虚拟显示XR行业研究报告：虚拟显示第二春，电子创新新战场-VR-形象思维VR

虚拟显示XR行业研究报告：虚拟显示第二春，电子创新新战场

# 技术前沿 2021-05-18 15:07 0 254 作者：形象思维VR

1. 虚拟显示产业风起云涌，多家巨头将发布新产品，苹果 MR 预计 2022 年下半年入场

根据工信部的定义，虚拟（增强）现实（VirtualReality,VR/Augmented Reality, AR）指借助近眼显示、感知交互、渲染处理、网络传输和内容制作等新一代信息通信技术，构建身临其境与虚实融合沉浸体验所涉及的产品和服务。为防止混淆概念，本报告中的虚拟显示指 XR（包括虚拟现实 VR、增强现实 AR、混合现实 MR)。

作为新一代信息技术融合创新的典型领域，虚拟显示在大众消费和垂直行业中应用前景广阔，关键技术日渐成熟，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显示终端的发展推广，2021 年有望成为虚拟显示终端规模上量、显著增长的关键年份，产业发展正逢其时。

从广义来看，虚拟现实（Virtual Reality，VR）包含增强现实（Augmented Reality，AR）。虚拟现实（VR）通过隔绝式音视频内容带来沉浸感体验; 增强现实（AR）强调虚拟信息与现实环境的“无缝”融合。

混合现实（Mixed Reality，MR）位于虚拟现实与增强现实之间，是将真实的物理世界与数字世界相融合的结果。混合现实是物理世界和数字世界的混合，开启了人、计算机与环境交互之间的联系。

苹果 2022 年将推出一款混合现实 MR 产品 N301，2025 年中期将发表 AR 眼镜 N402， 2030 年至 2040 年将发布 AR 隐形眼镜产品。N301 具备 VR、AR 的混合功能；N421 外形更接近墨镜，苹果认为大约可在 10 年内取代 iPhone。

1.1. 苹果长期收购虚拟显示相关一级项目以及大量研发相关专利

苹果长期收购虚拟显示相关一级项目以及大量研发相关专利，使用户可以得到更加成熟的产品体验。苹果习惯于把现有的，成熟的技术用在产品生态上。

苹果虚拟显示一级项目相关布局：

细分技术领域来看，苹果在近眼显示、感知交互、硬件技术等皆有积极布局储备

收购 Akonia Holographics 研发光学技术：

光学作为虚拟显示中的重要核心技术，是苹果一直以来专注研发的领域，苹果于 2018 年 8 月收购 AR 眼镜专用镜片的初创公司 Akonia Holographics，来自贝尔实验室，研发体全息光波导元件。Akonia 的 HoloMirror 技术为最终实现轻量级，宽视场和低成本消费者 AR 头显带来了新的可能性。

Akonia 的 HoloMirror 采用了与薄全息（thin holography）或表面起伏光栅（surface reliefgratings）完全不同的方法，开创了商用体全息（volume holography）反射式波导光学元件（体全息+波导），并在性能上高于其他全息元件。仅利用单层介质，Akonia 的体全息+波导不仅可以产生当今最薄的全彩 AR 头显，同时能够显著降低整体系统的复杂性，提供了性能、透明度和低成本的独特组合，而这可能将彻底改变 AR 眼镜行业。

根据 Akonia 的官方信息，他们的旗舰产品 HoloMirror 能够通过单层介质再现全彩色的宽视场图像。与波导技术相比，HoloMirror 的设计可以降低系统复杂性，支持其集成至如同普通眼镜样式的小型设备中。

1.2. 苹果 MR 设备供应链拆解及硬件预测

推出时间：预计 2022 年推出

外型：一体式设备，无连线

技术：搭载眼球追踪系统；支持手部追踪；内置散热风扇；提供插入式处方镜片解决方案，方便近视用户。

物料清单（BOM）：成本超过 500 美元；

定价：The Information 称，定价或高达 3000 美元。

预计销量：预计每家 Apple 零售店每天卖出一台。

1.3. 增强现实 AR：Magic Leap 预计 2021 下半年发布二代产品

2018 年，Magic Leap 发布增强现实 AR 眼镜产品 Magic Leap One。

在头显眼框处有眼动追踪红外摄像头。每个透镜都内置了一个 4-LED 的红外传感器阵列，而传感器用于追踪用户的眼球运动。由于这是位于头显眼框的底部。

透镜包含六层，每层专用于一种颜色波长(红色，蓝色或绿色)。其中三层渲染近焦点视觉，另外三层渲染远焦点内容，分布在两个不同的焦平面上。这比微软的设计增加了一倍。

8GB 内存，128GB 板载存储；英伟达 Tegra X2 SoC；头显上有一个独立的视频处理单元，配备 512MB GDDR4 RAM 和 4K 分辨率，60fps 视频接收器。

LCOS 光源：其发出的光通过准直目镜进行准直后进入三层波导，每层波导分别传播不同波段的光，以此来减少整个系统的色散。光线进入波导处采用光栅进行耦合。光线输出部分通过光栅耦输出，利用多个光栅进行出瞳扩展，使用户可以看到充满视野并且视场角较大的全色三维图像。

Magic Leap 第二代预测：Magic Leap 首席执行官佩姬·约翰逊（Peggy Johnson）表示第二代头显的形状参数会有大幅度的优化。其中，尺寸小 50%，重量轻 20%，而且视场翻倍。 Magic Leap One 重量 316 克。按照佩姬的说法，届时产品的重量则为 252.8 克。至预计第二代的水平视场值 60 度，垂直视场值 40 度，对角视场值 72 度。

1.3.1. Magic Leap 虚拟显示相关专利产出速度不断增长

Magic Leap 申请专利几乎都与 AR 或 VR 相关，并且随着时间的推移，专利产出的速度也在不断增长，2013 年以后的申请量都维持在 40 项以上，并保持持续增长的趋势。

光线投影专利：Magic Leap 能得到投资人如此的青睐，和他的核心技术密切相关。Magic Leap 拥有一种名为光线投影（Fiber Optic Projector）的核心技术，也正是基于该项技术， Magic Leap 才能够在小尺度器件上实现光场显示，达到 Cinematic Reality（电影级现实）的效果。在 MagicLeap 出现之前，主要的解决方案有微透镜阵列、光场立体镜等技术，但其设备的规模和复杂度非常高，并无法适用到穿戴式 AR 设备上。Magic Leap 通过光纤扫描显示技术实现了小尺寸上的光场显示。

光纤内窥镜专利：Magic Leap 其创始人创造性地将超高分辨率光纤内窥镜技术进行了反向应用。光线内窥镜的简单原理就是光纤束在一个 1mm 直径管道内高速旋转，改变旋转的方向，然后进行图像扫描。Magic Leap 聪明地改变了光的方向，将高分辨的光纤扫描仪倒过来做一个高分辨率投影仪，就可以将需要的图像投射到用户的眼镜中。关于这个高分辨率光纤显示器，Magic Leap 在一件名称为“超高分辨率扫描光线显示器”的 WO2014/113506A1 号专利中进行了描述。光线扫描显示（FSD）通过压电致动器震动光纤端部扫描成像，可以实现单个光纤的显示。并且为了获得更高的分辨率，专利公开了两种产生彩色、超高清晰度图像的通用配置，即多个扫描光线阵列和单一扫描多芯光纤，都是通过光纤二维阵列来实现高分辨率的显示。

其通过一组光纤扫描显示器捆绑成阵列后产生光场，然后将投射图像通过波导折射后进入人眼（类似于 Hololens 的方式），或者将上述阵列与眼镜架耦合，直接置于眼镜前方进行显示。Magic Leap 通过光纤扫描显示重现了光场，理论上可以实现真正的 AR 显示，使用户无法分辨虚拟物体的真假。但也要注意到，由于要重建光场，并且需要对环境进行感知（用户自身的定位以及三维环境的重建），导致 Magic Leap 设备的计算量会非常大，即便已经解决了光场显示和三维感知产品化中的种种问题，其计算设备的体积也很可能达不到随身携带的要求。

显示技术专利：克服 Google Glass 和其他头戴式显示设备由于聚散度和视觉调节不一致而导致的用户不适的问题。即传统的双目虚拟显示技术（如 Oculus Rift 或 Hololens）中的物体是没有虚实的，由于投射的物体近端和远端始终是清晰的，违背了人眼通过对焦感知深度的自然规律，容易导致头晕。

1.4. 增强现实 AR: Nreal 太若科技将发售一体机

Nreal 成立于 2017 年，将 AR 眼镜做得和普通眼镜一样大，在日韩销售，并成为国外运营商在消费者级 AR 赛道上的唯一合作伙伴。Nreal 认为，将眼镜打造成 100 克左右、完全自研的显示模块，构建连接手机和 AR 眼镜生态圈的星云系统，与运营商深度合作，将 AR 眼镜销售到 C 端，也是大有可为的。

在 2019 年美国 CES 消费类电子展上,来自中国的初创公司 Nreal ，凭借颜值和性能俱佳的混合现实眼镜硬件系统，一跃成为名副其实的世界黑马，获得著名消费电子产品网站 Engadget 与 CES 官方合作评出的 CES 最佳奖奖提名，并最终获颁“2019CES 最佳初创企业”奖项。

2020 CES 大会上，该公司曾发布了基于虚拟与现实互动的系统“星云”。同时 Nreal 与日本 KDDI、韩国 LG U+、德国电信三家运营商联合推出了 5G AR 协作解决方案。

2019 年产品 Nreal light：

硬件规格：

Nreal Light 眼镜外观接近正常的眼镜、深色的镜片保证了内容呈现的清晰。整个眼镜重量为 88g，提供 1080P 分辨率的清晰度，nreal light 采用自研光学方案，Micro OLED 显示模组，单眼分辨率 1920×1080，视场角约 52 度。头显部分支持 6DoF 定位，手柄支持 3DoF 追踪；正面拥有三个摄像头传感器，其中左右两端为深度摄像头，用来进行空间探测；左侧偏中间一颗 5 百万像素的彩色摄像头，可以进行拍照和视频的录制；另外在右侧靠鼻梁位置还有一颗光线传感器，可以根据环境光对眼镜内显示内容的亮度进行调节。在靠近鼻梁处的内部拥有一颗距离传感器，负责控制摘戴眼镜的屏幕的点亮。

分体式计算单元配备骁龙 845 芯片，拥有 8GB 内存、128GB 存储空间，同时也可连接骁龙 855 手机使用，整个计算单元相当于一台小型电脑，整体缩小到仅有 248g 的水平。

Nreal 对外宣布正在开发 Nreal Light 的“All-In-One（一体机版）”版本，该版本是一款无线缆、一体化的眼镜系统，旨在提高工作场所或定制企业的使用效率。这个尚未命名的版本是对 Nreal Light 产品类型的扩充，它将使用户能够通过完全封闭的无线系统在混合现实环境中进行交互。Nreal 积极储备 AR 相关专利，提高图像对比度消除干扰光线影响。

1.4.1. Nreal 布局成像装置相关专利，提高图像对比度

Nreal 发明的 AR 成像装置，基本可以做到无干扰光线反射到人眼中，从而提高图像对比度以及减少干扰光线对 AR 设备成像的影响。装置中内置有偏振分光镜，当外界的干扰光线入射到偏振分光镜时，偏光膜可以将干扰光线滤除。

现有的 AR 设备存在图像对比度低等缺陷：现有的 AR 设备由于使用普通分光镜，非常容易导致干扰光线大量进入人眼，以及外部射入的干扰光线严重干扰像源图像的对比度，使得图像内容混乱。为了提高 AR 装置的成像质量，Nreal 在 2018 年 2 月 12 日申请了一项名为“AR 成像装置和穿戴式 AR 设备”。

当外界的干扰光线入射到偏振分光镜中时，干扰光线会先通过偏光膜，其中第二方向的偏振光被吸收，多余的第一方向偏振光会穿过偏光膜和偏振分光膜，基本无干扰光线反射到人眼中，由此可以提升图像观看对比度以及减少对用户的干扰。

1.5. 虚拟现实 VR：SONY 预计 2022 年发布 PSVR2

索尼 2016 年发布 PSVR1:

显示屏：三星 AMOLED 拥有六角子像素矩阵，5.7 英寸 1080p OLED 面板，与 Rift 和 Vive 不同，PSVR 使用单个显示面板，这意味一个屏幕会被划分为两半的图像，可能会造成分辨率的损失。

芯片：搭载 4K 的 SOC 处理芯片；4 枚 256M 的内存芯片；4G 的 SSD 闪存芯片。

预计 2022 年发布 PSVR2,价格在 499 美金以下。

1.5.1. SONY 积极布局全身动捕、控制器、自动驾驶等多个虚拟显示专利

全身动捕专利：通过整合多个追踪传感器的数据，系统可以计算出用户的身体姿态，从而实现全身追踪。名为“ Position tracking apparatus and method 的发明主要描述了一种位置追踪装置和方法。专利描述了的位置追踪系统包括：由用户佩戴的多个追踪单元、用于识别所述多个追踪单元的追踪单元识别单元和用于根据所述多个追踪单元的位置来识别用户位置的位置识别单元，其中，所述多个追踪单元中的每一个发射可用于定位所述追踪单元的信号，并且其中所发射的信号包括识别所述发射追踪单元及其位置和/或方向的信息。简单来说，索尼希望直接将多个追踪传感器组件附接至人体各个部位，如肩膀，双手，手腕，双腿和腹部等等。

PSVR 控制器专利：或进一步确定了将用于取代 PS Move 的全新 PS VR 控制器的设计样式。名为“Input Device”的索尼专利最初在 2020 年 3 月提交，并在日前由于世界知识产权组织 WIPO 公布。根据专利图及相关信息，追踪系统不再是追踪 Move 控制器的单个球体，而是追踪布置在控制器的多个光源，而这将能提供更精确的位置和旋转数据。

1.6. 虚拟显示市场主要玩家：脸书全球占比过半，我国 Pico、大朋位列全球前五

从全球市场来看，脸书的 6DoF 一体式 VR 头显 Oculus Quest 是行业迄今最成功的产品，全球占比过半，Oculus Quest 2 仅在 2020 年 Q4 季度就卖出了约 250 万，大大超过以往的任何 6DoF 头显。排名第二的是索尼 PlayStation VR。我国的 Pico、大朋占比也在 2020 年位于世界第四、第五位。

2020 年大朋 VR 连续两季度中国区市场份额第一，在 PC 头显、VR 一体机、VR 解决方案等各方面共同发力。2020 年 Q2、Q3，大朋 VR 分别以 31%、32%的市场份额连续两季度蝉联第一，Q1、Q4 则名列第二。

2020 年度， Pico 位居中国 VR 市场份额第一，其中 Q4 市场份额已达 37.8%。在国内一体机市场，Q4 份额更是高达 57.8%。

2. 虚拟显示产业链终端器件占比四成，助力产业技术快速革新

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。虚拟显示产业链条长，主要分为内容应用、终端器件(硬件)、渠道平台（服务）和内容生产（软件）。内容应用方面，聚焦文化娱乐、教育培训、工业生产、医疗健康、商贸创意等领域，呈现出 “ 显示+ ” 大众与行业应用融合创新的特点。文化娱乐以游戏、视频等强弱交互业务为主，在数量规模上占据主导，商贸创意可有效提升客流量与成交率，主要包括地产、电商、时尚等细分场景，工业生产与医疗健康应用早期局限于培训指导，目前开始逐渐向产品设计、生产制作或临床诊疗等更为核心的业务领域拓展；内容生产（软件）方面，主要涉及面向虚拟显示的操作系统、开发引擎、SDK、API 等开发环境/工具，以及全景相机、 3D 扫描仪、光场采集设备等音视频采集系统；渠道平台方面，除互联网厂商主导的内容聚合与分发平台外，包含电信运营商发力的电信级云控网联平台，以及自助 VR 终端机、线下体验店与主题乐园等线下渠道；终端/器件方面，主要分为终端外设及关键器件，其中终端外设包括以 PC 式、一体式、手机伴侣与云化虚拟显示终端，以及手柄、全向跑步机等感知交互外设。

2.1. 核心器件为摄像头、光学器件、微投影器件、传感器、触觉设备、AI 芯片等

摄像头作为视觉感知的核心，在设备中主要用于动作捕捉，手势识别等信息输入。人类感受的信息 80% 来源于视觉，目前人们对视觉的研究相对比较成熟。目前产品中用到的摄像头种类繁多，根据目数可将摄像头分为单目、双目和多目摄像头。根据光波可分为红外和可见光摄像头。RGBD 深度相机是近几年兴起的新技术，即在 RGB 普通摄像头上添加一个深度测量功能。国外主要的摄像头供应商有 Apple（苹果）、Intel（英特尔）、Microsoft （微软）、德国 PMD、Stereolabs，中国主要厂商有奥比中光、关东辰美、舜宇光学、联创电子，中国台湾大立光和玉晶光电等公司等。

光学器件是硬件产品中负责呈像的关键部件，主要代表厂商有美国的 Digilens、以色列的 Lumus 等，国内有水晶光电、耐德佳、苏大维格、灵犀微光、理鑫光学、珑景光电、道明光学、歌儿声学、舜宇光学等企业。

微投影器件是光学式产品的核心，承担了将虚拟物体叠加到真实环境显示的功能，在 XR 头盔、车载 HUD 等方面具有极大的应用价值。国外主要厂商有 Magic Leap、Apple、TI （德州仪器）、3M、Avegant、Micron（美光）等，中国厂商主要有水晶光电、长江力伟等、Himax（中国台湾奇景光电）。

触觉主要指人体表面的神经末梢感受到的温度、软硬度、纹理或压力等信息。目前对触觉的研究非常有限，在 AR 系统中主要是通过触觉和力觉传感器来实现。迄今为止，触觉传感材料、触觉信息获取、触觉图像识别等都已成为国内外科研团队的研究热点，很多新型的触觉传感器及触觉信号处理方法被研制出来。2017 年，美国卡耐基-梅隆大学研发出一款结合视觉和触觉的新一代工业机器人“Baxter”，能够实现抓取动作，例如剥香蕉皮等。 2018 年 4 月，德国哈索·普拉特纳研究所（HPI）人机交互实验室研究人员通过 HoloLens 展示了一套适用于头显的可穿戴触觉技术的解决方案，该方案是通过使用电肌肉刺激设备（EMS）来完成的，设备小巧轻便，便于携带。该系统目前处于原型阶段，可在 GitHub 网站上体验。

传感器相当于 AR 的五官，是实现人机交互的核心部件。目前各巨头在加紧发展终端设备的同时，也积极布局传感技术，例如 Microsoft 公司掌握了深度传感器 Kinect；Apple 公司收购了深度传感器 Prime Sense，并且在软件上收购了 FaceShift 和 Metaio，可配合 Prime Sense 进行传感技术深度布局；索尼收购了比利时传感器技术公司 Softkineticystems SA，拥有全世界最小带精细化手势识别功能的 3D 深度摄像头；Google 公司收购了 Lume dyne Technologies，掌握了光学加速度计、惯性传感器等传感技术，此外谷歌的无人驾驶系统整合了声呐系统和雷达系统，将传感器应用发挥到了极致，此外，还有 Magic Leap、 TI、STMicro、InvenSense 等。国内厂商有数码视讯、奥飞娱乐等。

AI 芯片: 通信行业的根基

XR 的实现涉及大量的计算，为避免眩晕和实现实时显示，其对计算过程时间有较高要求（一般不超过 20 ms）。传统的 CPU 芯片无法放入大量的计算核心以实现大规模的并行计算，且性能不足以支持 AR 操作的流畅执行。因此，XR 需要专门的人工智能（artificial intelligence， AI）芯片。AI 芯片是整个通信行业的根基，性能更强、能耗更低、体积更小一直是 AI 芯片的努力方向。

在 AI 芯片领域，国外芯片巨头（前 3 名为 NVIDIA，Intel 和 NXP、英特尔和恩智浦）占据了大部分市场份额。而华为公司成中国大陆地区最强芯片厂商，国内代表厂商还有联发科、瑞芯微、寒武纪、地平线等。

从技术架构来看，AI 芯片分为通用性芯片（GPU）、半定制化芯片（FPGA）、全定制化芯片（ASIC）和类脑芯片 4 大类。

（1）GPU 是单指令、多数据处理，主要处理图像领域的运算加速。但 GPU 无法单独工作，必须由CPU 进行控制调用才能工作。结合 CPU 和 GPU 各自的优势，有一种解决方案就是异构。GPU 芯片的代表企业是 NVIDIA（英伟达），占全球 AI 芯片 50%以上市场份额，旗下产品线遍布自动驾驶汽车、高性能计算、机器人、医疗保健、云计算、游戏视频等众多领域。

（2）FPGA 用于多指令，单数据流的分析，常用于云端。FPGA 是用硬件实现软件算法，因此在实现复杂算法方面有一定的难度，价格较高。代表企业是三星、深鉴科技（被赛灵思收购）。

（3）ASIC 是为实现特定要求而定制的专用 AI 芯片。除不能扩展外，在功耗、可靠性、体积方面都有优势，尤其在高性能、低功耗的移动端优点明显。Google 在 2016 年宣布独立开发一种为机器学习应用而设计的专用芯片 TPU。

（4）类脑芯片是一种模拟人脑的新型芯片编程架构，可模拟人脑功能进行感知、行为和思考。目前该类芯片实现难度大，处于早期研发阶段。

3D Sensing（摄像头模组+传感器模组）：XR 功能的技术核心

3D Sensing 是 XR 功能的技术核心，市场主流的硬件产品都需要搭载 3DSensing。3D Sensing 是由多个摄像头+深度传感器组成的，在色彩、分辨率、观测距离、抗干扰及夜视等方面优于 2D 摄像头，还可实时采集物体三维位置及尺寸信息。目前市场上有 3 种主流方案，按成熟度从高到低依次为：结构光、飞行时间（time of flight，TOF）和双目成像。结构光是通过激光的折射及算法计算出物体的位置和深度信息，进而复原整个三维空间。目前该方案的发展相对最成熟，已大量应用工业 3D 视觉领域。TOF 是一种光雷达系统，可从发射极向对象发射光脉冲，接收器则可通过计算光脉冲从发射器到对象、再返回到接收器的运行时间来确定被测量对象的距离。TOF 方案已出现在 Google 的 Project Tango 方案中。双目成像是使用两个或两个以上的摄像头同时采集图像，通过比对这些不同摄像头在同一时刻获得的图像差别，使用算法来计算深度信息。由于算法开发难度高，双目成像多应用在不考虑功耗的机器人、自动驾驶等新兴领域。TOF 方案与结构光方案使用便捷、成本较低，更具前景，尤其是 TOF 方案更加适合消费电子产品后置远距离摄像，可应用于 AR、体感交互等方面。结构光方案在精度方面超越了另外 2 种方案，更加适合消费电子产品前置近距离摄像，非常适合智能终端，可应用于人脸识别、手势识别等方面。

3. 虚拟显示技术日渐成熟，痛点逐个击破，用户体验升级

3.1. 虚拟显示核心技术持续攻坚, 有望取得重大突破

1.近眼显示：Micro-OLED 与衍射光波导成为重点探索方向。

2.渲染计算：云渲染、人工智能与注视点技术进一步优化渲染质量与效率间的平衡。

3.感知交互：内向外追踪技术已全面成熟，手势追踪、眼动追踪、沉浸声场等技术使能自然化、情景化与智能化的技术发展方向。

4.网络传输：云 VR 将逻辑计算与实时渲染放在云端，并通过 5G 网络与终端之间实现画面传输，为用户带来良好体验的同时，也降低了对终端的性能要求。

3.2. 近眼显示技术价值量可观：微显示+光学占 VR 价值量 50%，AR 70%

近眼显示技术突破：改善生理体验，眩晕感、佩戴过重、视角度窄问题取得重大突破

用户痛点：头显尺寸过重，佩戴不够轻便

屏幕：Micro OLED 实现更薄、更小、耗电更少的显示器，从而更适用于头戴式设备。

用户痛点：可视角度（Field Of View， FOV ）窄

光学：衍射光波导通过光栅调整，实现扩瞳，提高 FOV。

用户痛点：辐辏调节冲突（ Vergence Accommodation Conflict, VAC）引发眩晕感

可变焦显示成为当前解决的重要技术，VAC 是晕动症的众多诱发因素之一，容易造成用户产生恶心、头晕、眼睛疲劳等问。

3.3. 近眼显示技术-微显示：轻薄短小的 Micro-OLED 成为终端的主流技术选择

3.3.1. Micro-OLED 以单晶硅芯片为基底，增加可靠性，实现轻量化

已具备量产能力的 Micro OLED，已成为现阶段 VR 头显厂商设计高端 VR 设备时的首选显示技术。市面上的多数 VR 产品都采用 LCD 显示面板，VR 头显设备都略显笨重。

Micro OLED 显示器以单晶硅芯片为基底，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, 其区别于常规利用非晶硅、微晶硅或低温多晶硅薄膜晶体管为背板的 AMOLED 器件。单晶硅芯片采用现有成熟的集成电路 CMOS 工艺，不但实现了显示屏像素的有源寻址矩阵，还在硅芯片上实现了如 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。

Micro-OLED 优点：与传统的 AMOLED 显示技术相比，Micro OLED 有以下突出特点：

1) 基底芯片采用成熟的集成电路工艺，可通过集成电路代工厂制造，制造良率更是大大高于目前主流的 LTPS 技术。

2)采用单晶硅，迁移率高、性能稳定，寿命高于 AMOLED 显示器。

3)200mm×200mm 的 OLED 蒸镀封装设备就可满足制造要求(与 8 英寸晶圆尺寸兼容)，而不像 AMOLED 需要追求高世代产线。

4) OLED 微显示器体积小，非常便于携带，并且其依借小身材提供的近眼显示效果可以与大尺寸 AMOLED 显示器相媲美。

优点：与其他微显示技术相比，Micro OLED 亦具有不少优点：

1 ) 低功耗，比 LCD 功耗小 20%，电池重量可以更轻。

2) 工作温度宽，LCD 不能在极端温度如 0℃下工作，必须额外加热元件，而在高温下又必须使用冷却系统，所有这些解决方案都会增加整个显示器的重量、体积和功耗。而 OLED 为全固态器件，不需要加热和冷却就可以工作在-46℃~+70℃的温度范围内。

3 ) 高对比度，LCD 使用内置背光源，其对比度为 60:1，而 OLED 微显示器的对比度可以达到 10,000:1。

4) 响应速度快，OLED 像素更新所需时间小于 1μs，而 LCD 的更新时间通常为 10~15ms，相差了 1,000 到 1,500 倍，OLED 的显示画面更流畅从而减小视疲劳。

下表列出了不同微显示的性能比较，可以看出 Micro OLED (OLED on Silicon)在性能上有较为明显的优势，其中亮度、综合发光利用率、对比度、色彩能力、像素点距性能都非常优秀。

从未来市场角度来看：2021 年全球 Micro OLED 在中国产商推波助澜下开始放量，预计 2021-2027 年出货量实现 CAGR 65.21% 的增长。

3.3.2. Micro-OLED 工艺制程：CMOS 技术与 OLED 技术的紧密结合

Micro OLED 是 CMOS 技术与 OLED 技术的紧密结合，是无机半导体材料与有机半导体材料的高度融合。CMOS 技术主要使用光刻工艺、CMP 工艺等，湿法制成较多，而 OLED 技术则主要采用真空蒸镀技术工艺，以干法制程为主。两者皆专业且复杂，将两者集成于同一器件之中，对于工艺技术要求非常严苛。

Micro OLED 器件制造主要通过以下四个步骤实现：

1)硅基 IC 设计与制造：主要涉及集成电路的设计和制造，分别由 IC 设计团队和 foundry 厂完成；

2）OLED 制程：主要包括 OLED 微腔顶发射技术，阳极材料技术，全彩化技术等；

3）OLED 封装制程：包括薄膜封装，玻璃 cover 贴合封装等；

4）显示驱动与系统：与第一部分设计制造紧密相连。

硅基 OLED 微显示器传统制程。a 为器件结构截面示意图，b 是制造流程。其中流程 1~7 为大片制造。从流程 8 切割后，即为 dice 制造流程。流程 1 为硅基芯片的制造过程，由集成电路晶圆代工厂按照客户的设计和要求进行生产制造；流程 2~7 为 OLED 的制造流程，在 OLED 工艺代工厂制作完成。其中，流程 2 和 3 为像素阳极的制备过程，包括阳极材料的成膜及其图案化，涉及较多湿法制程。在传统的硅基 OLED 微显示器制造工艺中，该制程由 OLED 工厂来制作完成；流程 8~9 由集成电路芯片封装厂完成；流程 10 为模组与系统开发，将硅基 OLED 制作成微显示器模组供用户使用。

Micro OLED 制造设备涉及微电子和光电子制造设备。其中阳极制造需要金属溅射成膜设备，阳极图案化则涉及晶圆清洗设备、光刻胶涂覆设备、曝光设备、显影去胶设备、烘烤等设备，这些均属半导体设备。OLED 制程段则需要 OLED 蒸镀设备、薄膜封装设备以及玻璃贴合封装设备等，这些设备集成为一套系统，在一系列真空和惰性气体气氛内完成。

3.3.3. Micro-OLED 器件结构：驱动背板+OLED 显示前端组成

器件结构: Micro OLED 显示器件以单晶硅作为衬底，在单晶硅衬底上采用标准的 CMOS 工艺制作显示驱动电路，以提供 OLED 显示所需的像素驱动部分、行列驱动部分以及其它所需的 DAC 转换等功能电路。在单晶硅衬底上接着制作 OLED 发光单元，由于硅片衬底不透明，需要制作顶发射 OLED 器件。首先在衬底上，制作高反射率的金属作为阳极，阳极电极具有较高的反射率可以实现较高的出光效率。接着制作空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层等有机半导体层，形成 OLED 主体发光单元。最后，为了实现光从顶部出射，需要制作半透明的金属层作为阴极。由于ＯLED 器件怕水氧等破坏，在阴极上需要制作薄膜封装层，用于阻隔水氧，在封装层上，进一步贴合玻璃进行器件强度保护。

驱动芯片架构：驱动芯片采用 0.18μｍ的 CMOS 工艺设计，驱动背板包括像素电路、行列驱动、DAC、I2C、数据处理、电源模块、温度检测等功能模块。芯片采用数字接口，针对高分辨率的应用要求，利用数据采样与比较完成数据传输，驱动芯片像素采用电压型驱动方式。由于 OLED 器件在不同的温度条件下，器件亮度变化较大，因此在芯片中集成了温度传感模块，可以实时监测芯片工作温度，实现芯片在高低温下精确调节电压输出，来调节器件的显示亮度，保持器件显示的稳定和一致。硅基 OLED 器件包括控制电路芯片部分和显示驱动芯片部分，为了方便用户使用芯片，在驱动芯片中集成了三路电源模块，包括正压 DC-DC 模块、负压 DC-DC 模块和 LDO 模块。这三路电源模块，可分别实现给像素整列、OLED 显示的公共阴极和芯片中的控制电路供电。

3.3.4. Micro-OLED 公司：我国视涯科技、京东方、梦显电子从事研发和中试

目前全球从事硅基 OLED 研发生产的厂商不多,其中美国 eMagin 公司和法国 MicroOLED 公司的产品主要应用于军事领域,能成熟量产的 Micro-OLED 供应商只有索尼公司,在全球市场处于垄断地位。

我国硅基 OLED 产业化尚处于初级阶段。我国合肥视涯科技、京东方、昆山梦显电子等公司正在从事硅基 OLED 研发和中试,其中京东方在 2019 年实现了 8 英寸硅基 OLED 生产线的量产,合肥视涯科技于 2019 年 11 月竣工投产 12 英寸硅基 OLED 显示项目,昆山梦显电子正在建设一条 8 英寸硅基 OLED 生产线。目前国内硅基 OLED 的低温彩色滤光片工艺、薄膜封装工艺、硅基数字化驱动技术、核心装备等高性能微显技术和大规模量产技术等均处于初期阶段。

3.4. 近眼显示技术-光学：衍射光波导实现二维扩瞳，提高可视角度，实现轻量化

在光学领域，作为下一代人机交互平台，虚拟显示呼唤以人为中心的光学架构，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。现有的光学技术包括：棱镜、自由曲面、Pancake、BirdBath、光波导等。

光波导：可以用来减轻头戴式设备的重量，在 AR 领域的技术发展前景明确

工作原理：波导代表了光学技术的一种新形式，在形状尺寸，清晰度和重影方面提供了显著的优势，但技术仍然处于开发阶段。显示源通常使用 LCOS(硅基液晶）或 DLP 显示器。 LCOS 和 DLP 都通过衍射光栅发射准直光线。该衍射光栅可以重新导向光线，并最终形成扩大的图像，然后再将其投射到眼内。

应用：采用波导的头显主要包括：微软 HoloLens，Maigc Leap One，DAQRI。

硬件组件：衍射波导光学元件包括多层结构，每种颜色都有一层。由于在纳米级别难以对齐衍射 RGB 层，所以在制造中存在非常的废品率。Lumus 专有的反射波导避免了多层生产工艺，令生产过程变得更加轻松。LCOS 通常用作显示源，因为它非常紧凑并且提供准直光（波导技术的一项要求）。

视场：与其他显示器相比，这种光学设计的视场非常小。在今天，40 度视场是标准，而厂商正努力在不损害质量的情况下实现 50 度视场。

图像质量：波导显示器的亮度在所有光学设计中排名第一，而且没有重影现象。今天大部分的显示器都是 720P，但这种情况将很快发生改变。在 CES 2018 大会上，Lumus 的显示器已经支持 1080P 和 40 度视场。

形状尺寸：这项技术正越来越接近于眼镜形态，但 AR 头显需要搭载其他元件：显示源，摄像头和 IMU，所以我们在近期内无法实现太阳眼镜般的外形尺寸。

透镜透明度：不需要着色。如 DAQRI 头显所示，透镜非常清晰，可供室内使用。

分类：几何和衍射光波导。

几何光波导短期难以商用。采用传统光学冷加工技术，连续多层半透半反镜面阵列镀膜、贴合、切割等复杂多步工艺对产品良率提升提出较大挑战，量产成本难以降低。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。

衍射光波导理论上具有较高的可加工性，成本可控，批量生产难度显著低于阵列光波导，依循光学元件从毫米级到微纳级、从立体转向平面的技术趋势，采用平面的衍射光栅取代传统的光学结构。衍射光波导利用经过两次两个方向的扩瞳光栅或二维光栅以实现二维扩瞳，从而给以人为中心的光学设计与用户体验优化留有更大的容差空间。

衍射光波导分类：表面浮雕光栅波导（Surface Relief Grating，SRG）及基于全息干涉技术制造的全息体光栅波导（Volumetric Holographic Grating，VHG）。

3.4.1. 衍射光波导分类 1：表面浮雕光栅量产达到较好均一性能，但成本较高

表面浮雕光栅（Surface Relief Grating，SRG）作为一种衍射光学器件，利用了光栅的衍射性质，可以实现投射或者反射光栅，实现波导上光线耦合入耦合出的功能，这样通过 DOE 器件实现耦合的波导微衍射波导。

原理：表面浮雕光栅波导方案中通过使用亚波长尺度的表面浮雕光栅（Surface Relief Grating，SRG）代替传统的折反射元件（Refractive Optical Element，ROE）作为光波导中耦入、耦出和扩展区域的光学元件，从而实现对光束的调制。表面浮雕光栅指的是在表面产生的周期性变化结构，即在表面形成的各种具有周期性的凹槽。根据凹槽的轮廓、形状和倾角等结构参数的不同，常用的表面浮雕光栅可以分为一维光栅与二维光栅。一维光栅根据剖面形状划分为矩形光栅、梯形光栅、闪耀光栅和倾斜光栅等，二维光栅常用的结构有六边形分布的柱状光栅。

表面浮雕光栅对光束进行调制时，光束的传输严格遵循光的衍射方程，其衍射方向与入射光的波长和入射角、光栅周期以及介质的材料等参数有关。通常采用严格耦合波法设计表面浮雕光栅，通过设计优化光栅的结构参数可以在理论上获得极高的衍射效率，从而提高成像质量。

3.4.2. 衍射光波导分类 2：体全息光栅具有更好的成像效果，未来前景可期

除了浮雕光栅作为博导耦合器件之外，还有一种方案使使用全息光学元件作为博导耦合器件（Holographic Optical Element HOE)，也称为体全息光栅(Volume Holographic Grating， VHG)。VHG 与 SRG 在材料、制造两方面完全不同，但核心原理都是利用了光栅的衍射性质，将光束衍射进入波导传输。

原理：体全息光栅波导方案采用体全息光栅（Volume Holographic Grating，VHG）作为衍射光波导中的耦入耦出元件。通过双光束全息曝光技术在介质中形成干涉条纹，从而可以获得折射率周期性变化的光栅结构。当介质的厚度远大于光波长时这种结构称为体全息光栅，在不同的应用场合，体全息光栅可以分为单层、多层、振幅型、位相型以及透射式与反射式等。

体全息光栅在理论上具有更好的成像效果，但是相对于表面浮雕光栅具有更高的衍射效率，它对入射光的波长与衍射角要求更高。它与表面浮雕光栅一样可以使用严格耦合波法计算不同结构的光栅对应的各级衍射效率，同时通过调节并优化光栅的周期等参数可以改变衍射效率，进而提高光学系统的成像质量。理论上在满足布拉格条件的情况下，体全息光栅的衍射效率可以达到 100%。

3.5. 近眼现实技术-可变焦显示为解决辐辏调节冲突的关键

VAC 是晕动症的众多诱发因素之一，容易造成用户产生恶心、头晕、眼睛疲劳等问题，且一直是 AR/VR 显示领域的未解难题。

可变焦显示成为当前解决辐辏调节冲突（ Vergence Accommodation Conflict, VAC）的重要技术。继 2018 年脸书发布基于可变焦显示的第一代原型机 Half Dome 后，于 2020 年开始了第三代原型机实验室外场景环境下的集成验证，Half Dome 3 通过电子变焦取代了此前的移动式机械变焦，极大程度的优化了头显体积重量与系统可靠性，有望开启可变焦显示技术产业化的量产之路。

全息显示通过全息方式显示多个焦面，可作为未来解决辐辏调节冲突的技术路径。目前，由于光相位调制器（SLM）价格昂贵、全息图生成算法尚不完善、所须计算量大且难以实时完成等因素致使该技术短期内难以推广应用。

3.6. 渲染计算技术：云渲染、人工智能与注视点技术显著提升用户沉浸度

虚拟显示渲染负载与 MTP 时延须提升十倍量级才可达到初级沉浸的入门体验。不同于影视工业中离线渲染技术对视觉保真度的极致追求，实时渲染主要用于无预定脚本的游戏等强交互应用，为保证渲染速度而在一定程度上对渲染画质做出权衡妥协。虚拟显示渲染领域的主要技术挑战在于面向传统游戏的上述权衡范式难以直接套用于虚拟显示应用，表现为相比游戏画面的主流渲染要求（如 FHD 分辨率所须每秒渲染六千万像素且不高于 150 毫秒的用户交互时延）。

在智能云控与以人为本的创新架构下，云渲染、人工智能与注视点技术触发虚拟显示渲染计算 2.0 开启。在跨越了沉浸体验的初始门槛后，渲染质量与效率间的平衡优化成为时下驱动虚拟显示渲染技术新一轮发展的核心动因，即用户需求的持续进阶放大了渲染画质、速度、成本、带宽等多目标规划的求解难度。

用户痛点：沉浸式体验需求难以达到：

云渲染、人工智能与注视点技术触发虚拟现实渲染计算 2.0 开启。

1）云渲染聚焦云网边端的协同渲染，将虚拟显示交互应用所须的渲染能力导入云端，有助于降低终端配置成本，帮助用户在移动头显平台获得媲美高价 PC 级的渲染质量。

2）基于眼球追踪的注视点渲染技术，帮助实现用户体验分辨率不因渲染算力+显示像素数减少而降低，注视点渲染技术入选业界标配，基于眼球追踪的注视点渲染与注视点光学成为热点技术架构。

3）人工智能为虚拟显示渲染质量与效能的倍增器与调和剂。人工智能加速高性能降噪处理，从而减少高保真图像渲染时间，针对多样化的应用场景与网络环境，人工智能有望成为渲染配置自优化的重要探索。

硬件需求：AI 芯片、CPU、GPU、MEMS 等助力渲染技术发展。

注视点技术入选业界标配，基于眼球追踪的注视点渲染与注视点光学成为热点技术架构。注视点渲染与注视点光学日益成为支撑上述目标的焦点性技术架构，业界对此积极布局，且两者具备潜在的结合空间。通过梳理各类注视点技术与相关量产终端可知，基于眼球追踪的可变注视点渲染与注视点光学已成为时下技术产业化的主攻方向，且后者对渲染算力及显示像素数要求较低。

3.7. 感知交互技术：眼动手势追踪、沉浸声场、环境理解等进一步提升沉浸感

用户痛点：沉浸式体验需求难以达到：

1）沉浸声场（听音辨位、空间混响、通感移觉）技术给予用户 “ 眼见为虚，耳听为实 ” 的沉浸体验，“ 风随柳转声皆绿 ” 的通感表达成为了虚拟显示视听关联性发展的特色方向。

2）Inside-out 技术全面成熟，追踪定位技术进一步提升，将呈现集视觉相机、IMU 惯性器件、深度相机、事件相机等多传感融合的发展趋势。

3）“ 手势追踪+ ”技术将成为虚拟显示输入交互新模式，裸手带来更加的沉浸式体验，同时消减了用户对交互外设的配置操作与购买成本，无须考虑充电配对问题，且手势信息等身态语增强了虚拟显示体验的社交表现力，赋予了内容开发者更大的创作空间。

4）眼动追踪技术使用户能够仅依靠眼神交流进行很多简单操纵，其利用图像采集设备获取人类眼球的运动信息，从而实现一系列的模拟、操纵功能。

5）环境理解与 3D 重建提升交互和感知，三维重建就是根据单视图或者多视图的图像重建三维信息的过程，也就是相机的逆操作。

3.7.1. 眼动追踪技术成为虚拟显示终端的新标配

眼动追踪方式：瞳孔——角膜反射法是当下普遍使用的眼动跟踪方法：确定人眼凝视位置和人眼相较头部运动的过程被称为眼动追踪，用于测量凝视点位置和眼睛运动的工具被称为眼动仪。众多的眼球运动测量方法可以大致地划分为干扰式和非干扰式。眼动研究的早期阶段一般使用的是眼电图法、接触镜法以及电磁圈法等干扰式眼动追踪法。而随着图像采集与图像处理等技术的发展，不直接接触眼睛的非干扰式眼动追踪方法应运而生，主要包含巩膜一虹膜边缘法、角膜反射法、双普耳钦像法、瞳孔一角膜反射法等。

瞳孔——角膜反射法具有误差小，干扰小，准确性高的特点。固定相机对人眼进行拍摄，与此同时利用红外光源射向眼球，在获取到的眼部图像中会存在由红外光在角膜表面反射产生的亮斑，被称为普耳钦斑，再通过对眼部图像进行实时处理，可以得到瞳孔中心和普耳钦斑中心，结合两者则可以获得瞳孔一光斑向量，即视线向量坐标，使用它可以来对屏幕凝视点进行映射。

眼动追踪成为虚拟显示终端的新标配。早期终端（如 HTC Vive、Hololens V1、Meta 2 等）以 6DoF 头动追踪技术作为眼动追踪的近似替代，在达成沉浸体验门槛后，日益进阶的用户需求开始对眼动追踪提出了更高要求。眼动追踪主要涵盖注视点追踪、瞳孔位置尺寸追踪、眼睑数据采集、生物识别等，得益于该领域在融合创新与以人为中心研发思路上的技术潜力，眼动追踪日渐成为 VR/AR 终端的新标配，且应用场景趋于多元。例如，注视点追踪可用于眼控交互、可变注视点渲染与注视点光学、FOV 一致性补偿、可变焦显示系统中的辐辏调节冲突控制等任务场景。眼动追踪技术主要分为基于特征与基于图像的发展路径。两种方案均须红外摄像头与 LED 完成，前者通过光线在角膜外表面上普尔钦斑（Purkinje image）反射以推算瞳孔位置，已成为 SMI（苹果 2017 年收购 SensoMetoric Instruments 公司，专注开发眼球追踪硬件，并为虚拟显示设备开发了眼动跟踪技术。 EyeFluence（谷歌）、Hololens V2、Magic Leap One、七鑫易维、Tobii 等代表性产品的技术方案。当前，眼动追踪技术发展的难点与焦点在于眼动算法如何基于所采集的原始眼动行为来 “ 透视 ” 用户意图。此外，除追踪精度指标外，用户个体与环境差异（眼球角膜、佩戴眼镜、周围光线等）对系统通用性提出了更高要求。时下多数眼动追踪系统须先行完成用户标定校准后方可使用，业界积极尝试在现有眼动系统架构中更多引入深度神经网络等人工智能算法，以期精简用户使用流程，并增强系统通用性。

4. 市场步入高速增长期，政策频吹春风、应用百花齐放、5G+云 VR 提供发展保障

4.1. 全球终端出货量与市场规模步入高速发展期，AR 与一体式成为首要增长点

虚拟显示终端出货量稳步增长，AR 与一体式增速显著，不同终端形态间的融通性增强。受新冠疫情及宏观经济形势影响，据 IDC 统计 2020 年全球虚拟显示终端出货量约为 630 万台，VR、AR 终端出货量占比分别 90%、10%，预计 2024 年终端出货量超 7500 万台，其中 AR 占比升至 55%，2020-2024 五年期间虚拟显示出货量增速约为 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显示终端的发展推广，2021 年有望成为虚拟显示终端规模上量、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 手机伴侣、Pico Neo 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预算与渲染算力，跨终端形态的使用融通性显著提高，一体式终端出货量份额预计将从 2020 年 51%进一步升至 2024 年 64%。

全球虚拟显示市场规模接近千亿，AR 与内容应用成为首要增长点。据 IDC 等机构统计， 2020 年全球虚拟显示市场规模约为 900 亿元人民币，其中 VR 市场 620 亿元，AR 市场 280 亿元。预计 2020- 2024 五年期间全球虚拟显示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。

4.2. 中国有望成为市场主宰，在 AR 市场优势显著

长期来看，中国在未来可能会成为虚拟显示市场的主宰。根据 Digi-Capital 称，美国去年 AR/VR 收入超过中国，但从长远来看，中国市场前景广阔。IDC 预计，2021 年，中国的 AR/VR 支出规模将占到全球 56%。

从 AR 市场来看，中国可能赢得 AR 市场。AR 的长期动态可能更像移动行业，数十亿的安装量是基于移动 AR。如果苹果公司推出 AR 智能手机和智能眼镜，那么这个市场的设备数量可能会在 5 年内从几十万增长到几千万。新的用例和商业案例也在爆发。这就是中国的优势。

同时，与全球其他地区市场明显不同，中国市场 AR/VR 头显在 B 端的出货占比明显高于 C 端。K12、高教、职教以及各类培训场景中，VR 头显和解决方案已经在发挥不可替代的作用：丰富教学手段，弥补场景缺失，规避不可控风险。各大厂商深耕教育市场脚步加快，制造业、医疗等垂直行业的应用也受到 5G 商用助力。2021 年，AR/VR 在细分垂直行业将快速渗透，预计落地 B 端的硬件头显将占到 70%以上。

4.3. 政策频吹春风，国家部委及地方政府积极推动产业发展

虚拟显示被列入“ 十三五 ” 信息化规划、互联网+等多项国家政策文件。国务院从十三五规划开始把虚拟显示视为构建现代信息技术和产业生态体系的重要新兴产业。比之 2016 年产业元年的概念热潮，此轮政策聚焦终端设备规模上量、优质内容制作聚合、行业应用落地实践、云控网联平台支撑推广、融合创新中心建设运营等更加切实的产业问题。

4.4. 创新应用百花齐放，开启互动视频、无界办公、智慧教育、沉浸会展等场景

在应用领域，消费者领域是虚拟显示的主要支出领域，其中电子游戏占比最高。

VR 应用目前发展更加成熟，应用领域更加广泛，AR 需要更多的技术储备和突破，未来将指数级发展，发展将会逐渐赶超 VR。

4.4.1. 虚拟显示+文娱休闲：游戏的市场占有率将持续领跑

虚拟显示有助于围绕信息技术融合创新应用，打造信息消费升级版，培育中高端消费领域新增长点。在文娱休闲领域，针对传统文娱体验互动性有限、社交性不足、体验形式单一等现状问题，虚拟显示支持融合型、分享型和沉浸型数字内容与服务。

游戏市场为虚拟显示最大市场，热门游戏销量破 400 万份。在 2020 至 2024 的 5 年预测期内，游戏的市场占有率将持续领跑。IDC 预测，到 2023 年，中国消费领域 VR 游戏、AR 游戏、VR 视频的总支出规模将达到 95.9 亿美元，而全球市场是 208 亿美元。热门游戏 Beat Saber，销量超过 400 万份，付费 DLC 的歌曲销量超过 4000 万份，预计营收达 1.8 亿美元。

4.4.2. 虚拟显示赋能工业价值链：智能化升级需求高涨，AR 占比更高

工业+虚拟显示实现工业产品设计-制造-测试-维护的智能化和一体化，指将虚拟显示应用于工业生产的需求分析、总体设计、工艺优化、生产制造、测试实验、使用维护等环节。

制造业智能化升级需求是工业和虚拟显示融合发展的根本驱动。虚拟显示技术体系逐步完善，推动工业+虚拟现实的快速发展。工业+虚拟现实的应用场景正在不断演进，主要包括产品设计、运维巡检、远程协作、操作培训和数字孪生等方面。

产业高速增长，AR 占比更高，类别均匀分布。预计 2023 年 AR/VR 工业领域市场规模将达到 33.6 亿美元，其中 AR 市场 28.5 亿美元。预计 2018-2023 年全球 AR/VR 工业领域应用市场规模将保持 83.5%的高速复合年均增长率，AR 占据主体地位且增速更为显著。从工业类别来看，当前 AR 工业应用中制造、建筑、汽车、能源占比较为平均，各为 18%左右。

当前，制造业智能化已经成为国家间抢占战略制高点、国内产业转型升级、经济发展的重要引擎。作为助力工业 4.0 发展的技术支柱之一，虚拟显示被应用于工业生产的需求分析、总体设计、工艺优化、生产制造、测试实验、使用维护等环节，实现工业产品设计-制造测试-维护的智能化和一体化。

4.4.3. 虚拟显示赋能智慧出行：汽车抬头 AR 导航开启未来驾驶新模式

平视显示器 HUD 是“直观驾驶”概念的一部分，是解决干扰驾驶员注意力的最佳解决方案之一。相关信息会投射到驾驶员视野范围内的挡风玻璃上，从而防止驾驶员的注意力离开道路，在自动驾驶时代也可作为车联网的显示载体。HUD 技术其他辅助驾驶功能包括车速、导航系统、道路方向、燃油指示、车辆之间距离、车辆警告信息和其他与司机相关信息。

AR-HUD 就是利用了 AR 的成像技术，在我们看到的真实世界中覆盖上数字图像，使得 HUD 投射出来的信息与真实的驾驶环境融为一体。

AR-HUD 原理: 如幻灯片投影，由一个模组提供光源（可以理解为一个投影仪），光源发出图像，通过反射镜反射到投影镜上，再由投影镜反射到挡风玻璃上，从而在挡风玻璃的前方产生一个虚像，在驾驶员的位置上，人眼能够观察到这个虚像。

AR-HUD 相较于传统 HUD 优势大：显示的范围更大，投影面积更大，投影距离更远，对比度/亮度更高，同时可以融合 ADAS 信息，投影显示的信息更加丰富、多彩,提升驾驶体验。

水晶光电正与多家整车厂合作开发 HUD，积极推动产品量产上市, 2021 年 3 月产品已通过红旗汽车的认证并小批量出货。

4.4.4. 虚拟显示+教育培训：教学模式由被动接受向自主，课堂体验升级

虚拟显示有助于提升教学质量与行业培训效果。在教育培训领域，针对传统教学过程中部分课程内容难于记忆、难于实践、难于理解等现状问题。

Edgar Dale 的“ 学习尖塔 ” 理论认为，学生对于学习情境的参与度越高，记忆就越牢固，借助体验习得的知识经验效率远高于传统教学培训方式（文字符号、录音广播、静态图片等）

虚拟显示可帮助学生提高参与度和知识留存率。传统的教学方式往往都是被动式学习，而增强现实、虚拟显示和游戏化能让学生通过图形模拟获得身临其境的感觉并交互，达到主动式、体验式学习效果。

VR 教学优点：

（1）更加沉浸式的教育；

（2）更具交互性的教育；

（3）更有想象力的教育。

4.4.5. 虚拟显示助力商贸会展、医疗健康、地产营销行业智慧化发展

虚拟显示+商贸会展：后疫情时代的未来会展新常态

2020 年新冠疫情对千行百业带来巨大冲击，生产停滞致使供应链断裂，供需双方亟待重新接续。在这一背景下，国家大力倡导 “ 云上会展 ” ，以 “ 云展示、云对接、云洽谈、云签约 ”实现远程多方协作，唤醒企业运营活力。

虚拟显示+医疗健康：传统医学手段的有效补充

虚拟显示医疗应用市场规模正逐年扩大，预计 2022 年将达到 17 亿美元。

虚拟显示的医疗领域应用设计手术模拟、技能培训、手术辅助、心理治疗等多个领域。

虚拟显示+地产营销：行业差异化竞争必由之路

在地产营销领域，针对线上看房难以直观清晰了解房屋全貌及诸多细节、远程看房缺乏实时互动体验等现状问题，依托虚拟显示技术，大众可获得房屋翔实的三维复刻体验，并根据用户偏好即时生成未来·家装效果预览，实现“线上身临其境有温度，线下未来之家可预见”。

4.4.6. 虚拟显示+元宇宙：创造独立于现实世界的虚拟数字第二世界

Metaverse 元宇宙旨在创造独立于现实世界的虚拟数字第二世界，使用户能以数字身份自由生活。其核心在于永续性、实时性、无准入限制（多终端）、经济功能（拥有自有闭环经济体）、可连接性（通过终端连接现实世界）、可创造性（PGC&UGC）。

游戏作为 Metaverse 的最佳载体，随 20 年疫情推动线上活动加剧，Metaverse 概念应用场景日渐丰富，如知名歌手 TravisScott 于《堡垒之夜》中举办虚拟演唱会，伯克利大学于《Minecraft》中举办毕业典礼等。国内游戏厂商积极推进 Metaverse 概念项目，如腾讯天美拟打造对标《头号玩家》次世代游戏，网易《蛋仔派对》及莉莉丝《末日余晖》注重社交元素，米哈游和瑞金医院合作投资脑科学研究等。

与元宇宙并行的数字孪生概念即针对物理实体在虚拟世界中 1:1 重建一个“数字孪生体”， 20 年腾讯云提出 CityBase 体现城市规模的数字孪生。腾讯首席执行官马化腾曾在《三观》提出腾讯将迈入全真互联网时代，发力全真互联网及数字孪生。

VR、AR、AI 作为 Metaverse 的技术基础将迎来高速增长期。随着 VR 产业链的逐步完善， VR 对行业的赋能会展现出强大的飞轮效应。初期将落实于以游戏为代表的娱乐板块，长期随进度成熟将应用于不限于 AEC（建筑、工程、施工）、制造、电信、基础设施和汽车的多元化产业。AI 行业作为 Metaverse 及虚拟显示的底层支持，在算法及画面等多个层面赋能产业发展。除腾讯外，其他厂商布局包括 Facebook 开启 VR 社交平台 horizon 与其硬件Oculus 达成协同效应，英伟达推出 Metaverse 概念创作平台 Ominiverse，国内有字节跳动投资“国产 Roblox”代码乾坤，国产 VR 眼镜厂商 pico 将于 5 月发布高品质新品。

4.5. 云 VR+5G 提供发展保障：云 VR 降低性能要求、5G 高带宽低时延提升体验

5G+云 VR,未来应用内容百花齐放可期:5G 时代，VR 应用是排名第一的 5G 应用场景，5G 大带宽，低延迟的特点能在 VR 应用中得到完整的体现；而云 VR，又是 5G 时代VR 应用场景落地的途径。在 5G 云 VR 场景中，运算可以向边缘、云端迁移，从而使得终端的设计变得更加简单与高性价比，从而推动 VR 走向主流；在运营商支持下，大量的潜在 VR 用户将极大的激发 VR 内容开发商的热情，VR 内容百花齐放或可期。

相比较 2G 向 3G 的迁移，3G 向 4G 的迁移主要是由技术驱；而 4G 向 5G 的迁移，更多是来自于场景化的驱动。而 VR 恰恰提供了一个 5G 落地的极佳应用场景。云 VR 作为 5G 时代 VR 应用场景落地，走向大普及的方式，势必将给人们的生活带来翻天复地的变化。

现存拥有成本高、内容不够丰富、移动性受限等用户痛点阻碍产业发展，5G+云 VR 结合解决现存难题。

用户痛点：延迟、网络传输慢等严重影响体验：

5G 大带宽，低延迟的特点能在 VR 应用中得到完整的体现。 5G 网络切片可根据不同业务场景对网络的需求提供特定的网络能力且相互隔离，以保证网络质量。

用户痛点：终端硬件拥有成本高，内容不够丰富，设备使用率低，移动性受限虚拟显示的云化（Cloud VR）：

1）降低硬件投资成本,云 VR 以云端虚拟机代替本地主机，在云端上实时运行任务，使 VR 游戏从本地高配置硬件中解放出来。

2）兼具轻量化和低成本化优势，便于商业推广；可实现终端无绳化以便于更多类型终端接入。

3）可实现多屏融合、多屏分享以及网络化多人互动 VR 等功能，大幅提升用户体验。

4.5.1. 云 VR 有望降低终端成本、助力头显轻量、无线化

虚拟显示的云化（Cloud VR）是将云计算、云渲染的理念及技术引入到 VR 业务应用中，借助高速稳定的网络，将云端的显示输出和声音输出等经过编码压缩后传输到用户的终端设备，实现 VR 业务内容上云、渲染上云。

云渲染降低了终端硬件性能要求，兼具轻量化和低成本化优势，便于商业推广；可实现终端无绳化以便于更多类型终端接入，同时还可实现多屏融合、多屏分享以及网络化多人互动 VR 等功能，大幅提升用户体验；可将产业中的 VR 内容聚合起来，变离线为在线，使内容快速分发到消费者和垂直行业，并有利于保护 VR 内容版权。

各厂商进场云 VR，运营商助力推进云 VR 渗透。从具体厂商来看，提供云 VR 解决方案的有：华为、视博云、兰亭数字等，其中视博云提供从平台底层所需的 VR 云、VR 流化、VR 终端时延优化、VR 同屏分享等基础技术，掌握云 VR 应用及云 VR 视频两大类，兰亭数字则提供的 CloudVR 技术服务包含了完整的“云” 架构，包含：运营层、能力层、终端侧；华为发布云5G Cloud VR服务，包含Cloud VR开发套件、华为云Cloud VR连接服务和Cloud VR 开发者社区，助力云 VR 开发。此外，运营商也不断参与云 VR 建设，拓展 5G 下业绩点。目前四大基础电信运营商全国云 VR 用户已超过 1000 万。

4.5.2. 相较于本地 VR，云 VR 成本低、轻量化，但体验指标受到更高的挑战

成本与性能是两个相互矛盾且影响本地 VR 发展的因素。

云 VR 大大降低了对头显设备的性能要求，有效降低头显设备成本，也将促进头显设备向轻量化发展，助力 VR 加速普及。云 VR 将内容存储及图像渲染迁移至云端，VR 头显设备只需具备解码、呈现及网络接入的能力。

云 VR 交互感与流畅性受网络影响，实现难度增大，挑战度高。

4.5.3. 大带宽、高可靠及低时延的 5G 网络是云 VR 良好体验的保障, 加速产业普及

清晰度、流畅性及交互感是影响 VR 体验的三大因素。云 VR 交互感与流畅性受网络影响，实现难度增大，挑战度高。在交互方面，云 VR 引入了编解码及传输时延，导致整体时延增加，要实现 MTP<20ms，挑战度高。在流畅性方面，网络传输会带来画面卡顿的风险，要有高可靠低时延的网络做保障，挑战度高。

5G 网络的高性能可以保证云 VR 的良好体验:

1)5G 网络切片可根据不同业务场景对网络的需求提供特定的网络能力且相互隔离，以保证网络质量。5G 网络可为云 VR 定制大带宽与低时延的网络，以保证云 VR 用户的良好体验。

2) 5G MEC 可根据云 VR 用户接入的位置进行边缘节点寻址，实现终端到边缘节点的路径最优，从而降低传输时延，以保证云 VR 用户的良好体验。

3) 5G 基于流的 QoS 机制，能为云 VR 用户提供更好的业务体验。

5G 网络的建设速度直接影响云 VR 的发展。在国家政策的大力推动下，工信部已在 2019 年 6 月发放了 5G 牌照，也意味着我国提前进入 5G 商用阶段。5G 网络建设速度之快为云 VR 的发展提供了保障。

相较于 PC VR，云 VR 终端成本至少降低 2000 元，有效降低了用户使用门槛，有利于 VR 的加速普及：