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1、虚拟现实（VR）技术 实现难点分析及应用案例,-3-,VR搞笑集锦视频,-4-,VR/AR,虚拟现实（Virtual Reality,VR）是3D视频或虚拟世界，遮蔽了现实世界， 增强现实（Augmented Reality,AR）则是将电子信息叠加于现实世界中，,构想性 Imagination,交互性 Interaction,虚拟现实三大属性 沉浸性 Immersion,智能性 Intelligence,交互性 Interaction,增强现实三大属性 集成性 Integration,VR/AR虽在技术上有相 通性，但用途有差异， 我们认为二者一定要分 开单论！,VR沉浸感 AR智能化,软硬
2、件 入门,VR+ AR+,周边硬件 复活,VR/AR 全新体验是VR生存的基础， 智能支持是AR终极的任务， 下一代计算平台，下一个入 口。,可以+的大生态有哪些？最新的是互联网 +、移动互联网+、大数据+、云计算+， 往以前看，电力+、蒸汽动力+等，往以 后看，AI机器人+、区块链+等。,Leap Motion的手势识别、 Lytro的光场相机等产品在刚 出场的时候都被认为是革命 性的产品，但很快被发现叫 好不叫座，不过它们未来的 机会正逐步到来。 -5-,现有的CPU/GPU、屏幕等硬 件都已经能足够满足用户的 需求，升级的机会在哪里？ 工业界兴奋地发现这些顶级 软硬件相对于VR/AR来说
3、才 刚刚入门。,-6-,2016是VR元年,Oculus Rift2014年3月被Facebook以20亿美元收购，VR技术进入资本前台，扎 克伯格说“虚拟现实会是继个人电脑和移动设备后第三个改变人们生活的重要领 域”，下一代计算平台！高盛2016年1月13日VR/AR产业报告中性预测2025年市 场规模将达到800亿美元（其中硬件450亿，软件350亿），并给出1820亿美元的 乐观估计及230亿美元的悲观估计。高盛从游戏、实况、视频娱乐、健康、房地 产、零售、教育、工程、军事等9大领域做了非常精细的收入预测。 高盛预测正常情形下三大头显2016年销量311万部，2020年2455.6万部，
4、我们很 认同，未来五年由于价高并不会爆发太快，限于游戏视频等垂直领域；高盛预测,2020-2025年时按正常、乐观、悲观情形分别对标笔记本、手机、PC的发展速度，,我们认同VR以笔记本为对标，想补充的是，AR在16年始第一个十年无足轻重， 第二个十年逐步追赶VR销量，第三个十年成为手机的一类重要载体（手机其它 载体包括微投影/微全息、折叠卷曲屏等，便捷性优于AR、隐私性不如AR）。 VR/AR这类重磅产品的诞生将推动整个产业跨越式大发展，这次VR大潮，中国 技术力量的跟随速度还是很快的，但产业生态布局要求高，我们能否取得优于智 能手机行业的地位还需要观察。工信部很重视，16年4月发布14000
5、字VR产业,白皮书 ，并组织成立了中国虚拟现实产业联盟。,-7-,2016是VR元年,1962年的虚拟现实设备Sensorama，可以让人们坐在椅子上、把头探进去，通 过三面显示屏来形成空间感，从而实现虚拟现实体验。,2016是VR元年,资料来源：王元，凌感的早期员工 36氪虚拟现实50年 -8-,1968年第一台头戴式原型机，因为体积十分沉重，需要在天花板上设计专门的支 撑杆，被笑称为“达摩克利斯之剑”，作者是被誉为计算机图形学之父和虚拟现 实之父的著名计算机科学家Ivan Sutherland。它定义了虚拟现实的几个要素： 立体显示：两个1吋CRT显示器不同视角显示创 造立体视觉。 虚拟画
6、面生成：视频中的立方体是实时计算渲染 出来的。 头部位置跟踪：使用了两种方式来对头部位置进 行跟踪，机械连杆和超声波检测，居然有三个超 声波发生器和四个接收器。 虚拟环境互动：与原型互动的手段还仅限于双手 操作的把手。,模型生成：虽然视频只是个简单的立方体，但8 个顶点的确是通过空间坐标建立的模型，并且立 方体是随着人的视角在变化的。,2016是VR元年,1980年代早期，美国军方开始大量关于飞行头盔、军事训练仿真器的研究。 1987年一位著名的计算机科学家Jaron Lanier，捣鼓出一款价值10万美元的虚拟 现实头盔，第一款真正投放市场的VR商业产品。 1980年代，最重要的改变是，组成
7、虚拟现实的各个设备都可以独立购买了！,立体显示：市场上已经可以买到Sony生产的便携式LCD显示器、35mm广角镜片，,使得近距离下视场的广度也能得到保证（只是没有变形校正）； 虚拟画面生成：显卡每秒可渲染上千个三角形，已经可展示复杂的图像了。 头部位置跟踪：Polhemus公司开发出了6个自由度的头部追踪设备，虽然使用距 离还有局限，但是比起机械连杆和超声波，精度大大提高，还少了束缚。 虚拟环境互动：带有关节动作传感器的手套。 模型生成：当时的显卡也可以做到实时三维建模了。 资料来源：36氪虚拟现实50年 -9-,2016是VR元年, 1996任天堂第一次将VR带入家庭，一套价值180美金、
8、名叫Virtual Boy的电子 游戏操控系统，但因为体验差，最后产品卖了不到80万套； 2010年代后，随着电子元器件，尤其是智能手机和智能硬件的发展、电子元 器件的小型化和计算的高效化、显示屏幕技术的成熟、内容开发工具的进步， 虚拟现实从军工走向了民用化； 2012年Oculus Rift众筹大获成功、2014年3月Facebook耗资20亿美元（4亿美 元现金，以及2.31亿股普通股票）将其收购，将VR技术由开发者层面推向了 资本的前台，Sony、HTC等大厂纷纷跟进； 2014年6月谷歌在I/O大会上发布了第一代CardBoard，带来了超廉价版VR解 决方案，年底时走同样插手机路线的
9、三星Gear VR发售； 2014年9月Oculus宣布公开Oculus Rift DK1外设源代码及工程原理图，国内 VR头盔设备开发商大量涌现，产品兼容DK1（DK2兼容则需破解）； 2016为什么是VR元年？公认的三大头盔厂Oculus、Sony、HTC之前只是推出 了开发者版，2016年将正式推出消费版产品，Oculus Rift、HTC Vive分别于1 月6日、2月29日预售，Sony PlayStation VR于3月15日发布。 - 10 -,2016是VR元年, 连PC式头盔：主流方向，还包括连Xbox、PS4、手机等外设来运算与图形渲 染，可以适配重度游戏，连PC式头盔可以
10、适配所有PC内容。缺点是连线不便 利，代表是三大头盔厂Oculus、Sony、HTC； 插手机式头盔：也叫手机壳子、手机架，定位为入门级VR产品，谷歌 CardBoard是鼻祖，三星Gear VR则是其中技术佼佼者。轻产品，靠低价格迅 速普及VR体验，比较适合观影与轻度游戏，缺点是重度游戏玩不转、手机容 易发热掉电快、延迟眩晕、视场FOV普遍都没有达到90度、难有沉浸感，以 及高端手机流行金属机壳、对VR头盔来说太重。也有观点认为VR手机壳市场 乱象在损毁用户体验。 一体机、分体机：全移动，不需要电脑，优点不仅仅是便携，而是适合需走动 的大型游戏，但硬件性能、电池续航都是短板。有国内公司表示，
11、赶超Oculus 一步到一体机，错！1、元器件性能提升还有个过程；2、硬件核心技术都在海 外大厂手上；3、硬件换代速度快，买早了吃亏。中期可考虑做分体机，还可 为头盔减重，北京Pico于2016年4月发布Neo分体机，采用高通骁龙820芯片。 - 11 -,- 12 -,2016是VR元年,资料来源：招商证券研究,类型,连 PC 式,公司 Oculus Sony HTC2、USB电缆从Rift向电脑传送指令；3、游戏引掣为GPU翻译指令；,4、处理器发布写出“新图像”的命令；5、Rift的显示屏将像素转化为新图像；6、,完整延迟时长。,新图像完全生成。 取自Nvidia的技术文档 Gamewo
12、rks VR 资料来源：36氪，作者： Chloe 头盔内置一个集陀螺仪、加速计、磁力计为一体的追踪器，1000HZ，第一环节 的延迟时长已由最初的15毫秒降至1毫秒；信号从Rift传输至PC又会产生1-2毫秒 的延迟，所以需要USB3.0；大部分现代游戏约为60fps，每张图传输至GPU的时 间为16.67毫秒，如果帧速提高1倍，延时能省半，屏幕刷新率要相应提升；GPU 再通过USB线缆给Rift显示屏写图；屏幕响应速度，LCD屏还是需要5ms、2ms， 三星AMOLED在数微秒之内（无余晖），Oculus还要三星放开硬件权限可以直 接访问前置内存。2014年10月份Oculus推出Late
13、ncy Tester小工具让开发者测量,VR技术难点（GPU性能天梯）,PC显卡方面， Nvidia于16年5月 7日发布基于新的Pascal架构、 全球首款16nm制程游戏显卡 GeForce GTX1080/1070，前者 核心频率达18601886MHz，售 价599美元，国行5399元，后者 售价379美元，国行3499元。 GPU并行计算能力令其可广泛用 于图形视频处理、AI深度学习、 智能驾驶等领域，Nvidia股价迭 创新高。 移动显卡有功耗的约束，目前最 顶级的Adreno 530，虽然最高主 频650MHz，性能只相当于PC显 卡十年前水平，几十倍的差距。 - 36 -,-
14、37 -,VR技术难点（GPU VR跑分）,评测先锋Futuremark的3DMark基于5种 场景对GPU的3D性能进行测评，结果见 左图，同价位产品AMD的要小胜Nvidia， 但后者性能上更胜一筹。 3DMark还于2015年12月发布VRMark测,试的预览版，针对当时市面上的VR头盔，,4个场景、按场景真实性、延迟（分段与 全程）、准确度等维度测评，GPU跑分 未公布，但对比结论与前述测评差不多， VRMark正式版将于近期推出。,- 38 -,VR技术难点（VR SDK）,Nvidia推出VR SDK-VRworks，消费级GeForce、专业级Quadro、移动Tegra都 支持
15、，其中VR SLI分屏刷新、Multi-Resolution Shading一屏分九块差异化渲染； 16年5月基于GeForce GTX1080/1070，同时增强功能推出该高端显卡专属的曲 面屏/多联屏/VR图像矫正技术Simultaneous Multi-Projection引擎，其中的 Single Pass Stereo可渲染出左眼图像后，迅速转换出右眼图像，以及拟真VR音 频技术VRWorks Audio。 高通骁龙820作为当今最强的移动处理器、三星代工14nm FinFET工艺，包含 KyroCPU架构、AdrenoGPU图形核心、HexagonDPS传感中心，其中Adreno
16、530率先支持最新的OpenCL2.0和Renderscript。高通还为该芯片发布VR SDK， 可大大降低渲染延迟，支持3D立体注视点渲染和镜头矫正、色彩矫正、畸变矫正 等，低功耗360度4K HEVC视频解码、帧率60fps。 ARM当红的CPU是Cortex-A72，GPU为Mali T880最高主频850MHz 。ARM也推 出了Mali VR SDK，完全基于NDK和OpenGL ES 开发，将许多VR处理需求直接 嵌入ARM架构的硬件IP和驱动里，改善立体渲染、校准、各种透镜效果以及光学,畸变的软件修正，且也可像Nvidia那样对屏幕分块处理，以及支持高效内存压缩。,- 39 -,VR技术难点,游戏和视频是目前VR行业最先启动的两个内容模块： 绝大部分3D的PC或手游都不适合移植到VR平台，SDK包转换不是问题，关键 是它们不能提供沉浸感的要素比如全景视角和足够的清晰度与帧速，VR游戏 需要选定平台重新开发。 需要一门VR交互语言，比如用户怎么移动？很多游戏干脆落座不移动
