随相關資料積累和技術進步,長期視角預計仍将成為MR裝置的主流路線。

根據蘇黎世聯邦理工學院與Meta虛拟現實實驗室聯合發表的開源項目Avatar Poser,其已實作僅基于頭顯和搖桿三個傳感器輸入的信号實作全身動作捕捉的效果。

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2.3.6 雷射雷達:感覺進化的高效補盲

雷射雷達在消費電子主流裝置上的應用始于智能手機的測距、對焦和人臉識别等功能。以蘋果為例,自iPhone 12 Pro系列起,雷射雷達傳感器便開始廣泛搭載,利用雷射發射器投射出矩陣光束,捕捉并繪制位置深度圖等。

在XR領域,蘋果此前推出的增強現實開發平台ARKit,可通過直接調用iPhone和iPad上的雷射雷達,對環境進行深度感覺,建立更為逼真的AR體驗。

一體機層面,目前階段受限于整體較為昂貴的成本,雷射雷達的搭載還處于極為初期的階段,歐洲品牌Varjo于2022年末釋出的面向專業使用者的新品XR-3 Focal Edition進行了雷射雷達的相關配置,但售價高達6495歐元。目前消費級VR市場暫無雷射雷達配置的成熟一體機品牌。

XR端配置雷射雷達可以對攝像頭感覺進行有效的補盲。

攝像頭采集的圖案具備較為精确、原生的輪廓和色彩等資訊,但在低照度夜間環境下的感覺能力則會大打折扣;此外為準确進行距離/深度等 資訊的感覺,硬體端配置數量+軟體端景深算法的優化,使得攝像頭如作為XR唯一感覺傳感器具有較大的安全隐患。

雷射雷達通過計算雷射發射及折返的時間差進行物體距離和形狀的感覺,不受光照環境及能見度等因素的影響,在諸如MR等與外界環境互動密集的裝置上,具備極為廣闊的應用價值。

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MR對雷射雷達的新配置,可與現有消費電子裝置形成充分關聯,打通與原有生态的通道。

以蘋果為例,近年新發iPhone高端機型中,雷射雷達已成為标配,也陸續衍生出測距儀、人臉識别、夜視對焦、Memoji虛拟形象創作等一系列成熟應用,可推動以MR為代表的新裝置與原有生态實作無縫連接配接,同時大大增強新終端的感覺效率和精度。

目前消費級雷射雷達供應商以境外為主,主要包括美國的II-VI、Lumentum(設計)、中國台灣的穩懋(代工)和日本的索尼等。

2.4 充足儲備 + C端下沉,MR裝置的廣闊藍海

在VR終端專注于建構虛拟場景的基礎上,MR裝置更多着眼于虛拟與現實場景的互動,是未來向完美AR技術邁進的重要跳闆。

目前海外頭部科技公司通過多年積累和沉澱,已經具備多項能提供實質性貢獻的具體技術。

以美國蘋果公司為例,根據美國專利商标局USPTO資料,截至2023年2月末,分别搜尋“Mixed”和“Reality”(僅支援單個單詞搜尋,為避免混淆未使用“MR”字段搜尋),公司對口技術相關的專利高達數千條,其中包含便攜式裝置圖像互動算法(專利号US-11592952-B2)、光發射器的光纖照明(專利号US-20230034270-A1)、可穿戴指環/指套控制(專利号US-20200241641-A1)等,涉及MR軟體算法、感覺、控制、互動識别等多個細分條線。

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MR初期以企業級商用定位為主。

目前以Varjo等廠商已釋出MR或準MR單品來看,售價均在數千美元以上,且均定位為企業級産品。頭部公司選擇從企業級需求切入,或出于以下動機:

1)新産品涉及多處技術創新,相較消費市場,企業級客戶對有突破性創新但尚未成熟技術的接受門檻值較高,便于品牌廠商前期的新技術推廣;

2)受限于新技術成熟度、良率制約,初期産品成本及售價較高,企業級客戶對價格的敏感性相對較低;

3)MR初期更多聚焦生産力場景,與企業級客戶需求更為對口;

4)在與企業級客戶形成穩定合作後更有把握通過規模化生産實作成本優化。

繼初期的B端探索後,C端消費級市場必将成為各大廠商激烈角逐的戰場,MR産品具備比肩智能手機、改變消費級使用者習慣的充足潛力。

從可行性考量:

1)數字經濟催生衆多以生産力為目的的個人使用者,MR産品在B端生産力場景的積累高度比對該類人群的切身需要,進而有望釋放更多需求敞口;

2)MR産品自身亦在進行功能疊代以滿足除商務/生産力場景外消費級市場的典型需求,如社交、娛樂等,其互動、感覺和顯示更新有望顯著解決傳統VR産品互動單一、依賴實體搖桿等短闆。

從必要性考量:

1)内容端—對比智能手機将資訊由一維文字、通話提升為二維圖像、視訊的更新,MR裝置是全行業短期内最有可能将網際網路内容繼續升維至三維空間視覺的終端和載體,繼而形成從3D内容端反哺硬體的良性循環;

2)形式端—智能手機完成了将實體按鍵互動更新為多指觸屏互動的使命,MR裝置有望進一步将雙指平面互動提升為含手勢在内的三維行動互動,短期内最有可能實作使用者體感的進一步升維。

3 代工+元件+檢測裝置

國内企業布局MR産業鍊集中于整機代工、感覺/控制模組及檢測裝置條線,建議重點關注:立訊精密(整機代工)、兆威機電(瞳距調節)、智立方(傳感器檢測)、精測電子(顯示檢測)、榮旗科技(鏡片檢測)等。

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1) 整機代工:全球MR市場潛在代工供應商主要以中國台灣企業為主,如鴻海、和碩、廣達等。中國大陸企業中歌爾股份在VR代工條線份額較高;立訊精密基于與北美大客戶在消費電子端多年的合作經驗,有望持續發力MR整機代工行業建議重點關注。

2) 感覺/控制模組:國内零部件端供應商主要業務分布在無極瞳距調節及彩透/感覺相關攝像頭條線。瞳距調節條線建議重點關注兆威機電,公司産品在高熱場景下穩定的材料抗變形能力,有望成為品牌廠商甄選供應商時的重點參考名額;攝像頭感覺條線,建議關注高偉電子,公司有望在頭部MR裝置中擷取較大市場佔有率。

3)檢測裝置:國内廠商主要集中在傳感器檢測、顯示檢測及成像檢測等。建議重點關注智立方(MR傳感器檢測)、華興源創(Micro OLED顯示檢測)、精測電子(顯示檢測)、榮旗科技(鏡片檢測)、傑普特(光學成像檢測)、科瑞技術(眼動追蹤模組檢測)等。

4 風險提示

頭部品牌産品進展不及預期:海外頭部品牌MR裝置此前因技術因素多次延遲釋出,如存在繼續延遲的情況,可能對相關産業鍊公司出貨進度和業績兌現産生影響;

市場需求不及預期:MR初期定位于企業級市場,消費級市場仍處培育階段,整體需求可能受實機體驗效果或後續降本進度影響不及預期。

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報告來自【遠瞻智庫】