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详拆苹果MR头显:会用到哪些新技术和新硬件?

2023-06-05 09:14:13
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在不到一周后举行的WWDC大会上,苹果将发布其继iPhone、iPad、Mac、Apple Watch之后全新硬件平台——一款名字可能是Reality Pro的MR头显。

这款被苹果寄予厚望,有望开启虚拟现实行业iPhone时刻的重磅产品,将用到哪些新技术和新硬件?

安信证券分析师王晶晶在最新研报中对此进行了分析。

以下为研报内容:

光学:3P Pancak+可变焦

Pancake 逐步成为主流光学方案,苹果 MR 有望搭载。VR 光学沿着“非球面透镜—菲涅尔透镜—Pancake〞路径发展,相比于菲涅尔透镜方案,Pancake 方案优势明显:

1)轻薄化,采用多镜片折叠光路设计有效减小镜片组厚度,厚度较菲涅尔方案减少 50%+,重量减轻 30%+;

2)可提高边缘成像质量,降低图像畸变;

3)支持屈光度调节,一般可支持 0-700°屈光度调节。

Pancake 方案还可通过动态变焦解决VAC(视觉辐辏调节冲突)问题,苹果在可变焦方向上研究多年,拥有多项动态变焦专利。苹果于2019年、2020年、2021年、2022年,一直在探索和完善一种基于视网膜投影的3D动态变焦VR显示技术。VR 设备中屏幕光线没有深度信息,焦点定在屏幕上,辐辏和调焦的位置发生了分离,从而产生视觉辐辏调节冲突,引发视觉疲劳、晕眩等问题。

苹果MR采用3P Pancake方案:三片装的Pancake方案,能够实现目前Pancake中最大的120°视场角,由台湾光学厂商玉晶光、扬明光代工。

显示:龙头示范效应,有望推动硅基OLED方案普及

显示方案发展超势:AMOLED-Fast LCD(Mini LED背光)-Micro OLED。早期VR头戴式设备大部分采用普通LCD,而后逐渐被OLED取代。

2016年前后,OLED技术尝试用于VR设备中,并一度成为VR设备生产商的首选。2018年以后,Fast-LCD技术的出现让LCD逐渐成为主流选择。

自2022年起,显示方案进一步迭代,行业龙头开始使用带有Mini LED背光的Fast LCD显示面板,或者使用硅基OLED (OLEDoS),来提升显示性能,如苹果MR将使用Micro OLED显示方案,Quest Pro使用Mini LED背光的Fast LCD显示面板。

苹果 MR 的 Micro OLED 屏幕将由索尼提供,其他厂商亦在积极扩建 Micro OLED 产能。三星 Micro OLED 产线预计24 年量产,且计划于25年进一步扩产;LG 正与 Meta、海力士合作开发 Micro OLED 面板,计划用于 Meta XR 产品;Kopin 在国内的两条新建产线将于25年起陆续投产。京东方二期产线预计 24 年 1月建成,年设计产能 523 万片;TCL子公司华星光电&英寸产线在建,达产后每年可供应 62.4 万台XR设备;清越科技将使用 IPO 募投资金扩建 Micro OLED 产能。随着 2024 年起各大厂商 Micro OLED 新建产能逐步落地,Micro OLED 成本有望逐步下探。

交互:支持全彩透视与眼动追踪

VR/AR/MR的交互方式需被重构,一方面是交互方式变得更加多样化,另一方面是交互体验更加接近自然的体验。苹果最有希望定义新一代硬件VR/AR/MR的交互方式。苹果一向喜欢打造一个突破性的交互界面,使其产品和竞争对手拉开差距。在iPod时代,是点击轮;在iPhone和iPad时代是多点触控;在Apple Watch时代是数字皇冠 (Digital Crown)。而在MR头显产品上,则很有可能是眼动交互或者手部交互。

苹果MR头显将会有通过外部摄像头追踪手部定位,以及通过内部传感器读取眼睛的相关数据。用户可以通过眼动交互来选择某个按钮、应用程序或者是列表项目,然后通过拇指和食指捏在一起的动作激活某个特定的任务。

目前,苹果已经有至少3项专利涉及到眼动追踪技术,如通过3颗眼动摄像头完成眼动分析、如何处理眼动追踪中的数据过滤等。同时,苹果也有多项专利探索智能戒指、手指传感器、裸手交互等方向。

目前主流透视方案为视频透视。视频透视又分为黑白透视和全彩透视,黑白透视下数字内容与物理背景存在明显脱节感,难以实现真实世界交互融合,全彩透视包括透视、空间锚点、三维重建和环境理解四个环节,能够实现更高精度、色彩更丰富的画面效果。22H2 以来多款新品开始搭载全彩透视摄像头,包括创维 Pancake 1 Pro、 Pico 4、 Quest Pro、奇遇mix 等,全彩透视有望成为 MR标配。

苹果 MR 支持全彩透视,可实现 VR 和 AR 两种模式。苹果MR配备两个与索尼集团合作开发的超高分辨率显示器来处理VR模式,以及一系列外部摄像头来实现AR的“直通模式〞。与现有产品快速切换的方式有所区别,苹果 MR 用户可通过转动特定旋钮,在VR 和AR 模式间进行渐进式平滑切换。(苹果MR能够通过滚动技键,调整数字信息逐新淡出视野,更好地与现实世界直接结合,或许能够为MR内容交互提供更多的空间。)

芯片:M2加持性能领先

苹果MR预计将采用双芯片设计,即图像信号处理器(代号 Bora)+SoC芯片(代号 Staten),SoC 芯片预计为 M2 系列芯片。

M2 系列芯片包括 M2 基础版、M2 Pro 和 M2 Max 三款芯片,均采用台积电二代 5nm 工艺,目前 M2 Pro和 M2 Max 已搭载于MacBook Pro。

M2 Pro:12 核 CPU+19核 GPU+32GB内存,内部集成 400亿只晶体管,CPU、GPU 处理速度较 M1 Pro分别提高 20%、30%;

M2 Max:性能较 M2 Pro 更强,12 核 CPU+38核GPU+96GB 内存,内部集成 670 亿只晶体管,内存带宽是M2 Pro的2倍、M2的4倍。

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