頭顯終端體驗(yàn)感知技術(shù)的發(fā)展及趨勢(shì)

2023年6月6日，蘋果于WWDC大會(huì)發(fā)布了全新產(chǎn)品Apple Vision Pro頭顯終端。Vision Pro從硬件規(guī)到操作系統(tǒng)，重新定義了頭顯終端的體驗(yàn)感知技術(shù)能力，為頭顯終端市場(chǎng)帶來(lái)新的競(jìng)爭(zhēng)格局，同時(shí)也將為用戶帶來(lái)更加豐富和有趣的交互體驗(yàn)。2022年11月1日，工業(yè)和信息化部等五部門聯(lián)合印發(fā)的《虛擬現(xiàn)實(shí)與行業(yè)應(yīng)用融合發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2022—2026 年）》中提出虛擬現(xiàn)實(shí)（含增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、混合現(xiàn)實(shí)）是新一代信息技術(shù)的重要前沿方向，是數(shù)字經(jīng)濟(jì)的重大前瞻領(lǐng)域，將深刻改變?nèi)祟惖纳a(chǎn)生活方式，產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略窗口期已然形成。

(相關(guān)資料圖)

01頭顯終端體驗(yàn)感知核心指標(biāo)

頭顯終端包括VR虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality）、AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Argument Reality）及XR混合現(xiàn)實(shí)（VR與AR的合稱），這些終端設(shè)備能夠?yàn)橛脩籼峁┡c虛擬或現(xiàn)實(shí)世界之間的交互體驗(yàn)。

圖1 頭顯終端體驗(yàn)感知核心指標(biāo)

圍繞頭顯終端用戶體驗(yàn)感知，本文歸納頭顯終端體驗(yàn)感知核心指標(biāo)（圖1），涉及軟件、硬件及網(wǎng)絡(luò)三個(gè)層面。硬件層面的主要目標(biāo)是不斷提升頭顯終端的沉浸感、降低眩暈感，也是硬件廠商重點(diǎn)解決的技術(shù)環(huán)節(jié)。沉浸感重點(diǎn)關(guān)注頭顯終端的交互感知技術(shù)；眩暈感重點(diǎn)關(guān)注近眼顯示和光學(xué)鏡片技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)層面重點(diǎn)是通過(guò)解決頭顯終端信息的傳輸、存儲(chǔ)及云邊端算力來(lái)保障體驗(yàn)感知。軟件層面重點(diǎn)是構(gòu)建內(nèi)容生態(tài)，實(shí)現(xiàn)多應(yīng)用場(chǎng)景全面覆蓋。

02頭顯終端硬件體驗(yàn)感知的發(fā)展

頭顯終端行業(yè)從2012年開始經(jīng)歷了熱潮期、冷靜期，伴隨2020年Meta發(fā)布的Quest2大幅帶動(dòng)整體銷量，行業(yè)步入復(fù)蘇期，到今年蘋果公司發(fā)布Vision Pro帶來(lái)新一輪熱潮。我們選取了Quest2、ViVe Focus3、Pico4及Vision Pro 4款產(chǎn)品（圖2），圍繞頭顯終端體驗(yàn)感知核心指標(biāo)，分析技術(shù)和體驗(yàn)的發(fā)展。

圖2頭顯終端代表性產(chǎn)品從硬件看，首先要降低頭顯終端用戶眩暈感。

主要的硬件涉及近眼顯示及光學(xué)鏡片。通過(guò)分析各技術(shù)指標(biāo)參數(shù)變化（圖3），可以看到頭顯終端硬件技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新及趨勢(shì)變化。

圖3 頭顯終端眩暈感相關(guān)技術(shù)及指標(biāo)參數(shù)

在近眼顯示方面，高分辨率和內(nèi)外屏同步是發(fā)展方向。主流設(shè)備的內(nèi)屏技術(shù)方案以成本較低的LCD為主，雖然LCD結(jié)合超速驅(qū)動(dòng)技術(shù)和鐵電液晶材料，較大幅度提高了屏幕刷新率，但硅基OLED（又稱 Micro OLED）采用CMOS基板，能實(shí)現(xiàn)LCD難以達(dá)到的像素密度（3000 以上 PPI），顯著提高顯示效果，有助于頭顯終端實(shí)現(xiàn)更清晰的體驗(yàn)，降低眩暈感。Micro OLED 因其高分辨率或?qū)⒊蔀橄乱淮@示方案。此外，Vision Pro的通過(guò)配置外屏，實(shí)現(xiàn)Eyesight反向透視功能。外屏可以結(jié)合內(nèi)側(cè)攝像頭、傳感器捕捉到的表情向外界顯示用戶的眼部表情，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)融合的效果。

在光學(xué)鏡片方面，更大視場(chǎng)角、更小畸變和無(wú)極自動(dòng)瞳距調(diào)節(jié)是發(fā)展趨勢(shì)。主要涉及透視、視場(chǎng)角FOV（Field of View）、瞳距調(diào)節(jié)和屈光調(diào)節(jié)等技術(shù)。透視類型Pancake逐步替代菲涅爾成為主流技術(shù)方案，Pancake可降低圖像畸變，提高成像的對(duì)比度、清晰度、細(xì)膩度，大幅削弱顆粒感，同時(shí)Pancake可以支持屈光調(diào)節(jié)，為近視用戶的使用提供了技術(shù)可行性。視場(chǎng)角FOV的提升，可以減少用戶的視覺壓抑感，實(shí)現(xiàn)更加寬廣和舒適視覺體驗(yàn)。瞳距調(diào)節(jié)是解決暈眩感和視野模糊問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)，頭顯終端是雙目獨(dú)立成像，良好3D效果的呈現(xiàn)需要通過(guò)調(diào)整鏡片之間的距離來(lái)匹配佩戴者的瞳距大小，保持光學(xué)中心的一致，其技術(shù)發(fā)展方向是手動(dòng)到自動(dòng)、分段到無(wú)極，實(shí)現(xiàn)用戶無(wú)感操作，達(dá)到透鏡距離準(zhǔn)確匹配瞳距。

從硬件看，其次要不斷提升頭顯終端沉浸感體驗(yàn)。主要的硬件技術(shù)涉及頭部追蹤、眼動(dòng)追蹤、面部識(shí)別及手柄/手勢(shì)交互（圖4）。

圖4 頭顯終端沉浸感相關(guān)技術(shù)及指標(biāo)參數(shù)

不斷探索多模態(tài)交互功能，以實(shí)現(xiàn)虛擬環(huán)境與真實(shí)環(huán)境自然交互的體驗(yàn)統(tǒng)一是頭顯終端交互感知的未來(lái)趨勢(shì)。Vision Pro在交互感知方面融入的創(chuàng)新技術(shù)超出了此前市場(chǎng)的相關(guān)產(chǎn)品，完全擺脫了手柄以及其他物理控制器，實(shí)現(xiàn)以眼動(dòng)交互、面部識(shí)別及接近自然的裸手手勢(shì)交互，重新定義了頭顯終端在3D空間的交互形態(tài)。

從網(wǎng)絡(luò)看，“云-邊-端”協(xié)同的移動(dòng)算力網(wǎng)絡(luò)將進(jìn)一步推動(dòng)頭顯終端體驗(yàn)升級(jí)。網(wǎng)絡(luò)對(duì)音頻、視頻等各類傳感器信息的多模態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸與處理，傳輸過(guò)程對(duì)速率、時(shí)延、可靠性等網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)，以及存儲(chǔ)能力的算力要求都提出嚴(yán)格的要求。未來(lái)具備“云-邊-端”協(xié)同的移動(dòng)算力網(wǎng)絡(luò)，能夠根據(jù)業(yè)務(wù)的多模態(tài)數(shù)據(jù)類型、算網(wǎng)資源需求將業(yè)務(wù)分離成不同數(shù)據(jù)流或算力任務(wù)，通過(guò)移動(dòng)算力網(wǎng)絡(luò)的多級(jí)協(xié)作，最大程度利用分布式算力資源，解決端側(cè)算力受限等問(wèn)題，滿足頭顯終端沉浸化業(yè)務(wù)體驗(yàn)要求。

從軟件看，構(gòu)建豐富的內(nèi)容生態(tài)是頭顯終端拓展消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)的發(fā)展路徑。短期內(nèi)，頭顯終端以游戲、影視為內(nèi)容發(fā)展主線，未來(lái)逐步向社交、健身等多場(chǎng)景拓展，加速消費(fèi)級(jí)內(nèi)容生態(tài)的繁榮。長(zhǎng)期來(lái)看，頭顯終端與醫(yī)療、教育、安全應(yīng)急、文旅等場(chǎng)景結(jié)合，有望向B端G端市場(chǎng)滲透，打造技術(shù)、產(chǎn)品、服務(wù)和應(yīng)用共同繁榮的產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局。頭顯終端與各行各業(yè)的融合必將帶來(lái)新模式、新業(yè)態(tài)，推動(dòng)文化經(jīng)濟(jì)新消費(fèi)。

03總結(jié)及展望
頭顯終端硬件的持續(xù)創(chuàng)新，有望向更大尺寸、更高分辨率、更大視場(chǎng)角、更小畸變的產(chǎn)品邁進(jìn)，真正實(shí)現(xiàn)無(wú)眩暈感，達(dá)到沉浸式自然交互，實(shí)現(xiàn)虛擬與現(xiàn)實(shí)世界的無(wú)縫融合。同時(shí)，人工智能大模型技術(shù)的不斷成熟和應(yīng)用落地，或?qū)?duì)人機(jī)交互、應(yīng)用體驗(yàn)帶來(lái)全新變革，進(jìn)一步激活全產(chǎn)業(yè)鏈，有望推動(dòng)頭顯終端行業(yè)進(jìn)入高速增長(zhǎng)。

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