VR痛点猜想：光学器件不可小觑

日前，利亚德光电股份有限公司发布了拟以8.5亿元收购美国光学巨头naturalpoint，inc（以下简称np公司）100%股权的公告。致力于成为虚拟现实商业应用领创者的利亚德大手笔注资光学领域，透露了vr/ar产业哪些重要信号？
光学器件是vr三大支柱之一
今年年初以来，利亚德相继参股黑晶科技、心孚技术等多家vr公司，而本次拟收购的np公司所从事的业务领域与其以往收购标的的业务领域存在明显差异。资料显示，np公司主要为教育机构、政府机构、商业企业以及家庭游戏爱好者等客户提供高品质的3d光学动作捕捉软件、硬件及服务。
np公司旗下的主要产品包括optitrack、trickir和smartnav。optitrack是全身动作捕捉系统，包括专用的高速、高分辨率的追踪摄像头和光学追踪软件，是np公司核心及最具竞争力的产品，在北美、欧洲和中国得到了大量的使用，可广泛应用于vr游戏、数字化电影制作、无人机、生物力学与生命科学的研究与应用、模拟与训练、车辆的可视化设计、体育动作分析、工业测量等。trickir是光学动作追踪游戏控制器，可对用户的头部动作进行追踪，随着头部动作的改变，用户可以准确控制游戏中的视野，解放了双手。smartnav是免手动鼠标，用户自然运动头部，鼠标的红外线摄像机追踪头部动作，实现对计算机的完全控制。
利亚德副总经理李楠楠告诉记者，np公司拥有全球领先的3d光学动作捕捉技术，其3d光学追踪技术和动作捕捉产品处于领导地位，具有极大市场影响力。利亚德此前参股的黑晶科技、心孚技术、virtuix、magic leap等ar公司，将与np公司在技术、资源、客户、区域等方面实现优势互补，发挥协同效应，扩大市场份额。“本次收购是在原有虚拟现实业务领域的基础上，进一步开拓虚拟现实业务板块，有利于壮大公司虚拟现实业务实力，增加新的利润增长点。”李楠楠表示，“本次收购符合利亚德在vr/ar领域的发展战略规划——虚拟现实商业应用的领创者。”
对于本次收购，中科院自动化所曹煊博士的解读更为直观。“虚拟现实产业不仅仅涉及vr头盔，还涉及全景图像采集、动作捕捉、空间定位等相关技术，而光学设计在这些泛vr技术中也都有着举足轻重的作用。”曹煊在接受记者采访时表示，“光学器件的设计和大批量加工制造对于我国未来vr/ar产业的普及发展至关重要，光学器件与显示屏、处理器共同构成了未来vr/ar产业的三大支柱。”
vr光学器件设计难度大
曹煊具体分析道，对于vr头盔而言，光学设计的好坏直接影响到最后的vr体验效果，轻薄的光学透镜能有效降低vr头盔的体积和佩戴重量。例如，htc vive和oculus rift等当前主流大厂商都采用双胶合菲力尔透镜，微软hololens等ar眼镜采用光波导技术，其目的都是为了减轻产品重量，但目前仍然存在着畸变、色差、fov（视角）狭窄等明显问题。为了改善vr的体验效果，延长用户的佩戴时间，在光学设计方面还有很多工作需要做。
此前，利亚德曾入股鼎鼎大名的magic leap，该公司致力于数字光场增强现实技术的研发，属于vr/ar的显示光学部分，而此次收购的np公司业务则是实现vr/ar动作捕捉的追踪光学部分。np公司的optitrack产品采用被动式红外光技术实现动作捕捉，曹煊指出了其中光学设计的重要性：为了减少红外相机数量需要设计大角度镜头，为了延伸被采集者的活动范围要求镜头有较大的成像景深。
从成本角度来看，光学器件的成本在普通vr头盔中的比重相对较低，两块透镜的成本在几元到几十元之间。但在ar眼镜中，光学器件的成本高昂，两个光波导模块单个的价格就高达上千美元。不过，随着出货量的增加，其价格在未来有望不断降低。
vr光学器件的设计难度很大。曹煊指出，目前国产vr头盔的透镜综合性能还不及国外主流vr头盔的水平。而ar眼镜中光学器件的设计难度更高，目前以以色列lumus和美国微软hololens的光波导技术相对较好。值得庆幸的是，国内的光学设计公司在光波导技术上也在迎头赶上，例如北京耐得佳等。
关于vr光学器件的设计和制造难度，具有170历史的国际光学巨头卡尔蔡司颇具发言权。早在2014年，其就向全球市场推出了第一代虚拟现实产品vr one，以头戴式设计借助智能手机为用户提供虚拟现实体验。今年10月，蔡司更是将第二代产品vr one plus引入中国。卡尔蔡司（上海）管理有限公司副总裁王河新博士告诉记者，vr所使用的光学器件，虽然不需要像蔡司应用到半导体制造以及眼科医疗方面那样高精尖，但是仍然要求研发团队和生产团队必须拥有足够的光学技术底蕴和针对眼科人体工程学的光学设计能力，并逐步根据市场的反馈，不断完善和更新技术。
以vr产品中的目镜为例，王河新进一步分析道，将小屏幕的内容，通过目镜的放大功能，让人们进入虚拟世界，这个目镜就需要有好的质量。不仅要使整个视野都具有清晰锐利的图像质量，还需要尽可能大地改善光通过目镜产生的色散、色差、畸变、透过率及其均匀性等等问题，同时还要考虑到显示屏幕分辨率和大小的不同，这就要求设计企业具有非常好的光学功底。
同时，vr产品的整个光路设计，也是非常重要的光学技术。因为光路设计需要考虑到人们眼睛瞳距的不同，需要考虑使用者是否佩戴眼镜，这又需要对眼睛人体工程学有非常强的功底。因此，王河新强调，若要追求好的光学器件，在成本中的占比其实是比较高的。
vr普及要过光学器件关
曹煊认为，除了光学器件的设计，其大批量加工制造能力也是我国未来vr/ar产业普及发展的重要条件之一。作为国内领先的光学企业，欧菲光的产销量常年位居行业第一，该公司投资总监高楼在接受记者采访时表示，业内一致认为明年下半年将迎来vr/ar产品的市场爆发期，但是由于光学器件量产对于无尘车间、良品率等的苛刻要求，届时vr/ar产品或将面临出货量瓶颈。
近日，微软推出了售价仅为299美元的pc版vr头盔，htc vive也推出了售价为1499元的无线版升级套件。随着主流产品价格向2000元逼近，加上用户体验的不断完善，多家分析机构认为，2017年下半年vr/ar市场将迎来爆发。有预测称，vr/ar市场的全球营收将从2016年的52亿美元增长至2020年的1620亿美元，这意味着从2015年至2020年间，该领域的复合年增长率超过了180%。
“毫无疑问，虚拟现实的万亿元级市场即将到来，而虚拟现实的核心技术就是光学。vr/ar产品要想大规模投向市场，得先过光学器件大规模量产这一关。”高楼告诉记者，“光学器件的制造难度很高，尽管目前很多企业都可以实现小批量生产，但当出货量达到kk（百万）级别时，对量产能力的严苛要求便不可同日而语。如果车间洁净程度、产品良率上不去，巨大的损耗将是生产企业所无法承受的。”