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AR 将成为 VR 之后的下一爆发点

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核心观点:

 1. VR技术逐步成熟叠加5G基建提速,AR将成为VR之后的下一爆发点。
AR(Actual Reality) 为增强现实,能通过图像、视频、 3D 模型等技术为用户提供基于真实环境的补充或增量信息。与 VR 侧重游戏、视频、直播与社交等 C 端市场不同, AR 侧重于工业、军事等 B 端垂直应用,因此 AR 早期发展快于 VR, 从 2016-2020 年的增速来看, AR 市场规模从十几亿到 900 亿美元,增幅巨大,而 VR 市场只出现了缓慢的增长,但高技术和成本门槛亦制约了 AR 在 C 端应用, 尤其是在算力以及光学方案上,产业链成本显著高于 VR。 随着 VR 技术逐步成熟以及 5G 基建的提速, 目前各大科技公司如苹果、Facebook、谷歌和微软等企业均在 AR 领域进行深入布局, AR 是蕴含广阔产业发展红利,预计 2020-2024五年期间 VR/AR 终端出货量增速约为 86%,其中 VR、 AR 增速分别为 56%、 188%,预计 2023年 AR 终端出货量有望超越 VR,我们认为 AR 将成为 VR 之后的下一爆发点。

2. AR产业链上游传感器与光学组件增量最大, 目前下游应用主要集中在B端,C端放量值得期待
AR硬件产业链包括芯片、摄像头和传感器、光学显示、存储环节。 以微软的HoloLens为例,光学显示和处理器的成本占比较高,分别为43%和31%,为价值量最高的环节。AR光学系统方面,AR光学成像方案的技术升级路径相对明确, 光波导有望成为主流方案, 显示系统方面, 硅基OLED与DLP/LCOS仍是当下主流。但长期来看,Micro LED将成为AR显示的最佳解决方案。 目前下游应用主要集中在B端,但AR眼睛与智能手机结合实现观看电视、游戏等多领域的应用场景已经在海外市场跑通, 随着光波导方案的成熟、工艺成本下降以及AR生态建设的完善,我们认为以独立产品形态出现的AR眼镜或成为C端渗透率的关键所在。


风险提示:AR技术发展不及预期,AR出货量不及预期


1. VR技术逐步成熟叠加5G基建提速,AR将成为VR的下一爆发点

1.1 AR 早期发展快于 VR, 但当前 AR 产业主要以 B 端为主, 产品形态及价格尚未达消费级水平
AR 与 VR 目前的应用场景差异较大。AR(Actual Reality) 为增强现实,能通过图像、视频、 3D 模型等技术为用户提供基于真实环境的补充或增量信息。 AR 与 VR 两者在关键器件、终端形态上相似性较大,在关键技术上也有重叠之处;但二者应用场景差异较大, VR 侧重于游戏、视频、直播与社交等 C 端市场, AR侧重于工业、军事等 B 端垂直应用。

应用场景的不同决定了 AR 早期发展快于 VR,但高技术和成本门槛制约 AR 在 C 端应用。AR 最初应用于工业与军事等 B 端领域, 如 2014 年谷歌的 AR 眼镜 Google Glass、 2015 年微软的 HoloLens 1、 2018 年Megic Leap One 等,因此 AR 硬件在整个产业链中存在先发优势, 发展快于 VR。 从 2016-2020 年的增速来看, AR 市场规模从十几亿到 900 亿美元,增幅巨大, 而 VR 市场只出现了缓慢的增长。

 但 AR 的高技术和成本门槛制约了 AR 在 C 端应用,其爆发依赖于 VR 产业。首先, 在产品技术难度层面AR 显著高于 VR, 上游核心技术还并不成熟,诸多技术环节还在研发阶段。 (1) 算力: AR 要用非常复杂的算法并且实时运行从而理解场景, 对算力要求比 VR 高一个数量级,目前的 CPU、 GPU 无法支持; (2)光学方案: VR 对于头显外观和体积的容忍度更高,而全天候佩戴的 AR 眼镜则需要更轻量化、外观更日常。因此, AR 需要尽可能缩小显示单元,进而增加像素密度,因此需要采用较为昂贵的透镜,且还需要混合的光学模组结构将数字内容与真实世界融合。 因此,在光学解决方案上, AR 相比 VR 的难度大大提高。 其次, 在轻便的 AR 硬件上实现足够存储空间、 传输速率以及续航能力,亦是对 AR 硬件降本至消费级水准的重要挑战。 整体来看, AR 在 C 端的爆发依赖于现阶段 VR 的发展,为其打下良好的技术基础和用户基础。


1.2VR技术逐步成熟叠加5G基建提速,AR将成为VR之后的下一爆发点

如前所述, AR 在 C 端的大规模应用有赖于通过 VR 产业发展实现成本的大幅下降。 伴随着 VR 产业迎来快速发展,全球产业链硬件端能力已有显著提升, 上游的芯片、光学零组件、显示等核心环节已有国内企业布局,如歌尔股份已具备基于衍射光栅的全息波导 AR 镜片从纳米压印到模 组装配全工艺流程量产制造服务能力, 灵犀微光全球范围内率先量产低成本光波导镜片。同时全球 5G 基建提速, 5G 技术的全面推广亦将解决 AR 低延时传输需求。目前各大科技公司如苹果、 Facebook、谷歌和微软等企业均在 AR 领域进行深入布局, AR 是巨头们看好的下一个大蓝海,其蕴含广阔产业发展红利,预计 2020-2024 五年期间 VR/AR终端出货量增速约为 86%,其中 VR、 AR 增速分别为 56%、 188%,预计 2023 年 AR 终端出货量有望超越 VR,我们认为 AR 将成为 VR 之后的下一爆发点。

 2 AR产业链分析: 上游传感器与光学组件增量最大,下游应用集中在B端,C端放量值得期待

2.1产业链上游: 传感器与光学组件等细分领域的投资确定性较高
AR硬件产业链包括芯片、摄像头和传感器、光学显示、存储环节。目前的AR设备种类繁多,包括双目式、单目式、插入式、隐形眼镜式、静态全息显示器、车载AR等多种。 我们以微软的HoloLens为例,HoloLens主要部件包括深度感应摄像头、4个环境感应摄像头、全息处理单元HPU、Intel Atom x5-Z8100CPU、一块16.5Wh的电池、3层衍射光栅+LCOS的光学显示方案。 其中, 光学显示和处理器的成本占比较高,分别为43%和31%;其次则是存储(15%)、摄像头和传感器(8%)。

AR光学主要包括显示与成像两个子系统, 光波导是AR主要的光学元器件。AR的光学元件和VR有较大不同,需要真实环境发生交互。 因此AR的显示是不能直接放在眼前,需要放到眼睛旁边,这时需要一组光学元件将屏幕的像耦合到眼前。AR光学元件正在由自由曲面/Birdbath等向光波导演进。自由曲面等传统光学元件由于体积过大, 用其制作的产品笨重。 主流AR厂商大多使用光波导方案,可以让眼睛尺寸大幅缩减; 但光学损耗很大,效率只有20%左右,需要光机进行配合。

成像系统方面,AR光学成像方案的技术升级路径相对明确, 光波导有望成为主流方案。短期来看,由于成本可控,工艺较为成熟,自由曲面/Birdbath仍会在C端AR市场占有一席之地,但光波导被视为满足未来C端AR眼镜成像需求的主流解决方案,这主要是因为光波导能够实现光的全反射,即光机完成成像后,将光耦合进入波导的玻璃基底, 通过“全反射”原理将光传输到眼镜前方, 再释放出来。 光波导的“全反射”在保证成像清晰、图像对比度高的基础上,还能为用户提高较大的视场角FOV。 但目前由于光波导镜片工艺复杂,加工耗时, 短期成本难以降低, 量产难度较大,待产业链突破量产瓶颈后, 将实现快速渗透。

显示系统方面, 硅基OLED与DLP/LCOS仍是当下主流。硅基OLED是自由曲面/Birdbath的主要搭配显示方案,但其亮度存在局限性, 同时由于OLED方案的光的亮度小,如果配合光波导在户外使用效果不佳。所以硅基OLED方案会限制AR的使用场景,从产业发展趋势来看未来将不是主流方案。 光波导方案目前主要与LCoS或DLP显示搭配,两者均能实现较高的亮度,但系统复杂度较高,成本高昂。

长期来看,Micro LED将成为AR显示的最佳解决方案。LED有着高亮度、低延迟、低功耗等先天优势。JBD已于2020年实现了点间距5μm,5,000DPI的单色Micro LED晶圆量产。 随着海兹定律推动LED成本持续下探,我业内普遍对MicroLED方案达到共识,因为各维度参数没有死角,非常适用AR的应用场景。但当前由于该技术还在研发中,预计25年左右可以初步看到量产方案。 我们认为Micro LED将成为AR显示技术的必然选择。

2.2产业链下游: 目前AR应用集中在B端,XR设备仍以国外品牌为主流

操作系统方面, 目前市场大部分AR厂商的操作系统主要是基于安卓做二次开发。但几家大型AR企业均在自研操作系统。 如Hololens推出基于Windows的OS,Magic Leap则重新打造Lumin OS。总体看目前整体市场还没有出现完善的操作系统。

AR眼镜光学模组元件工艺复杂、成本高昂限制,目前AR应用仍集中在B端。根据UploadVR,2018年微软Hololens与美国陆军签订4.8亿美元订单(将为军事人员配备HoloLens原型机,以四个增量采购大约2500个IVAS原型),2021年再得219亿美元订单(将在10年内为美陆军提供12万套AR头盔)。2021年HoloLens拿下美陆军219亿美元AR订单。但随着2014年谷歌AR眼镜GoogleGlass、2015年微软HoloLens1、2018年MegicLeapOne等一系列AR眼镜发布至今,C端的应用需求也有显著增加。

独立产品形态的AR眼镜或成为C端渗透率的关键所在。目前AR产品形态主要以分体式AR眼镜为主,因形态轻盈以及佩戴舒适度佳, 目前AR眼睛与智能手机结合实现观看电视、游戏等多领域的应用场景已经在海外市场跑通,我们认为随着光波导方案的成熟、工艺成本下降以及AR生态建设的完事,我们认为以独立产品形态出现的AR眼镜或成为C端渗透率的关键所在。


3 AR产业链相关公司一览



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