关于AR/VR行业的介绍和发展

VR/AR的现状

过去的2016年，VR/AR无疑是消费类电子产品市场最为火热的话题之一。2017年初的CES展上，更是有超过70家VR/AR厂商参展，比2016年增加近50%，号称史上最大规模的VR展览一点也不为过。2016年虽被称为“VR元年”，但是VR的历史可以追根朔源到上世纪初期。

VR的概念早在1935年就被美国作家Stanley G Weinbaum在其所著科幻小说中提出。

1968年，哈佛大学教授Ivan Sutherland在其学生Bob Sproull的帮助下创造了第一台VR/AR头戴显示系统。1990年代之前，VR还基本停留在实验室或者小众应用中，不为大众所知。

1991年，世嘉宣布了Sega VR头戴设备，并首次使用惯性传感器来追踪使用者头部运动并做出响应。同样在1991年，游戏公司Virtuality发布并量产了VR娱乐系统，并且在旧金山的Embarcadero中心搭建了体验店，让普通大众有机会真正体验VR。

整个1990年代，许多研究机构、实验室、知名公司相继投入VR/AR的研究开发，可谓是VR/AR的第一个高潮期，相较而言进入新世纪的头10年，VR/AR领域显得波澜不惊、乏善可陈。

2010年,天才少年Palmer Luckey设计了Oculus Rift的原型机，并第一次在消费类VR头显上把视场角提高到了90度。

2013年,Valve在VR的低余辉显示技术上取得重大突破，难能可贵的是他们在业内免费分享了他们的成果，Oculus随后将这一技术应用于他们的头显，用户体验得到极大提升。

2014年,Google宣布了Cardboard项目，一个简单到不能再简单的硬纸壳加上两片光学镜片，用户只要花上几十块人民币（甚至更低）就可以使用自己的手机来体验VR了。用户体验当然不是Cardboard的重点，它更像是在给整个VR行业做科普和推广，让VR这一高不可攀的应用一下子走入寻常百姓家。

2015年，HTC和Valve合作推出了HTC Vive头显和控制器，Vive以其优异的用户体验树立了VR行业的性能标杆，时至今日依然无人能出其右。

同年，手机巨头三星和Oculus合作推出了Gear VR头显设备。虽然类似于Cardboard要配合手机使用，但Gear VR在头显中配备了专用的头部运动追踪单元、精心设计的光学系统，加上Galaxy S/Note系列手机的卓越性能，Gear VR无疑是迄今为止性价比最高的方案。三星的这一做法随后被众多国内手机厂商纷纷效仿，相继推出类似的手机盒子搭配自家旗舰手机的VR方案。

2016年，全球VR/AR行业百花齐放，国际巨头动作不断，国内厂商也不甘示弱，传统硬件设备厂商自不必说，软件系统厂商、互联网公司、电商平台、游戏公司、内容厂商、政府、教育机构等都生怕错过这一大热门，纷纷磨拳擦掌准备大干一番。Google向来是干大事情的，两年前的Cardboard是投石问路，Daydream VR生态系统才是Google的目的，毫无疑问，未来的Daydream之于VR就像是今天的Android之于智能手机。Google推出的Pixel手机配合Daydream View率先支持了Daydream VR，联想的Moto Z、华为的Mate 9 Pro、华硕的ZenFone AR也都先后支持了Daydream VR，相信2017年会有更多的手机厂商相继加入进来。

Microsoft除了独自在做的AR眼镜HoloLens外，也笼络了一众伙伴（HP、ASUS、Lenovo、DELL、Acer、3Glasses）基于Windows 10做起了VR头显。Sony借助PlayStation游戏主机的深厚群众基础，推出了PS VR头显，并且收获了非常不错的市场反馈，大有后来居上之势。Facebook、阿里巴巴、腾讯、京东等互联网公司也都有各自的VR计划，并在稳步实施中。主机芯片大厂Qualcomm和Intel除了针对VR/AR推出各自的专用芯片，更是祭出了各自的参考设计Snapdragon VR820和Project Alloy ……

VR/AR的火爆，当然不能只体现在硬件设备上，只有硬件的火爆只会是昙花一现，内容和应用才是VR/AR的血和肉，才能让VR/AR生动起来。游戏、视频内容、直播、色情、社交、零售、工程、教育等应用领域在这一年也都风生水起。

这么看来，说2016年是VR元年也不为过。我们能在市场上看到的VR/AR产品形态也是五花八门，粗略梳理一下有以下几类：

手机盒子
Cardboard

头显

特征

低成本

用户体验因手机而异

因应用而异

通常相对较差。

功能

仅提供手机的头戴支撑和近眼显示的光学镜片。完全依赖手机的处理器、显示器和运动传感器。适配众多手机机型。

插手机式VR头显

Slotted VR headset

头显

特征

较经济的VR方案。

常搭配使用的

手机配置很高，

整体用户体验可以接受

功能

除了提供手机的头戴支撑和光学镜片外，还配备专门的头部运动追踪单元。头部运动数据通过高速通信接口（如USB）传给手机。依赖手机的处理器和显示器。仅适配有限的特定手机机型

分离式VR

头显

Discrete VR headset

头显

特征

用户体验最好。

但是要通过线缆

连接主机，

使用空间受限。

功能

头显配备完整的近眼显示单元。配备运动传感器，并结合光学系统追踪佩戴者的头部姿态和位置。通过线缆与PC主机连接，PC主机负责处理数据并把画面送回头显。

VR一体机

Integrated VR headset

头显

特征

使用空间不受限，

又被称为移动VR。

用户体验参差不齐。

功能

不依赖手机和PC主机，VR头显上完整配备了处理器、显示器和运动传感器或位置追踪传感器。

AR眼镜/手机/头盔

头显

特征

光学＋3D重构画面，

大多数情况裸眼可达成效果，

用户代入感更强

功能

不同于VR把用户和现实世界完全隔离，AR在用户看到的现实画面上叠加虚拟画面信息。

VR手柄

输入设备

特征

设备虽然简单，

但对VR用户的完整体验

显著提升

尤其提升用户互动性。

功能

通过手柄上的运动传感器和光学系统追踪用户手的姿态、位置和状态。信息会被实时无线传输到VR主机，跟VR内容做交互。通常也会配备有限的几个按键或触摸板，来做人机互动。

VR手套

输入设备

特征

实现方式相对复杂，

但是由此带来的交互内

容更丰富，交互方式更自然。

功能

在一个手套上使用多颗运动传感器来追踪使用者手掌和手指的完整动作。动作信息传输到VR主机，用户双手可以逼真地参与到VR内容。

制约VR/AR发展的关键因素

虽然现如今VR/AR话题火热，市场也时不时放出大招搏人眼球，但整个行业的发展仍旧处于不确定的初期阶段，制约行业健康发展的因素诸多，如基础设施、政策、应用、内容、社会伦理等等。如果以上这些都不是问题，早晚会被解决，那么VR/AR设备本身是否准备好了呢？

佩戴舒适性、便携性

VR/AR头显需要长时间佩戴在人体感官最为丰富的头部，不可忽略的重量会是使用者能否广泛接受的一个主要障碍。

便携始终是个人消费电子产品的不变的追求，便携才能拓展使用空间和时间。“庞大”的体积和不规则的外形，目前严重影响着VR/AR头显的便携性。

感官呈现效果

如果佩戴舒适性和便携性不成问题，消费者有意愿体验并拥有VR/AR头显，VR/AR设备接下来带给用户的感官体验才会牢牢抓住他们，或者使他们感觉上当受骗了。这里我们说的感官，不仅仅是指视觉，还包括听觉、触觉，甚至嗅觉。当然，视觉是VR/AR头显设备最主要的内容呈现方式，视觉呈现效果好，VR/AR头显设备会大概率地成功。

视觉

VR/AR头显不同于消费者过往接触的传统显示设备，它是近眼显示、移动显示设备。

所谓的移动显示，就是随着佩戴头显的用户头部移动，头显应当精确呈现相对应的场景。否则，会引起用户的眩晕感，或者叫晕动病/运动病，类似生活中遇到的晕车、晕船的感觉。回到VR/AR头显，当用户头部转动了一定角度，如果显示呈现的并不是转动相应角度后的场景；或者用户保持不动，而显示出现场景漂移，用户都会出现不同程度的眩晕感。这里就对用户头部运动的精准追踪（准确且低延迟）提出了很高的要求。

听觉、触觉和嗅觉

相对于视觉呈现会主要决定VR/AR头显的用户体验效果、解决用户的基本需求，听觉、触觉和嗅觉会让VR/AR的沉浸感有质的飞跃。但是，听觉、触觉和嗅觉的呈现，会极大程度地提高VR/AR的设计复杂度，对内容的要求和使用场景的要求都会进一步提高，所以，短期之内，这些方面应该不太会成为VR/AR发展的障碍。

互动性

良好的感官呈现已经能抓住大部分的消费者了，是他们愿意投入金钱购置VR/AR设备，但是他们会投入多少时间来消费VR/AR呢？内容当然非常关键，不过不是今天我们这里要讨论的重点。增加VR/AR设备的互动性，让用户能够自然地控制虚拟设备、与虚拟世界自然地交流、以第一人称的角色参与其中，我们确信，唯有这样用户才愿意投入大量的时间成本沉浸在VR/AR营造的世界里。

人体动作追踪

人类在与真实世界的互动中，会用点头或摇头表示同意、赞赏、反对或无奈，会用手脚来执行大脑给出的指令。VR/AR呈现的虚拟世界中，我们同样希望用身体来跟外部世界做自然的互动。所以，VR/AR设备就要准确地追踪人体动作，识别人体动作，进而在虚拟世界里执行人体动作。

语音识别

语音是人类向外部世界传达信息的重要途径，作为VR/AR设备同样需要听到用户的声音，识别语音并作出响应。

结合了人体动作追踪和语音识别，用户与虚拟世界的沟通互动才能自然丰富。

解决方案

Bosch Sensortec作为MEMS运动传感器全球领导厂商，我们一直密切关注着VR/AR行业，和我们的合作伙伴积极沟通，并从传感器器件、算法和应用上为行业的发展助力。

传感器

针对VR/AR的产品特性，Bosch Sensortec推出的六轴运动传感器（三轴加速度计+三轴陀螺仪）BMI055和BMI160，九轴运动传感器（三轴加速度计+三轴陀螺仪+三轴地磁传感器）BMX055和BMX160，因为其优异的性能，在全球VR/AR头显设备中拥有绝对领先的市场占有率。

六轴智能传感器BHI160和九轴智能传感器方BHI160+BMM150，凭借其优异的传感器性能和内置的融合算法，为VR/AR输入设备（例如手柄和手套）提供了交钥匙（Turn-key）的传感器解决方案。

说到运动传感器的性能，根据我们的应用实践和客户的反馈，以下参数对VR/AR设备尤其重要：

分辨率

零偏

灵敏度偏差

零偏温度稳定性

零偏时间稳定性

交叉轴灵敏度

另外，对于VR输入设备（例如手柄和手套），传感器是主要能耗器件，所以传感系统的功耗也同样重要。设备厂商在选择传感方案时，就不得不兼顾传感性能和功耗。BHI160内置高性能/低功耗六轴运动传感器、超低功耗MCU、针对VR输入设备优化设计的九轴融合算法，完全可以满足VR输入设备对传感系统性能和功耗的要求。同时，BHI160的高集成度和成熟度也可以明显缩短VR输入设备的开发周期，缩短上市时间。

传感器融合

传感器的感测原理和特性决定了没有任何单一传感器（加速度计、陀螺仪、地磁传感器）可以完美满足VR/AR设备对人体运动追踪需求。所谓的传感器融合，就是结合多种传感技术感测不同的信息，并对多种感测数据做算法融合处理。最终驱动应用的是融合处理后的数据，如姿态角、位置、手势、指令等，而非传感器输出的原始数据，如加速度、角速度等。所以，融合算法对VR/AR应用来说同样至关重要。

在VR/AR设备上比较常用的是加速度、角速度和地磁的九轴数据融合，融合数据能提供比较精准的姿态信息。针对VR/AR的使用特性，通常对九轴融合数据的刷新频率和延迟有比较高的要求，这就要求融合算法的设计和部署上必须要优化运算时间，甚至需要加入预测算法来提升整体效果。

总结

VR/AR行业潜力毋庸置疑，但制约行业发展的诸多因素也是实实在在的，但好在支撑VR/AR行业发展的基础技术的革新演进的速度比人们想象的要快得多。作为行业的基础技术之一的运动传感技术领导供应商，Bosch Sensortec凭借丰富的传感器经验、客户支持经验，也会持续优化适用于VR/AR设备的传感方案，包括传感器器件和相应的软件算法。