中青至诚新能源小而美系列（二）AR眼镜

中青至诚小而美系列（二） --AR眼镜研究 中青至诚研究小组2021年7月26日 第一章AR眼镜现状1 一、什么是AR/VR/MR/XR1 1.什么是AR1 （1）AR的定义1 （2）AR的发展历史2 （3）AR的核心技术3 （4）AR的应用场景5 2.什么是VR7 （1）VR的定义8 （2）VR的发展历史8 3.什么是MR9 4.什么是XR9 5.AR与VR、MR有什么区别？10 （1）AR：你能分清哪个是真的、哪个是假的10 （2）VR：你看到的一切都是假象10 （3）MR：你已经分不清哪个是真哪个是假10 二、主要应用场景11 三、主要厂家的动向12 1.国际大厂12 2.国内厂商13 第二章AR眼镜组成14 一、AR眼镜的组成14 1．计算15 2．传感16 3．显示16 二、厂家AR眼镜拆解17 1.微软HololensAR眼镜拆解17 （1）微软Hololens爆炸图17 （2）微软Hololens详细拆解17 2.MagicLeapOne眼镜拆解19 （1）MagicLeapOne眼镜工作原理图19 （2）MagicLeapOne眼镜零件全图20 （3）MagicLeapOne详细拆解20 第三章AR眼镜技术原理22 一、AR眼镜专利情况分析22 1.全球增强现实(AR)行业专利申请概况22 2.全球增强现实(AR)行业专利技术类型23 二、现在的技术的现状与趋势25 三、AR眼镜交互相关技术26 1.SLAM技术26 （1）SLAM技术的定义26 （2）SLAM技术的系统框架27 （3）SLAM技术的分类27 2.OST标定技术29 3.高速通信技术29 4.手势识别技术29 5.语音识别技术30 6.沉浸式交互技术30 7.全景拼接技术30 8.FOV技术30 9.追踪定位技术31 10.人体状态识别技术31 11.MicroLED显示技术31 四、AR眼镜显示相关技术31 1.光纤扫描成像技术31 2.光波导技术32 3.低延迟显示技术32 五、AR眼镜显示方案32 1.视频透视（Vediosee-through）33 2.光学透视（Opticalsee-through）33 3.主流光学原理对比34 4.AR眼镜硬件光机方案对比35 5.AR眼镜光波导方案对比36 第四章产业链39 第五章几点思考40 一、第三块屏幕40 二、未来已来40 三、中国的机会41 四、VR/AR交互带来传感器的需求41 第六章关注的公司42 一、国际42 1.微软的布局42 （1）硬件入口42 （2）内容生态43 （3）底层技术43 2.苹果的布局44 （1）软件开发44 （2）产业链布局45 二、国内46 1.Nreal46 2.Rokid47 3.亮亮视野47 4.影目科技47 5．华为48 6.OPPO48 7.vivo48 8.影创科技49 9.灵犀微光49 10.谷东科技有限公司49 11.珑璟光电50 12.三极光电50 13.北京至格科技有限公司50 14.TCL51 15.紫光展锐51 16.安谋科技51 17.RealMax52 18.易现EZXR52 19.亮风台52 20.理想境界53 第七章参考文献53 第一章AR眼镜现状 互联网至今已经历了PC互联网、移动互联网两大阶段，而Metaverse元宇宙被认为是互联网的下一代形态，旨在构建一个持久的虚拟共享空间，同时保持对现实世界的感知。在VR/AR、5G通讯技术、云计算、AI、区块链等支撑性技术加持下，VR/AR作为元宇宙的核心硬件终端，将成为继手机、手表之后，个人生活中最重要的“第三块屏幕”，为相关电子产业链环节创造增量空间。 在目前阶段，VR技术随着Oculus旗下quest2在今年的大批量量产，迎来了VR元年。但AR还要再缓一缓，背后是技术能力和软件生态都需要经历不断演进的进程。业内观点普遍认为，相比完全浸入式的VR（虚拟现实），让数字世界与物理世界实现无缝交互的AR（增强现实）会有更丰富的应用场景。 一、什么是AR/VR/MR/XR 1.什么是AR 增强现实(AugmentedReality)技术是一种将虚拟信息与真实世界巧妙融合的技术，广泛运用了多媒体、三维建模、实时跟踪及注册、智能交互、传感等多种技术手段，将计算机生成的文字、图像、三维模型、音乐、视频等虚拟信息模拟仿真后，应用到真实世界中，两种信息互为补充，从而实现对真实世界的“增强”。 （1）AR的定义 增强现实（AugmentedReality，简称AR），增强现实技术也被称为扩增现 实，AR增强现实技术是促使真实世界信息和虚拟世界信息内容之间综合在一起的较新的技术内容，其将原本在现实世界的空间范围中比较难以进行体验的实体信息在电脑等科学技术的基础上，实施模拟仿真处理，叠加将虚拟信息内容在真实世界中加以有效应用，并且在这一过程中能够被人类感官所感知，从而实现超越现实的感官体验。真实环境和虚拟物体之间重叠之后，能够在同一个画面以及空间中同时存在。[2] 增强现实技术不仅能够有效体现出真实世界的内容，也能够促使虚拟的信息内容显示出来，这些细腻内容相互补充和叠加。在视觉化的增强现实中，用户需要在头盔显示器的基础上，促使真实世界能够和电脑图形之间重合在一起，在重合之后可以充分看到真实的世界围绕着它。增强现实技术中主要有多媒体和三维建模以及场景融合等新的技术和手段，增强现实所提供的信息内容和人类能够感知的信息内容之间存在着明显不同。[2] （2）AR的发展历史 AR技术的起源，可追溯到MortonHeilig在20世纪五、六十年代所发明的SensoramaStimulator。他是一名电影制作人兼发明家。他利用他的多年的电影拍摄经验设计出了叫SensoramaStimulator的机器。SensoramaStimulator同时使用了图像、声音、香味和震动，让人们感受在纽约的布鲁克林街道上骑着摩托车风驰电掣的场景。这个发明在当时非常超前。以此为契机，AR也展开了它的发展史。 由于AR技术的颠覆性和革命性，AR技术获得了大量关注。早在20世纪90年代，就有3D游戏上市，但由于当时的AR技术价格较高，其自身延迟较长，设 备计算能力有限等缺陷，导致这些AR游戏产品以失败收尾，第一次AR热潮就此消退。到了2014年，Facebook以20亿美元收购Oculus后，类似的AR热再次袭来。在2015和2016两年间，AR领域共进行了225笔风险投资，投资额达 到了35亿美元，原有的领域扩展到多个新领域，如城市规划、虚拟仿真教学、手术诊疗、文化遗产保护等。如今，AR、VR等沉浸式技术正在快速发展，一定程度上改变了消费者、企业与数字世界的互动方式。用户期望更大程度上从2D转移到沉浸感更强的3D，从3D获得新的体验，包括商业、体验店、机器人、虚拟助理、区域规划、监控等，人们从只使用语言功能升级到包含视觉在内的全方位体验。而在这个发展过程中，AR将超越VR，更能满足用户的需求。 （3）AR的核心技术 1)跟踪注册技术 为了实现虚拟信息和真实场景的无缝叠加，这就要求虚拟信息与真实环境在三维空间位置中进行配准注册。这包括使用者的空间定位跟踪和虚拟物体在真实空间中的定位两个方面的内容。而移动设备摄像头与虚拟信息的位置需要相对应，这就需要通过跟踪技术来实现。跟踪注册技术首先检测需要‘增强"的物体特征点以及轮廓，跟踪物体特征点自动生成二维或三维坐标信息。跟踪注册技术的好坏直接决定着增强现实系统的成功与否,常用的跟踪注册方法有基于跟踪器的注册、基于机器视觉跟踪注册、基于无线网络的混合跟踪注册技术四种。 2)显示技术 增强现实技术显示系统是比较重要的内容，为了能够得到较为真实的虚拟相结合的系统，使得实际应用便利程度不断提升，使用色彩较为丰富的显示器是其 重要基础，在这一基础上，显示器包含头盔显示器和非头盔显示设备等相关内容，透视式头盔能够为用户提供相关的逆序融合在一起的情境，这些系统在具体操作过程中，操作的原理和虚拟现实领域中的沉浸式头盔等内容之间相似程度比较高级。其和使用者交互的接口及图像等综合在一起，使用更加真实有效的环境对其实施应用微型摄像机的形式，拍摄外部环境图像，使计算机图像在得到有效处理的时候，可以和虚拟以及真实环境融合在一起，并且两者之间的图像也能够得以叠加。光学透视头盔显示器可以在这一基础上利用安装在用户眼前的半透半反光学合成器，充分和真实环境综合在一起，真实的场景可以在半透镜的基础上，为用户提供支持，并且满足用户的相关操作需要。 3)虚拟物体生成技术 增强现实技术在应用的时候，其目标是使得虚拟世界的相关内容，在真实世界中得到叠加处理，有效在算法程序的应用基础上，促使物体动感操作有效实现。当前虚拟物体的生成是在三维建模技术的基础上得以实现的，能够充分体现出虚拟物体的真实感，在对增强现实动感模型研发的过程中，需要能够全方位和集体化对物体对象展示出来。虚拟物体生成的过程中，自然交互是其中比较重要的技术内容，在具体实施的时候，对现实技术的有效实施有效辅助，使信息注册更好的实现，利用图像标记实时监控外部输入信息内容，使得增强现实信息的操作效率能够提升，并且用户在信息处理的时候，可以有效实现信息内容的加工，提取其中有用的信息内容。 4)交互技术 与在现实生活中不同，增强现实是将虚拟事物在现实中的呈现，而交互就是帮助虚拟事物在现实中更好的呈现做准备，因此想要等到更好的AR体验，交互 就是其中的重中之重。 AR设备的交互方式主要分为以下三种： （1）现实世界中的点位选取来进行交互是最为常见的一种交互方式，例如最近流行的AR贺卡和毕业相册就是通过图片位置来进行交互的。 （2）将空间中的一个或多个事物的特定姿势或者状态加以判断，这些姿势都对应着不同的命令。使用者可以任意改变和使用命令来进行交互，比如用不同的手势表示不同的指令。 （3）使用特制工具进行交互。比如谷歌地球，它就是利用类似于鼠标一样的东西来进行一系列的操作，从而满足用户对于AR互动的要求。 5)合并技术 增强现实的目标是将虚拟信息与输入的现实场景无缝结合在一起，为了增加AR使用者的现实体验，要求AR具有很强真实感，为了达到这个目标不单单只考虑虚拟事物的定位，还需要考虑虚拟事物与真实事物之间的遮挡关系以及具备四个条件：几何一致、模型真实、光照一致和色调一致，这四者缺一不可，任何一种的缺失都会导致AR效果的不稳定，从而严重影响AR的体验。 （4）AR的应用场景 随着AR技术的成熟，AR越来越多地应用于各个行业，如教育、培训、医疗、设计、广告等。 1)教育 AR以其丰富的互动性为儿童教育产品的开发注入了新的活力，儿童的特点是活泼好动，运用AR技术开发的教育产品更适合孩子们的生理和心理特性。例 如，现在市场上随处可见的AR书籍，对于低龄儿童来说，文字描述过于抽象，文字结合动态立体影像会让孩子快速掌握新的知识，丰富的交互方式更符合孩子们活泼好动的特性，提高了孩子们的学习积极性。在学龄教育中AR也发挥着越来越多的作用，如一些危险的化学实验，及深奥难懂的数学、物理原理都可以通过AR使学生快速掌握。 2)健康医疗 近年来，AR技术也越来越多地被应用于医学教育、病患分析及临床治疗中，微创手术越来越多地借助AR及VR技术来减轻病人的痛苦，降低手术成本及风险。此外在医疗教学中，AR与VR的技术应用使深奥难懂的医学理论变得形象立体、浅显易懂，大大提高了教学效率和质量。 3)广告购物 AR技术可帮助消费者在购物时更直观地判断某商品是否适合自己，以作出更满意的选择。用户可以轻松地通过该软件直观地看到不同的家具放置在家中的效果，从而方便用户选择，该软件还具有保存并添加到购物车的功能。 4)展示导览 AR技术被大量应用于博物馆对展品的介绍说明中，该技术通过在展品上叠加虚拟文字、图片、视频等信息为游客提供展品导览介绍。此外，AR技术还可应用于文物复原展示，即在文物原址或残缺的文物上通过AR技术将复原部分与残存部分完美结合