AR增强现实行业成本拆解解析

AR增强现实行业成本拆解解析 一、AR产业简介 （一）AR定义 AR技术（AugmentedReality，AR）是借助光电显示技术、交互技术、多种传感技术和计算机图形与多媒体技术将计算机生成的虚拟环境与用户周围的真实环境融为一体，使用户从感官效果上确信虚拟环境是其周围真实环境的组成部分。VR技术（VirtualReality,VR）则是让用户身临其境。确信自己处于虚拟坏境。相比较而言，AR需要的技术更加复杂，设计更加充满挑战性。 ARVR （二）AR与VR的联系与区别 AR技术与VR技术的区别主要体现于下列4个方面： 1.AR技术和VR技术需要的沉浸感不同，AR系统与现实环境联系密切，强调用户在现实世界的存在性并且需要维持其感官效果的不变性；VR系统需要完全沉浸，强调将用户和现实环境完全隔离，通过计算机等设备提供一个虚拟的视觉、听觉、触觉等的感官世界；2.AR技术和VR技术中“注册”的涵义以及精度要求不同：AR系统中，“注册”技术是指将周围真实环境和计算机所产生的虚拟环境全方位对准，并且要求在用户运动的过程中也能和真实环境保持高度的对准关系；VR系统中，“注册”技术是指呈现给用户的虚拟环境需要和用户的各种感官（包括视觉、听觉等）相匹配； 3.AR技术相比于VR技术在建立虚拟环境时对系统计算能力要求不同： AR技术是在真实环境的基础上对信息进行扩充，而VR技术是对整个环境的虚拟再现。相比之下，VR技术对计算机系统图形处理能力和其它能力的要求要比AR系统更为苛刻。4.AR技术和VR技术适用的领域不同： AR技术是对现实环境的一种补充，利用附加信息增强用户对现实的感官认识，其应用多在于起辅助作用的场合，例如军事实战，工厂车间、旅游观光、交通以及日常生活；而VR技术是再创一个虚拟的环境，强调用户在虚拟环境中获得相应的视觉、听觉、触觉等感官的沉浸，带来真实的感官体验，例如模拟驾驶、军事仿真实验等需要虚拟仿真环境的场景。 （三）AR呈现形式 1.手持式(hand-held) 即用手机或任何移动终端的摄像头获取现实世界的图像，并在移动终端的现实世界图片、视频中叠加虚拟信息。当前基于手机端的AR游戏、大量的AR卡均是采取这种形式。手持式的呈现方式由于门槛低，大量简单的AR呈现可以采取这种方式，手持式采取显示原理与下文中的“视频式”相同。 手机AR 当然，还有另外如透明手持式AR展示设备(opticalsee-throughhand-helddevices)等，由于当前并不常见，在此不做赘述。 2.空间展示(Spatial) 只要是通过非手持、非头戴的AR展示，我们在此都归类为Spatial，包括用显示器展示AR、演唱会、商业展示、博物馆、游乐园等通过AR技术进行公共的虚拟形象的展示，或以其他屏幕呈现增强现实信息。 空间ARmapping 3.可穿戴式(head-attached) 可穿戴式有可以细分为视频式和光学式。 视频式(Videosee-through,VST)：这种显示方式原理为设备通过外置的摄像头获取真实世界的信息，并根据机器视觉等技术同时叠加虚拟信息，使得用户通过配置在用户眼前的AMOLED屏等显示屏幕看到的真实世界和虚拟叠加信息。在视频式的显示技术中，用户看 到的均为从设备摄像头所获取的图像，也就是说真实世界的光源是通过设备的摄像头，再通过设备的屏幕呈现给用户的。 这种显示技术的优点在于沉浸感，因此受外界的干扰比较少，以当前的情况来看，视频式的呈现方式与VR头显是一脉相承的，市场角也比Hololens等AR眼镜大。但缺点在于，分辨率比光源直接来自真实世界要低，且若屏幕产生一定程度的延迟将导致眩晕。这种显示方式本质为视频式的显示技术，我们认为当前的VR头盔、手持终端如手机等均可以采取这种技术方便地融入AR功能。光学式(opticalsee-through,OST)：这种显示技术的原理在于，用户通过人眼前的透镜看到真实世界，而计算机生成的虚拟信息则通过一系列的光学系统投射入人眼中，从而实现在真实世界的光源下叠加虚拟信息的效果。 这种显示技术的优点在于真实世界的信息真实、分辨率高、相对轻便，缺点在于虚拟信息的显示效果容易受环境光源强弱的变化。再者，根据我们对Hololens等AR眼镜的体验，当前的视场角还尚未达到VR设备的那种大视场角体验。 （四）AR成本拆解 AR主要由操作系统、处理器、光学组件、摄像头和传感器、存储器几部分构成。不管AR设备的形态如何，光学环节对于AR眼镜尤为重要，对显示视野、分辨率、刷新率、延时、眩晕、定位跟踪精度等都提出了较高的要求。以Hololens为例，其主要硬件是全息处理模块、2个光导透明全息透镜（三极光电科技的体全息光波导量产号称成本仅为1美元）、 2个LCos微型投影以及6个摄像头，其中光学组件(含透明全息透镜和高清光引擎)与处理器的成本达到75%，是整机的核心。发展低成本，高性能，更加轻薄的光学组件是目前AR研究课题之一。 （五）VR/AR重要性 可能成为今后计算平台的接口和终端技术的重要形式，对国家及社会的发展起着重要的推动作用。 1.推动经济快速发展。作为今后的计算平台接口和终端技术，VR和AR技术有可能取代手机成为人们与信息世界交流的主要通道。 2.推动生活方式演化。VR能够提供前所未有的虚拟存在感和接近真实的虚拟社交，将推动人类生存方式演化的进程，对社会形态发展起到至关重要的作用。 3.推动意识形态变革。具有更强的沉浸感和临在感，能够更直接地影响使用者的文化接纳、观念接纳和意识形态接纳。 4.推动工作模式进化。具有自然交互的特点，能够为科研、生产提供全新的仿真、模拟、测试、操作和展现手段，并有效提升沟通效率。通过摄像机采集真实世界图像，人可以通过语音和手势等对设备输入指令，计算机利用计算机视觉技术和人工智能技术实现对周围环境的理解，同时对交互进行识别。再经过渲染引擎处理，最后通过显示技术输出，以达到虚实融合的效果。 (六)市场规模 全球知名研究咨询公司MarketsandMarkets2017发布了一份研究报告，报告称：AR市场规模将从2016年的23.9亿美金增长到2023年的613.9亿美金。报告显示，诸如医疗保健、零售以及电商这样的行业对AR头显不断增长的需求将推动AR行业的增长。AR头显行业对于技术运用的创新开始涌现，但AR头显市场仍处于发展初期。2017年的CES展示了AR头显在交通领域运用的潜力，包括在汽车、飞机还有商用车辆运行中，AR头显可以将地图、速度显示以及安全方面的细节等信息显示在挡风玻璃上，这样对驾驶员或者飞行员的干扰会比较少。而近期谷歌发布了企业版谷歌眼镜，也是强调面向商用领域对AR技术需求的增长，这些领域包括了制造、质量控制以及AR软件的开发设计等。这份报告也指出了AR头显在文体娱乐行业应用的潜力，比如体育播报，此外，AR头显在视频游戏上的运用也开始出现。报告预测，AR头显在游戏和娱乐上的运用是AR市场增长的一个主要推动力，尤其是当苹果进入了这个市场。报告显示，目前AR市场的主要玩家有谷歌、微软、DAQRI、Blippar、MagicLeap、Wikitude、Zugara、PTCInc以及OsterhoutDesignGroup 等。现在市场主要由欧洲和美国的企业主导，但报告预计，位于日本、中国、印度以及韩国这样的亚太经济合作组织国家的公司将快速成长，改变市场格局，它们会发展出自己的AR业务。MarketsandMarkets在2018又《增强现实和虚拟现实市场》的预测报告，报告指出：“AR市场规模预计将从2018年的110亿美元增长至2023年的600亿美元。其中，AR在医疗、零售、电子商务等领域的需求增长，将带动AR市场规模和投资的快速发展“。此外，在C端消费市场，消费者对AR需求也在增加，主要集中于视频、游戏、体育、娱乐等相关应用。而随着《PokemonGo》在消费市场的成功，此类AR游戏在未来也将充斥市场。在B端商业市场，AR的抬头显示技术将在汽车、国防、航天航空等领域中被广泛使用，主要用途为导航。虽然其中很大一部分目前仍处于测试阶段，但其很快都 将实现商业化，而这也将进一步推动AR的市场发展。不仅如此，MarketsandMarkets还在报告中表示：“考虑到大多数显示器面板制造商都集中于亚太地区，再加上资方对于该项技术投资的加大，因此亚太地区或将成为VR/AR技术最发达的地区，未来某些VR/AR相关新 技术很有可能源于此地。”相比VR，AR行业未来五年市场规模扩大6倍的发展速度，可谓迅猛异常。AR行业之所以势头迅猛，很大程度上源于市场需求的增加以。反观VR，其市场需求丝毫不少于AR，但由于其头显和高端PC价格的高昂，使得很多人对其望而却步。高盛集团报告显示，AR硬件和软件在未来10年将会保持爆炸性的增长，到2020年，AR市场(零售、AR硬件、电子商务、电影/电视剧、游戏等)规模将达到1200亿美元。到2025年，该市场规模将达到1820亿美元，其中1100亿美元为硬件营收，720亿美元为软件营收。报告指出，AR开发的许多兴趣是由于智能手机的普及以及智能手机技术在新市场的普及率不断提高。像PokemonGo这样的应用程序已经对其个人资料产生了重大影响，提高了普通公众和企业对该技术的认识。这表明许多行业开始将AR技术用 于产品演示目的，以及加强客户服务和培训，例如在军事领域可以协助提供真实世界的体验。企业倾向于AR技术，因为它不需要额外的硬件，这与虚拟现实(VR)不同。根据Digi-Capital的报道，北美地区在全球AR市场中拥有目前最高的收入份额，收入超过13亿美元，其次是欧洲。但从长远来看，中国在未来5年的增长可能会使其成为AR市场的主宰。Digi-Capital2018年第二季度AR数据显示，到2022年，中国将占全球AR收入的1/5。中国AR市场的 优势对国内和国外企业来说是一个千载难逢的机会。包括中国在内，五年内亚洲将为全球AR行业贡献一半左右的收入。当前AR主要的应用领域为工业领域或垂直行业的定制化应用，泛娱乐、个人生活助手类应用未来的空间巨大。我们认为，工业领域之所以需要AR， 是因为通过AR眼镜这种主动式、多视角融合、解放双手的信息呈现形式，可以大幅提升单个工作人员的劳动效率。相比于AR眼镜的成本，这样的效率提升对厂商来说是非常合算的，尤其是人工成本昂贵的国家尤其如此。因此，未来三至五年内，最有可能因AR眼镜而受惠的是现场服务产业，Gartner预期每年约可增加10亿美元的获利。其中，最能够节省成本的地方在于缩短问题诊断与修复的时间，以及不再需要另外派遣专家前往远程据点等。而在垂直行业如教育、医疗、旅游中，AR技术可以帮助呈现更全面的信息，或帮助大大提高效率等。在泛娱乐之中，AR技术则可以实现过去3D、VR等技术尚无法实现视觉呈现、移动性、与真实世界的交互性等。总而言之，是效率提升、更好的体验、更丰富的业态使得用户和厂商均对AR有足够的兴趣。 二、AR基本原理涉及关键的显示技术 （一）AR基本原理 通过摄像机采集真实世界图像，人可以通过语音和手势等对设备输入指令，计算机利用计算机视觉技术和人工智能技术实现对周围环境的理解，同时对交互进行识别。再经过虚拟图像渲染引擎处理，最后通过显示技术输出，以达到虚实融合的效果。 （二）AR涉及关键技术 AR涉及到头部姿态跟踪、三维注册、显示设备、人机交互、系统评估等技术。作为应用广 泛的头戴式AR设备，其技术的技术难点在于：精确场景的理解（软件端）、重构和高清晰度（软件端）、显示技术（光学组件端）。其中光学组件涉及的关键技术包括显示技术和光源技术等。 1.1显示技术 目前，显示设备在很大程度上限制了AR设备的接受程度和应用场景范围。国际主流企业已采用波导技术（微软，magicleap,BAE），国内受限了技术落后，厂商仍以棱镜，半透半反技术为主，限制了波导显示在特殊场景的使用，虽有布局波导技术，国内研发机构力