虚拟现实与HMD硬件组成及分类盘点

　　1、VR/AR硬件分类

　　目前比较常规VR/AR设备套组由以下4种组成：头戴式显示设备；主机系统；追踪系统；控制器。

　　1）头戴式显示设备（HMD）：这是大家最熟悉的，俗称虚拟现实眼镜，它是一种硬件设备，放在用户眼前，让用户看到AR或VR效果。比如三星Gear VR和Facebook Oculus Rift。

　　2）主机系统：主机系统是指为HMD提供各种功能保证的设备，比如智能手机、PC等。主机系统决定了HMD设备的智能化和自动化程度。目前的VR、AR厂商也非常乐于与主机系统厂商合作，比如Oculus与PC品牌厂商合作推出的“Ready PC Program”项目、华硕和Alienware的几款高端PC产品已经获得了Oculus的认证，可全面支持Oculus Rift。

　　3）追踪系统：追踪系统一般作为HMD的外设，当然也可以被整合到设备中去。一般包括内置传感器、陀螺仪和磁力计。追踪系统是通过捕捉用户运动来创造一种沉浸式的体验，比如你带着HMD设备抬头，那屏幕画面就可以通过接受追踪系统发送的信号把画面转化为天空。

　　4）控制器：一般作为手持设备出现，通过它可以让用户追踪自己的动作和手势。比如Oculus Touch、三星的Gear VR Rink。

　　2、HMD硬件组成

　　HMD硬件由显示屏、处理器、传感器、摄像机、无线、存储、电池、镜片组成。

　　1）显示屏：大多数HMD设备都有一至二块屏幕，主要用4K UHD或者更高的分辨率屏幕。分离式HMD设备屏幕多采用OLED，而整合式HMD用的是微投影技术。

　　分辨率：高分辨率的屏幕无意会强化VR/AR的体验感，因此UHD显示面板的市场需求在VR爆发后应该会有大幅增长。

　　OLED：OLED与LCD相比有更多的优势，比如刷新率更快，延迟度更低，这就保证用户不会在使用过程中晕屏。PlayStation VR和Facebook Oculus都采用的是OLED屏幕。

　　微投影技术：微投影在AR设备中是使用的最广泛的。Google glass采用的就是微投影技术，未来的AR设备也将广泛采用这项技术。因此，对于微投影模块厂商是一个新的机遇。

　　2）处理器：与拥有主机系统的分离式HMD不同，HMD整机是需要内置处理器的。特别是对于刷新率要求很高的VR/AR设备来说，高性能的CPU、GPU、HPU（全息处理器）显得格外重要。

　　3）传感器：传感器在HMD设备中的目的就是追踪用户眼部、头部的运动，将信息反馈给处理器，然后进行图像的刷新。它在VR/AR体验中是至关重要的，因为只有让延迟度降低，才能为用户提供真实的沉浸式的感觉。目前用于追踪动作的传感器包括：FOV深度传感器、摄像头、陀螺仪、加速计、磁力计和近距离传感器等。当前，每家VR硬件厂商都在使用自己的技术，索尼使用PlayStation摄像头作为定位追踪器，而Vive和Oculus也在使用自己的技术。

　　4）摄像机：一些HMD设备通过前置摄像头进行拍照、位置追踪和环境映射，另一些则采用内部摄像头来感知环境和周围目标。

　　5）无线连接：HMD和控制器之间采用的是无线连接技术。但由于图像的高分辨率和高刷新率，HMD和PC/游戏机之间的无线连接还有诸多技术故障需要克服。

　　6）存储/电池：内存主要用于存储/缓存VR/AR图像和视频，而VR/AR使用较高分辨率的内容，因此对内存的要求较高。至于电池，对于整合式HMD设备尤为重要，你总不希望游戏打到一半没电了吧。

　　7）镜片：滑配式和分离式HMD设备广泛均采用非球面镜片，它们拥有较短的焦距，与其他镜片相比拥有更高的放大率和更广的视野。Oculus Rift、HTC Vive和PlayStation VR采用的都是非球面镜片。

　　3、HMD厂商、材料成本和销售价格

　　1）滑配式HMD设备

　　滑配式是目前最初级的HMD设备，只要一部智能手机，就可以把2D变为3DVR现实。

　　厂商：谷歌Carboard、三星Gear VR

　　谷歌Carboard：目前最廉价的VR硬件产品。不过和其他配备动作追踪传感器的设备而言，体验也较差。作为一款入门产品，推荐给想初步体验VR的用户。

　　三星GearVR：由三星和Oculus联合开发。虽然工作原理与谷歌Carboard类似，但Gear VR的效果更出色，配备了内置的追踪传感器，先进的3D镜片和塑料壳。

　　材料成本：高盛预计，类似于三星Gear VR的滑配式HMD设备的材料成本在80美元至90美元之间。

　　平均销售价格：最新版本的三星Gear VR（2015年第三季度推出）目前售价99美元。以此作为基准，高盛认为滑配式HMD设备的平均销售价格约为100美元。

　　2）分离式HMD设备

　　分离式HMD设备较滑配式HMD设备复杂，内置多种电子零部件。两者的主要不同是，分离式HMD设备拥有自己的显示屏，也可能配备自己的处理器，提供简单计算能力。

　　虽然分离式HMD设备不能独立于主机系统而工作，但却为VR市场创造了新的机会，因为主机系统已不再局限于智能手机，PC和视频游戏机也能用于提供VR体验。总之，分离式HMD设备能提供高质量的VR体验。

　　厂商：Facebook Oculus Rift、HTC Vive、PlayStation VR

　　Facebook Oculus Rift：Oculus Rift依赖于主机系统（PC）作为主要计算平台。特别之处在于其定位传感器，由至少40个IR LED和一个单独的摄像站组成。这套追踪系统的工作机制是：由LED发出红外线，而摄像站（位于房间的一角）能感知IR光线的变化。由于LED面对不同的方向，不仅用户的位置能够被感知，用户的方向也能被感知。

　　HTC Vive：由HTC和Valve联合开发。由于主要面向游戏玩家，HTC Vive也采用了与Oculus Rift类似的高分屏。控制器定位系统Lighthouse采用的是Valve的专利，它不需要借助摄像头，而是靠激光和光敏传感器来确定运动物体的位置，也就是说HTC Vive允许用户在一定范围内走动。这是它与另外两大头显Oculus Rift 和PS VR的最大区别。

　　索尼PlayStation VR：主机系统是PlayStation 4游戏主机。PS VR的追踪系统基于PlayStation摄像头和HMD设备商的LED灯。为了提高输入信号的质量，索尼把数字信号处理单元转移入PU（处理器单元）盒中。这可以更好地处理来自游戏主机的数字信号，然后发送给HMD设备和电视机。

　　材料成本：高盛预计，分离式HMD设备的材料成本在350美元至500美元之间。其中，Oculus Rift为500美元，HTC Vive为400美元，而PlayStation VR为350美元。

　　平均销售价格：Oculus已经表示，将以材料成本价格出售Oculus Rift。因此高盛认为，平均销售价格将与我们预期的材料成本一致，即350美元至500美元。

　　3）整合式HMD设备

　　整合式HMD设备拥有强大的计算能力和追踪系统。当前，整合式HMD设备主要为AR HMD。作为一款独立的计算设备，整合式HMD设备将配备一整套零部件，价格甚至高于普通PC。VR/AR数字信号所需计算能力远超传统的2G图形。

　　厂商：微软HoloLens

　　微软HoloLens：HoloLens的三大主要零部件是处理器、显示屏和摄像头。有报道称，HoloLens采用英特尔最强大的处理器Atom Cherry Trail，拥有2.7GHz的主频，支持无线充电。再加上GPU和HPU，导致微软HoloLens的成本较高，相信短期内不可能获得规模经济。至于显示屏，微软使用了2个HD微投影系统来确保镜片透明。谷歌眼镜使用的是LCos显示模块，相信微软HoloLens也采用同样的模块。此外，HoloLens至少拥有7个摄像头来追踪用户动作，感知周围环境。

　　材料成本：微软HoloLens将采用三个处理单元，合计成本约为375美元。而整体HoloLens的材料成本预计为1500美元。

　　平均销售价格：以微软HoloLens为基准，高盛预计整合式AR HMD设备的平均销售价格约为1500美元。