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科幻起点与现实终点,迎接虚拟现实的爆发元年!

高山居士   / 2016-04-18 11:52 发布

虚拟现实产业链解析之硬件输出设备
虚拟现实产业链硬件部分可以划分成三类。其中,前面的两类,即输出和输入设备,是比较典型的硬件设备。而第三类信息处理,则主要是元器件类。

而这三类硬件中,最受市场关注的无疑是最前面的输出设备。
根据前面的分析,输出设备主要就是头戴设备如头戴显示器、眼镜盒子、一体式头戴显示器等,是目前最主流的能够直接与用户沟通的虚拟现实显示设备。其原理是将小型二维显示器所产生的影响由光学系统放大,所发射的光线经过透镜让影响因折射产生类似远方的立体效果。可以说,现在科技巨头投入巨资做的虚拟现实设备,主要就是头戴设备,比较典型的是前面重点介绍过的Oculus Rift和三星的Gear VR这种。而根据机构预计,从2015年开始到2020年,未来几年时间,虚拟现实头戴设备的销量都将呈现出100%的高速复合增长率。到2020年,头戴设备的容量将达到28亿美元,较2015年3700万美元的增长空间高达7400%!
在头戴设备中,有几种主要形态,比如眼镜盒子,类似于谷歌之前的cardboard和暴风魔镜等。2014年6月,谷歌首先在1/0大会期间发布了cardboard,之后国内出现了大量的模仿产品,这类产品之前被称作智能眼镜,是智能穿戴设备中的一个分支。之后在虚拟现实开始爆发后,普遍被称为眼镜盒子。
这类设备不能通过内置的装置来输出,使用时需要外接设备,比如智能手机等。将手机塞入镜片后的托盘中,通过凸镜给两眼造成视差来实现伪3D效果体验,这种设备属于入门级产品,成本较低,其体验效果不好。其核心是位于手机中的3D内容资源及眼镜盒子中的光学镜片。除此之外,由于没有输入设备,所以眼镜盒子通常无法与用户实现交互功能。不过正因为这类产品是入门级产品,不需要复杂的电子元件及光学设计,所以成本低廉,厂家多、价格低、销量大且无壁垒。其中比较典型的产品就是上面提到的Cardboard和暴风魔镜,而前文里我们介绍暴风魔镜时已经提到,在暴风魔镜4之前的几款,售价只有区区99元!而暴风魔镜4尽管提价,售价也只有199元,远低于头戴显示器的售价。
当然,这类产品虽说是入门级的,但它的存在也有它的道理,对于早期培育虚拟现实市场,让用户快速了解虚拟现实并非形成初步体验有重要作用。
第二类则是加了显示屏的虚拟现实眼镜。比如三星的Gear VR。2014年9月,三星发布了Gear VR,这款产品在前文中也曾提到过,采用了三星Note 4的屏幕,Oculus的技术支持,体验过产品的人基本表示比Oculus Rift更好。从硬件构成上看,这种设备本身加入了显示屏主要作为消费者的视觉接收设备,而真正的内容输出平台和算法平台还是智能手机,不过这款设备和眼镜盒子相比,还内置了动作传感器,可以识别对用户旋转运动和平移运动的双重感知,因此这类设备未来有机会以更强的沉浸感吸引更多爱好者。
第三种则是外接PC端电脑的输出设备,这类设备最典型的产品就是Oculus Rift这种。2013年,Oculus Rift推出了开发者版本,在其官方网站出售,价格为300美元;到2016年初,Oculus Rift的消费者版正式发布。由于Oculus Rift的VR头显设备涉及到光学系统、仿真技术、人体工学、传感、人机交互运算等多种技术,需要配合电脑设备使用,而电脑是主要的VR内容运行和计算平台。所以在相当长的时期内,此类头盔式设备将是市场主流。头盔式显示设备的体验度较好,算法也更复杂,具备较高的技术壁垒。目前国内的参与方式较多,如Three Glasses,蚁视等。不过由于Oculus Rift不只是一个硬件,而是包含有软件开发工具包在内的一整套开发系统,目前多数的VR头显设备用的是Oculus的算法支持,短期内很难超越Oculus,也很难打造内容生态圈。未来,算法,生态的重要性将凸显。
除了这三个主要大类外,还有一体机VR头戴装置这种比较小众的产品。这类产品相当于把一部手机集成到头盔中,目前厂商较少,而且这类产品由于功耗、重量、运算和储存能力的原因,短期内得到大幅推广的可能性不大。这里就不展开分析了。

虚拟现实产业链解析之硬件输入设备
看完输出设备后,下一个要看的就是输入设备。
前文我们已经提到,虚拟现实的输入设备主要就是动作捕捉,手势识别,声音感知等体感类的硬件设备。这类设备的用途是来输入用户的动作数据,然后反馈给数据处理系统,用于互动体验或者是内容的制作,最终完成与虚拟世界的交互,是实现用户交互与沉浸感的主要配件。
在传统的IT硬件中,比如电脑中,输入设备有鼠标,键盘等。在二维屏幕交互中,几乎所有控制命令都可以抽象为按键和滑动动作。而对于虚拟现实输入设备来说,更重要的是实现自然交互,更真实的把人的动作体现到三维立体的内容空间,从而实现沉浸感更高,效率更高等。
以目前的发展状况来看,虚拟现实的输入设备主要包括几种:
其一,动作带入设备。即动作捕捉类装置,采集肢体动作进行交互,动作带入设备强调身体的沉浸感,主要靠采集肌体动作来进行虚拟现实交互,类似动作捕捉装置。代表性产品有Leap motion、Mimble sense、Prio vr、Control VR、Kinect、Omni,以及国内的诺亦腾和DEXMO。这类设备的实质就是要测量,跟踪,记录物体在三维空间中的运动轨迹。典型的动作捕捉设备主要由传感器、信号捕捉设备、数据传输设备和数据处理设备构成。
其二,动作控制设备。这个和传统的输入设备差不多,包括键盘、方向盘、操纵杆类设备。这种设备相比动作代入设备要简单很多,更注重功能性,主要靠动作跟踪和按键控制来进行交互。代表性的产品有Stem、Hydra、Wii、方向盘、体感枪等。
在虚拟现实的各种场景中,动作输入设备对空间沉浸感、稳定性、低延时、多方位反馈、兼容性等均具备较高的要求。从参与其中的厂商来看,由于本身是新兴产业,再加上设备类型比较多且设备技术含量和门槛比输出设备要低,因此目前参与设备的厂商也很多,属于混战状态。不过需要指出的是,现在一些头戴显示设备往往都自带了动作输入方案,形成输出+输入闭环是主流趋势。比如前文提到的Oculus Rift,Oculus Rift使用的输入方案Touch是一对半环状的VR输入设备,顶部配有一个摇杆、两个按键以及一个扳机、能实现双手360度的垂直和水平追踪。Oculus将自身已有的头部光学追踪方案应用到手部,成熟稳定;作为输入设备的过渡产品,Touch非常自然,对于内容制作方和Oculus自身来说最安全,够用,是非常合理的决策;从使用方式来说,大部分游戏用户对待VR输入设备的状态还是跟游戏柄、鼠标、键盘比,Touch比较务实、产品化、性能稳定、成本低廉;现阶段适用于家庭。除了Oculus,其他的输出设备也都是自带输入系统,比如Sony Project Horpheus的手柄和HTC Vive使用的Lighthouse等。


虚拟现实产业链解析之硬件信息处理
信息处理,是虚拟现实硬件设备的第三个重要部分,不过这部分通常被列为电子元器件来进行分析,因为其中的核心就是,芯片!
在前文我们提到虚拟现实爆发最大障碍是使用者的体验感,其中最主要的就是眩晕,这被认为是虚拟现实大规模普及的最大麻烦。而造成这个麻烦的关键在于各类延时,其中一类延时无疑是芯片处理速度造成的。
在虚拟世界里,与传统的视频图像处理技术不同,虚拟现实的视频图像处理是用于近似还原真实的世界,其对视频图像的渲染要求相当高。因此,虚拟现实对芯片的运算能力和图像处理能力自然就更高。而当所有的信息都以视频化的方式放大数倍呈现在用户面前时,数据的运算能力以及屏幕的刷新率就成为技术实现的主要瓶颈。
比如虚拟现实芯片要将你每秒接收到的信息数据处理,这些海量的数据又需要实时传输到输出现实设备然后反馈给使用者,要用户完全沉浸在虚拟现实的现实,就需要芯片来高速运算处理数据。
相比虚拟现实而言,增强现实的难度就更大。因为增强现实不仅要将虚拟现实世界的数据运算出来,还要同时叠加现实世界的数据,让两者融合。所以它需要的算法、数据库、应用等都要比虚拟现实高出一个级别。由此不难发现,芯片其实是虚拟现实和增强现实流畅运行的核心硬件!
我们都知道,在传统的PC时代,芯片的主要技术集中在英特尔手中,而到了智能手机时代,垄断者变成了高通。那么在虚拟现实的时代,会不会出现新一批重量级的芯片生产商呢?
我们先从目前的几个主要虚拟现实设备构成上来看。
首先是Oculus Rift,在它的显卡配置中,Oculus的团队选择了Noidia GIX970/AMD 290级别或者更高的显卡,这两款显卡都是NVIDIA和AMD各自厂商的高端产品。2015年9月,AMD首先分拆的图形芯片部门,重点瞄准了游戏和虚拟现实领域的机会。AMD推出了虚拟现实解决方案LIQUIDUR。该技术主要包括了数据锁定,异步着色引擎、多GPU异步渲染等新功能。2015年11月,NVIDIA发布了面向虚拟现实游戏开发人员及虚拟现实设计人员的两种虚拟现实开发工具,用以降低延时率,加快立体渲染性能,从而提升虚拟现实的沉浸体验。
此后,2015年12月,手机芯片的主导者高通发表了Snapdragon 820。该芯片是高通发布的首款定制涉及的64位四核CPU,内部集成了新一代GPU能够呈现从立体摄像机实时拍摄的高清晰视频,还能够识别图片和场景中超过1000种不同的类别,保证虚拟现实设备有身临其境体验继续进化。
除了这些国外的巨头外,国内的厂家中,最值得一提的无疑是全志科技(300458)和瑞芯微。2015年,瑞芯微联合ARM发布了旗下最新款芯片解决方案RM3288芯片、虚拟现实开发者可基于该芯片搭载ARM Mali T764 GPU,针对安卓系统中的所有2D游戏。无需对游戏图形渲染架构进行修改,用户在体验时只要调用3D游戏引起即可,达到了极好的虚拟现实使用体验。在此之后,腾讯已经开始与瑞芯微展开合作。
而全志科技作为虚拟现实芯片领域中目前最正宗的一家A股上市公司,其在虚拟现实领域的储备也比较久,欧米科技的首款虚拟现实一体机采用了全志科技的N8芯片方案。该芯片支持8核心并能够2.0GHZ同时高速运行!
总体来看,视频处理芯片在虚拟现实实用起到了关键作用,能虚拟现实设备运行的流畅性。国内的厂商中,除了这里提到的全志科技和瑞芯微在视频处理芯片领域中技术领先,华为也正在研发虚拟现实芯片,中颖电子(300327)则正在布局AMOLED的驱动芯片。

虚拟现实产业链解析之硬件关键元器件
那么除了芯片外,还有哪些关键的元器件呢?
第一个,当然要数解决虚拟现实设备眩晕问题的显示元器件部分的AMOLED,这个关键元器件在前文我们分析“虚拟现实设备无法普及的最大痛点”时已经率先提到过。
AMOLED是有源矩阵有机发光二极体面板,它是自然发光,不像LCD显示屏采用了背光源。AMOLED则更薄更轻,主动发光,且无视角问题,有高清晰、响应快等特点。可以说,AMOLED是虚拟现实极佳的显示屏,目前处于应用爆发的前夜。但同时,AMOLED属于重资产投资,所以一旦形成技术和产能规模,市场格局就不容易被打破。在前文里,我们已经提到目前AMOLED的全球产能中,三星在中小尺寸里遥遥领先,LGD、SONY紧随其后。国内的厂商在最近几年才开始进入大家视野,其中深天马(000050)的5.5代AMOLED生产线已经投产,即将批量供货。
第二个则是输入设备中的灵魂,也是虚拟现实人机交互的核心元器件,传感器!
虚拟现实强调用户的交互性,输入设备技术用户动作,因此离不开各类传感器。而和传统智能手机硬件相比,虚拟现实的传感器种类更多,包括视觉传感技术和体感识别技术、眼球追中技术、触觉反馈技术等等。这些传感器通过人体动作的最终,对周围位置环境感知,进而对用户形成动作反馈,最终完成用户在视觉、听觉、触觉、嗅觉的全部人体感知体验。
由于世界到的传感器种类众多,我们不一一展开,这里就以其中最重要的交互技术体感识别类的传感器为代表进行分析。人体动作是用户与设备之间交互的最基础信息输入方式,虚拟现实的输入设备通过捕捉人体工作的位置,识别人体动作的类型,从而对输入的信息进行处理,最终对用户反馈输出信息。要实现体感交互,首先需要位置传感器识别用户自身所处的环境,然后需要捕捉用户的动作来进行信息反馈。在此前的相关产品中,微软的Kinect、索尼的PS Move、任天堂的Vii,这些都是体感传感器的代表产品。这类产品的技术实现手段主要包括惯性感测、光学感测以及惯性和光学联合感测。以微软的Kinect为例,Kinect系统主要包括转动电机系统、音频采集系统和视频成像系统,通过CMOS红外传感器感知周围环境,形成环境景深图像,并通过相关指令完成对用户身体某一部位的简单3D模型采集。之后在模型匹配中完成对骨架追踪,从而识别用户所采取相关的交互动作。可以说,微软Kinect的体感识别交互方式中,摄像头是最重要的载体,结合视频图像算法可以实现良好的体感交互功能。很多虚拟现实产品都采用了摄像头作为体感识别的关键元器件。除此之外,还有位置传感技术,核心在于激光雷达系统,可以扫描用户身边的景象和场景。
可以说,芯片、AMOLED、传感器,是虚拟现实最重要的三个关键元器件。而比虚拟现实更复杂的增强现实,元器件上则多了让虚拟叠加在现实场景上的投影仪!


虚拟现实A股产业链全景图
在弄清楚整个虚拟现实的产业链之后,接下来就要把产业链和A股市场进行结合。
在2015年,国内VR领域投融资已经超过了10亿元,而在资本市场,VR概念股更是疯狂飙涨,在2015年的那一波牛市,“妖股”暴风影音一度飙至327.01元,这里面就有其VR产品暴风魔镜迅速更新迭代。
2月22日,“中国(南昌)虚拟现实VR产业基地全球发布与推介会”在江西南昌举行,拟在未来3-5年内打造“中国(南昌)虚拟现实VR产业基地”,剑指千亿产业;2月27日,福州推出VR产业基地,同样计划用三到五年时间,使基地生产规模达千亿级别。
而有数据统计显示,到目前为止A股市场中涉及到虚拟现实概念的上市公司已经超过70家,在这么多的上市公司中,除了少部分真正参与到整个虚拟现实产业链中外,其他多数都仅仅只是概念。在剔除掉了多数纯概念的虚拟现实上市公司后,根据虚拟现实和增强现实的产业链,我们统计出来了一批公司,是目前市场中相对正宗的虚拟现实概念股:


产业链分支
上市公司
概念关联

硬件-设备自营输出终端
暴风科技(300431)
暴风科技旗下的暴风魔镜是专门自营VR虚拟现实设备的,目前已推出暴风魔镜(1代、2代、3代)、小魔镜、魔眼、手工版魔镜等产品。

硬件-设备自营输出终端
乐视网(300104)
乐视网旗下拥有“超级头盔”的VR眼镜盒,据介绍,“超级头盔”能实现1000寸巨幕、15米的观影体验;瞳距毫米级调节,近视可调节,最大支持800度;乐视超级手机即插即用。

硬件-设备自营输出终端
奋达科技(002681)
参股奥图科技,预计将在本月发布VR设备,包括VR眼镜“炫视”和可录制360度全景视频的“360全景球”。

硬件-关键元器件-微投影
水晶光电(002273)
研制成功LCOS(硅基液晶)封装玻璃,LOCS为虚拟现实未来的显示技术选择之一。

硬件-关键元器件-微投影
利达光电(002189)
目前是暴风魔镜的主要供应商,已掌握了国际先进的透镜、棱镜、光学薄膜规模化制造技术。

硬件-关键元器件-微投影
长江通信(600345)
持有长江力伟34%股权,长江力伟主要从事硅基液晶(LCOS)微投影显示芯片的研发和生产。

硬件-关键元器件-显示屏
深天马A(000050)
深天马的3Dlens作为3D设备普及的核心零部件,其稳定的供货能力在当前时点具备较强的稀缺性。

硬件-关键元器件-显示屏
欧菲光(002456)
从事摄像头模组制造,给亿思达全息手机提供带眼球追踪能力的前置广角摄像头,眼球追踪为虚拟现实关键的自然交互技术之一。

硬件-关键元器件-显示屏
京东方A(000725)
着力可穿戴智能设备,同时一直对新型显示技术的不同技术方向进行跟踪与研究,在虚拟现实领域已有较好的技术积累,有助于随时切入虚拟现实领域。

硬件-关键元器件-芯片
全志科技(300458)
公司表示密切关注虚拟现实技术应用及市场发展情况,研究进入该领域的可行性。从事电子元器件、软件的研发及销售与系统集成业务。

硬件-关键元器件-光学镜头
歌尔声学(002241)
Oculus镜头两家供应商之一,歌尔声学参股歌松光学。

硬件-关键元器件-光学镜头
汉麻产业(002036)
推进重大资产置换事项,主业华丽转身,置入资产联创电子涉及光学镜头和触控显示两大消费电子领域。

应用
易尚展示(002751)
从事商业连锁终端集成服务,提供虚拟展示服务。

应用
岭南园林(002717)
全资子公司恒润科技与英国公司Holovis签订了《战略互助框架协议书》,双方就拓展国内外特种影院及主题项目业务等展开深入互助。Holovis系一家全球领先的感官体验创新及方案供应商。

应用
爱施德(002416)
旗下全资子公司北京瑞成汇达科技有限公司参股暴风魔镜。不仅如此,暴风魔镜还与爱施德合建线下体验店。

应用
凤凰传媒(601928)
收购厦门创壹,后者拥有多套成熟且广泛应用的虚拟现实系列产品,如创壹web3D虚拟现实平台、创壹虚拟教学培训系统、创壹虚拟数控机床培训系统、创壹虚拟桥吊实训系统、创壹虚拟现实展示系统等。

内容
奥飞动漫(002292)
近期以B轮领投方式对从事动作捕捉相关技术开发及应用的诺亦腾公司进行投资。双方将在多项业务方面共同进行拓展,包括眼下大热的内容与虚拟现实技术融合题材,合作开发领先行业的解决方案。

内容
华谊兄弟(300027)
今年4月,华谊兄弟旗下全资子公司就斥资2400万投资暴风魔镜,交易完成后,华谊持有暴风魔镜8%股权。

内容
顺网科技(300113)
与HTC于11月17日就虚拟现实资源互惠合作达成战略伙伴关系,未来将在Vive系列产品销售、游戏运营、泛娱乐等多个方面展开合作。

内容
川大智胜(002253)
2016年2月份,公司与奥飞动漫签署战略合作协议。共同研发用于智能硬件方面的图像识别,虚拟现实技术等应用产品,巩固和深化业务合作关系及为公司开拓新市场,创收增利,在动漫IP,智能硬件产品,儿童与家庭娱乐虚拟现实产品,软件应用开发等智能领域开展全方面的深度合作,双方合作开发全景互动虚拟现实内容,并向教育和科普领域推广。

交互系统
中科创达(300496)
公司为VR厂商们设计交互系统及相关技术,具有核心竞争力,与高通、微软、百度、中国电信等著名公司合作,与高通成立合资公司,技术实力强,题材具有稀缺性。

其他-参股
联络互动(002280)
全资子公司数字天域(香港)以1500万美元持有美国创业公司Avegant 21.02%的股份,旗下最为著名的Glyph是一款头戴式虚拟现实眼镜,使用视网膜投影技术将画面直接投射至用户的眼中。

其他-产业基金
棕榈园林(002431)
2016年2月份,公司拟出资2000万元与和君正德,盐城满天星签署参与VR产业基金投资合作协议,首期基金规模1亿元,公司认缴出资2000万元,并分三期到位,该产业投资基金投资方向将重点聚焦VR,AR等相关技术及产业化方向。