VR/AR的現狀

過去的2016年，VR/AR無疑是消費類電子產品市場最為火熱的話題之一。2017年初的CES展上，更是有超過70家VR/AR廠商參展，比2016年增加近50%，號稱史上最大規模的VR展覽一點也不為過。2016年雖被稱為“VR元年”，但是VR的歷史可以追根朔源到上世紀初期。

VR的概念早在1935年就被美國作家Stanley G Weinbaum在其所著科幻小說中提出。

1968年，哈佛大學教授Ivan Sutherland在其學生Bob Sproull的幫助下創造了第一臺VR/AR頭戴顯示系統。1990年代之前，VR還基本停留在實驗室或者小眾應用中，不為大眾所知。

1991年，世嘉宣布了Sega VR頭戴設備，并首次使用慣性傳感器來追蹤使用者頭部運動并做出響應。同樣在1991年，游戲公司Virtuality發布并量產了VR娛樂系統，并且在舊金山的Embarcadero中心搭建了體驗店，讓普通大眾有機會真正體驗VR。

整個1990年代，許多研究機構、實驗室、知名公司相繼投入VR/AR的研究開發，可謂是VR/AR的第一個高潮期，相較而言進入新世紀的頭10年，VR/AR領域顯得波瀾不驚、乏善可陳。

2010年,天才少年Palmer Luckey設計了Oculus Rift的原型機，并第一次在消費類VR頭顯上把視場角提高到了90度。

2013年,Valve在VR的低余輝顯示技術上取得重大突破，難能可貴的是他們在業內免費分享了他們的成果，Oculus隨后將這一技術應用于他們的頭顯，用戶體驗得到極大提升。

2014年,Google宣布了Cardboard項目，一個簡單到不能再簡單的硬紙殼加上兩片光學鏡片，用戶只要花上幾十塊人民幣（甚至更低）就可以使用自己的手機來體驗VR了。用戶體驗當然不是Cardboard的重點，它更像是在給整個VR行業做科普和推廣，讓VR這一高不可攀的應用一下子走入尋常百姓家。

2015年，HTC和Valve合作推出了HTC Vive頭顯和控制器，Vive以其優異的用戶體驗樹立了VR行業的性能標桿，時至今日依然無人能出其右。

同年，手機巨頭三星和Oculus合作推出了Gear VR頭顯設備。雖然類似于Cardboard要配合手機使用，但Gear VR在頭顯中配備了專用的頭部運動追蹤單元、精心設計的光學系統，加上Galaxy S/Note系列手機的卓越性能，Gear VR無疑是迄今為止性價比最高的方案。三星的這一做法隨后被眾多國內手機廠商紛紛效仿，相繼推出類似的手機盒子搭配自家旗艦手機的VR方案。

2016年，全球VR/AR行業百花齊放，國際巨頭動作不斷，國內廠商也不甘示弱，傳統硬件設備廠商自不必說，軟件系統廠商、互聯網公司、電商平臺、游戲公司、內容廠商、政府、教育機構等都生怕錯過這一大熱門，紛紛磨拳擦掌準備大干一番。Google向來是干大事情的，兩年前的Cardboard是投石問路，Daydream VR生態系統才是Google的目的，毫無疑問，未來的Daydream之于VR就像是今天的Android之于智能手機。Google推出的Pixel手機配合Daydream View率先支持了Daydream VR，聯想的Moto Z、華為的Mate 9 Pro、華碩的ZenFone AR也都先后支持了Daydream VR，相信2017年會有更多的手機廠商相繼加入進來。

Microsoft除了獨自在做的AR眼鏡HoloLens外，也籠絡了一眾伙伴（HP、ASUS、Lenovo、DELL、Acer、3Glasses）基于Windows 10做起了VR頭顯。Sony借助PlayStation游戲主機的深厚群眾基礎，推出了PS VR頭顯，并且收獲了非常不錯的市場反饋，大有后來居上之勢。Facebook、阿里巴巴、騰訊、京東等互聯網公司也都有各自的VR計劃，并在穩步實施中。主機芯片大廠Qualcomm和Intel除了針對VR/AR推出各自的專用芯片，更是祭出了各自的參考設計Snapdragon VR820和Project Alloy ……

VR/AR的火爆，當然不能只體現在硬件設備上，只有硬件的火爆只會是曇花一現，內容和應用才是VR/AR的血和肉，才能讓VR/AR生動起來。游戲、視頻內容、直播、色情、社交、零售、工程、教育等應用領域在這一年也都風生水起。

這么看來，說2016年是VR元年也不為過。我們能在市場上看到的VR/AR產品形態也是五花八門，粗略梳理一下有以下幾類：

手機盒子
Cardboard

頭顯

特征

低成本

用戶體驗因手機而異

因應用而異

通常相對較差。

功能

僅提供手機的頭戴支撐和近眼顯示的光學鏡片。完全依賴手機的處理器、顯示器和運動傳感器。適配眾多手機機型。

插手機式VR頭顯

Slotted VR headset

頭顯

特征

較經濟的VR方案。

常搭配使用的

手機配置很高，

整體用戶體驗可以接受

功能

除了提供手機的頭戴支撐和光學鏡片外，還配備專門的頭部運動追蹤單元。頭部運動數據通過高速通信接口（如USB）傳給手機。依賴手機的處理器和顯示器。僅適配有限的特定手機機型

分離式VR

頭顯

Discrete VR headset

頭顯

特征

用戶體驗最好。

但是要通過線纜

連接主機，

使用空間受限。

功能

頭顯配備完整的近眼顯示單元。配備運動傳感器，并結合光學系統追蹤佩戴者的頭部姿態和位置。通過線纜與PC主機連接，PC主機負責處理數據并把畫面送回頭顯。

VR一體機

Integrated VR headset

頭顯

特征

使用空間不受限，

又被稱為移動VR。

用戶體驗參差不齊。

功能

不依賴手機和PC主機，VR頭顯上完整配備了處理器、顯示器和運動傳感器或位置追蹤傳感器。

AR眼鏡/手機/頭盔

頭顯

特征

光學＋3D重構畫面，

大多數情況裸眼可達成效果，

用戶代入感更強

功能

不同于VR把用戶和現實世界完全隔離，AR在用戶看到的現實畫面上疊加虛擬畫面信息。

VR手柄

輸入設備

特征

設備雖然簡單，

但對VR用戶的完整體驗

顯著提升

尤其提升用戶互動性。

功能

通過手柄上的運動傳感器和光學系統追蹤用戶手的姿態、位置和狀態。信息會被實時無線傳輸到VR主機，跟VR內容做交互。通常也會配備有限的幾個按鍵或觸摸板，來做人機互動。

VR手套

輸入設備

特征

實現方式相對復雜，

但是由此帶來的交互內

容更豐富，交互方式更自然。

功能

在一個手套上使用多顆運動傳感器來追蹤使用者手掌和手指的完整動作。動作信息傳輸到VR主機，用戶雙手可以逼真地參與到VR內容。

制約VR/AR發展的關鍵因素

雖然現如今VR/AR話題火熱，市場也時不時放出大招搏人眼球，但整個行業的發展仍舊處于不確定的初期階段，制約行業健康發展的因素諸多，如基礎設施、政策、應用、內容、社會倫理等等。如果以上這些都不是問題，早晚會被解決，那么VR/AR設備本身是否準備好了呢？

佩戴舒適性、便攜性

VR/AR頭顯需要長時間佩戴在人體感官最為豐富的頭部，不可忽略的重量會是使用者能否廣泛接受的一個主要障礙。

便攜始終是個人消費電子產品的不變的追求，便攜才能拓展使用空間和時間。“龐大”的體積和不規則的外形，目前嚴重影響著VR/AR頭顯的便攜性。

感官呈現效果

如果佩戴舒適性和便攜性不成問題，消費者有意愿體驗并擁有VR/AR頭顯，VR/AR設備接下來帶給用戶的感官體驗才會牢牢抓住他們，或者使他們感覺上當受騙了。這里我們說的感官，不僅僅是指視覺，還包括聽覺、觸覺，甚至嗅覺。當然，視覺是VR/AR頭顯設備最主要的內容呈現方式，視覺呈現效果好，VR/AR頭顯設備會大概率地成功。

視覺

VR/AR頭顯不同于消費者過往接觸的傳統顯示設備，它是近眼顯示、移動顯示設備。

所謂的移動顯示，就是隨著佩戴頭顯的用戶頭部移動，頭顯應當精確呈現相對應的場景。否則，會引起用戶的眩暈感，或者叫暈動病/運動病，類似生活中遇到的暈車、暈船的感覺。回到VR/AR頭顯，當用戶頭部轉動了一定角度，如果顯示呈現的并不是轉動相應角度后的場景；或者用戶保持不動，而顯示出現場景漂移，用戶都會出現不同程度的眩暈感。這里就對用戶頭部運動的精準追蹤（準確且低延遲）提出了很高的要求。

聽覺、觸覺和嗅覺

相對于視覺呈現會主要決定VR/AR頭顯的用戶體驗效果、解決用戶的基本需求，聽覺、觸覺和嗅覺會讓VR/AR的沉浸感有質的飛躍。但是，聽覺、觸覺和嗅覺的呈現，會極大程度地提高VR/AR的設計復雜度，對內容的要求和使用場景的要求都會進一步提高，所以，短期之內，這些方面應該不太會成為VR/AR發展的障礙。

互動性

良好的感官呈現已經能抓住大部分的消費者了，是他們愿意投入金錢購置VR/AR設備，但是他們會投入多少時間來消費VR/AR呢？內容當然非常關鍵，不過不是今天我們這里要討論的重點。增加VR/AR設備的互動性，讓用戶能夠自然地控制虛擬設備、與虛擬世界自然地交流、以第一人稱的角色參與其中，我們確信，唯有這樣用戶才愿意投入大量的時間成本沉浸在VR/AR營造的世界里。

人體動作追蹤

人類在與真實世界的互動中，會用點頭或搖頭表示同意、贊賞、反對或無奈，會用手腳來執行大腦給出的指令。VR/AR呈現的虛擬世界中，我們同樣希望用身體來跟外部世界做自然的互動。所以，VR/AR設備就要準確地追蹤人體動作，識別人體動作，進而在虛擬世界里執行人體動作。

語音識別

語音是人類向外部世界傳達信息的重要途徑，作為VR/AR設備同樣需要聽到用戶的聲音，識別語音并作出響應。

結合了人體動作追蹤和語音識別，用戶與虛擬世界的溝通互動才能自然豐富。

解決方案

Bosch Sensortec作為MEMS運動傳感器全球領導廠商，我們一直密切關注著VR/AR行業，和我們的合作伙伴積極溝通，并從傳感器器件、算法和應用上為行業的發展助力。

傳感器

針對VR/AR的產品特性，Bosch Sensortec推出的六軸運動傳感器（三軸加速度計+三軸陀螺儀）BMI055和BMI160，九軸運動傳感器（三軸加速度計+三軸陀螺儀+三軸地磁傳感器）BMX055和BMX160，因為其優異的性能，在全球VR/AR頭顯設備中擁有絕對領先的市場占有率。

六軸智能傳感器BHI160和九軸智能傳感器方BHI160+BMM150，憑借其優異的傳感器性能和內置的融合算法，為VR/AR輸入設備（例如手柄和手套）提供了交鑰匙（Turn-key）的傳感器解決方案。

說到運動傳感器的性能，根據我們的應用實踐和客戶的反饋，以下參數對VR/AR設備尤其重要：

分辨率

零偏

靈敏度偏差

零偏溫度穩定性

零偏時間穩定性

交叉軸靈敏度

另外，對于VR輸入設備（例如手柄和手套），傳感器是主要能耗器件，所以傳感系統的功耗也同樣重要。設備廠商在選擇傳感方案時，就不得不兼顧傳感性能和功耗。BHI160內置高性能/低功耗六軸運動傳感器、超低功耗MCU、針對VR輸入設備優化設計的九軸融合算法，完全可以滿足VR輸入設備對傳感系統性能和功耗的要求。同時，BHI160的高集成度和成熟度也可以明顯縮短VR輸入設備的開發周期，縮短上市時間。

傳感器融合

傳感器的感測原理和特性決定了沒有任何單一傳感器（加速度計、陀螺儀、地磁傳感器）可以完美滿足VR/AR設備對人體運動追蹤需求。所謂的傳感器融合，就是結合多種傳感技術感測不同的信息，并對多種感測數據做算法融合處理。最終驅動應用的是融合處理后的數據，如姿態角、位置、手勢、指令等，而非傳感器輸出的原始數據，如加速度、角速度等。所以，融合算法對VR/AR應用來說同樣至關重要。

在VR/AR設備上比較常用的是加速度、角速度和地磁的九軸數據融合，融合數據能提供比較精準的姿態信息。針對VR/AR的使用特性，通常對九軸融合數據的刷新頻率和延遲有比較高的要求，這就要求融合算法的設計和部署上必須要優化運算時間，甚至需要加入預測算法來提升整體效果。

總結

VR/AR行業潛力毋庸置疑，但制約行業發展的諸多因素也是實實在在的，但好在支撐VR/AR行業發展的基礎技術的革新演進的速度比人們想象的要快得多。作為行業的基礎技術之一的運動傳感技術領導供應商，Bosch Sensortec憑借豐富的傳感器經驗、客戶支持經驗，也會持續優化適用于VR/AR設備的傳感方案，包括傳感器器件和相應的軟件算法。