【年度专题】2023 年最被关注的九大 XR 技术

2024-02-23 14:31

文/VR陀螺元桥

近几年，XR 行业发展起起落落。2023年，XR 新兴技术则是让人眼花缭乱，从 VR 的 Pancake、单眼 4K Micro OLED、全彩 VST、语音+手势+眼动的交互方式，到 AR 的单片全彩 Micro LED、交互指环、单目 Slam，等等。

技术的落地，能够进一步释放 XR 设备的潜力，苹果 Vision Pro 的到来就是一个很好的说明。站在技术飞速发展的十字路口，VR陀螺观察了2023年度最值得关注的几大 XR 技术趋势，包括显示、芯片、屏幕等，这些技术的发展并不仅是单点突破，而是相互交织，推动着 XR 行业不断向前跃进。

VR/MR篇

01 光学方案：Pancake 3P 短期内很难实现主流

VR 光学方案技术主要经历了非球面透镜、菲涅尔透镜与 Pancake 方案三个阶段。

由于 Pancake 方案不仅可以实现将 VR 光学总长（TTL）缩短至 15-20mm「非球面透镜与菲涅尔透镜的 TTL 大致在 45-50mm」，并且还能做到大幅减轻 VR 设备的厚度与重量，已成为当下 VR 设备实现轻便化的最优解。

据 VR陀螺不完全数据统计显示，2023 年新发布的 VR 新品几乎均已采用 Pancake 光学方案，尤其是在苹果发布 Vision Pro 之后，又进一步推动了 Pancake 成为主流光学方案；不过还有少数头显采用菲涅尔透镜，而非球面透镜的方案在 2022 年还能看到，2023年则很少见了。

值得一提的是，为了达到更好的视场效果，苹果 Vision Pro 采用了全新的 Pancake 3P 光学方案「P 代表镜头」，三片装的 Pancake 方案，能够实现目前 Pancake 中最大的 120° 视场角。相信体验完 Vision Pro 的人，已经感受到了一波视觉冲击力。

苹果给了市场新思路但相应的成本也更高，Vision Pro 的 3P 光学方案总成本大概在 80 美元左右「折合人民币 570 元左右」，超出了很多厂商的成本管理。

目前市面上大多数厂商会优先选择 Pancake 2P 或者 1P 光学方案，如 Meta、PICO，2P 的方案相对于 3P 减少了一个镜片，具有一定的成本优势，同时可控性也高，并且成像效果也相对有保障，是大多数厂商选择的最优解。

此外，Pancake 3P 光学方案在设计上也相对复杂，尤其体现在贴膜技术上，Pancake 光学方案中的贴膜环节反射偏振模、1/4 相位延时片膜材以及贴膜工艺是影响成像质量的关键因素。

其中膜材方面，全球只有 3M、旭化成等少数企业的 1/4 相位延时片与反射偏振膜能达到要求，具有很强的技术壁垒，单组透镜的贴膜材料成本就可以达到 70-100 元，且短期内很难实现降本。

由此，虽然苹果采用了 Pancake 3P 光学方案，但短期内 3P 方案很难成为主流的光学解决方案。

02 屏幕显示：LCD 仍为主流，4K Micro OLED 成为关注重点

目前，VR 屏幕显示方案的演进方向大致可分为：AMOLED、Fast LCD、Micro OLED 。

据 VR陀螺不完全统计，2023 年新发布的几款主流 VR 头显，Fast-LCD 仍为最主流的显示技术，如 Meta Quest 3、PICO 4 Pro、PICO G3 等。不过随着苹果发布 Vision Pro，Micro OLED 技术迭代开始进入了快车道。

2023 年 4K Micro OLED 已经成为了大多数产品迭代的方向，是行业关注的重点，在 CES 2024 大会上，亿镜、创维、高通均展示了其具备 4K Micro OLED 功能的产品。同时，设备的交互方式也更加贴合场景应用，而降低重量仍然是产品的主要方向。

预计未来几年，搭载 Micro OLED 的 VR 产品将会保持快速增长，而 Fast-LCD 或会加速退出市场，正如当初的 LCOS 技术方案。

据了解，韩国面板巨头三星和 LG 已在 2022 年先后宣布正式停产了 LCD 面板的决定，将重心转向了 Micro OLED 面板。

目前能够开发、生产 Micro OLED 的企业主要集中在欧美国家，包括美国 eMagin「已被三星收购」、英国 Micro Emissive Displays (MED) 、德国 Fraunhofer IPMS 研究机构、日本索尼等，国内在这方面进步也比较迅速，主要有宏禧科技、奥雷德、京东方、视涯科技、清越科技等。去年 12 月底，宏禧科技就宣布实现点亮 1.33 英寸（4K）Micro OLED微型显示器，产品正进行完整测试。

Micro OLED 采用的是 CMOS 基板，与 LCD 采用的玻璃基板不同的是 CMOS 基板控制密度高，全名 Complementary Metal-Oxide-Semiconductor「半导体结构的名称」，采用半导体制程在硅晶圆上做出无数微小的 CMOS，集成能力很强。

落实到 VR 显示上，采用 CMOS 基板可以实现高 PPI，且 Micro OLED显示器还具有厚度更薄、功耗更低、能够实现自发光、发光效率高等优点。只是 Micro OLED 有机材料的发光特性会容易氧化，使用寿命相对较短，峰值亮度不高。

考虑 Micro OLED 亮度表现并不如 Micro LED、LBS，而有机材料寿命不长也是硬伤。由此，业内普遍认为 Mirco LED 将是 X R显示技术下一代解决方案。

但从更长远的角度来看，目前 Micro OLED 的技术也并不是完全成熟，以 Vision Pro 为例，其两块屏幕成本就达到了 700 美元，占总成本比近 50%，已经够买 2 台国产机了。而 Vision Pro 产能不足的一大问题因素就在屏幕，据国金证券的预测，预计到 2027 年全球 XR 用 Micro OLED 出货量也不过 2300 万片，仅仅与 2023 年 iPhone 的平均月销量持平。

要想进一步推动 Micro OLED 向 Micro LED 过渡路还很长，需要更多面板厂商一起入局推动产业联动发展，而苹果本次能否带动 Micro OLED 产业迈向新阶段，吸引面板厂大举扩产，让人拭目以待。

03 交互范式：眼动+手势追踪潜力爆发，手眼协同体验感拉满

2022 年国内外就已有多家厂商，像 PICO 与 Meta 都将眼动追踪加入了头显中。但由于当时市面上产品都在发力 B 端，一段时间内很多用户对头显的这个功能感知都并不明显。

但随着苹果发布 Vision Pro ，眼动追踪+手势+语音一套综合交互方式在市场上释放了关键信号。据业内不完全统计，2023 年上半年，在 XR 线上市场中，支持眼动追踪功能的产品份额已提升至 7.7%。

本轮体验完 Vision Pro 的用户大概已经感受到了 Vision Pro 交互的魅力，不仅手眼协同的精准度极高，还弥补了真实世界的感官信息。以虚拟键盘为例，当我们伸手去触摸键盘按钮时，点击的每个字母都会随之一同变化，并且还会发出苹果一直以来保持的“哒哒”键盘声效。

此外，你在体验一些游戏时，也能传递出一些很真实的“触感”。而根据海外残障人士的体验来看，即便不依靠双手，仅仅以眼睛+语音的交互方式，也可以成功的使用 Vision Pro。看完大家的反馈以及亲身体验之后，我们发现苹果所提出的空间计算时代，空间交互是其很大特点，而通过手眼协同的操作，VR 与 AR 的融合显的更加真实。

值得一提的是，Vision Pro 交互设计的细节规则，考虑到人类视野是聚焦于画面中心最舒适，为此开发者的内容设计几乎都基于视野原理，避免引发用户进行频繁的颈部和身体转动。同时，窗口也与用户保持固定距离，以避免让人眼频繁调整焦距，适应不同焦段。

苹果以舒适的一套综合交互方式，让我们在数字世界里与物理世界联动，从更长远的角度来看，MR 或会改变人们未来的生活方式。

04 芯片：协处理芯片助力行业破局，国产协处理芯片发展空间较大

在苹果发布 Vision Pro 之后，XR 协处理芯片也引发了业内很大关注。Vision Pro 的 VST 相对于其他的 VST 差异在于可以任意调整虚实程度，通过数码旋钮来精准控制虚拟范围，而这便是靠 R1 协处理芯片完成。

很长时间以来，XR 设备都没有专属芯片，以蹭手机芯片为主。但随着 XR 设备不断对算力、延迟率、刷新率等提出高要求，专属芯片呼之欲出。

高通是较早入局的一家企业，从 2018 年高通推出 XR 领域的芯片平台 XR1 之后，高通又推出了第二代骁龙 XR2 平台。如今，市场上使用骁龙 XR 平台的终端设备，据称已经超过了 65 款，覆盖了含 VR、AR 等不同产品形态。

可以说，目前 XR 芯片市场，高通占据了较高市场，具有很强的竞争力。值得一提的是，2023 年 5 月，三星被传出旗下 System LSI 已开始迈出为 XR 设备制造处理器的第一步。作为自身就具有强大供应链的企业，三星或许在这方面也将会有惊艳市场的表现。

从蹭手机芯片到专属芯片再到 Vision Pro 的双芯片设计，XR 芯片领域的市场发展向前迈进了很大一步。

面向高端制造国产化发展的大方向，国产芯片的设计能力也在不断提升，叠加华为芯片取得了系列突破，更加增大了国内对高端制造的预期。目前国内已经涌现出一批具有自主研发能力和核心技术的高性能芯片设计企业，如联发科、耀宇视芯、万有引力等。

05 透视：全彩 VST 成为 VR 向 MR 拓展的关键技术

透视技术是 MR 的核心技术，VST 与 OST 则是 XR 设备的两种主流解决方案。AR 眼镜的透视主要采用 OST 方案，而 VST 则适用于当前主流 VR 产品形态。

在 VST 尚未成为主流方案之前，大多数 VR 头显实现沉浸感的同时也隔离了现实，而 VST 功能的应用则使得 VR 从隔离现实转向了虚实融合，进一步开启了混合现实的空间计算时代。

2023年，Meta 发布 Quest 3 被热议的一大亮点也是 VST 透视，且是全彩 VST ，相比上一代黑白环境的透视效果，全彩 VST 让视觉感更为丰富。更为重要的是，由于更接近人眼真实中看到的效果，全彩 VST 也有更强的透视感来感知物理世界，辅助我们进行空间和深度上的感知，并且具备长时间工作、游戏娱乐的可能。

扎克伯格曾自信地表示，“Quest 3 将是体验混合现实的最好设备，全世界首款主流高分辨率彩色混合现实设备。”确实，Meta Quest 3 算是打开了 MR 的大门，而苹果 Vision Pro 将VST 体验拉到了目前最高级别。

就体验来看，在光线环境好的情况下，Vision Pro 的 VST 效果很好，画面几乎不存在畸变，真实感很强，戴着 Vision Pro 查看手机、电脑，均能看清屏幕内容。而体验 Quest 3 时，可以明显看到会出现波浪纹、畸变的情况。

苹果在 VST 硬件与性能上的投入力度都相当高，早在 2018 年苹果就收购了一家专做 VST 头显的企业，而在应用与 UI 设计上，也是以 VST 优先，并且还百分百考虑到了用户使用头显的心理，专设硬件旋钮用来无极控制 VST 的程度，满足用户使用头戴设备的安全感。

众所周知，苹果对头戴设备的定义很高，将其成为空间计算平台的产品。而空间计算平台实现的基础是 VST 功能，VST 的加入改变了原有 VR 设备的局限性，使得用户与现实世界的同步交互成为了可能，提升了其在社交、办公等应用场景上的适用性。

AR篇

06 AR 光学：Birdbath 仍为主流，树脂衍射光波导进步明显

据 VR陀螺不完全统计，在 2023 年新发布的 31 款 AR 眼镜中，Birdbath 仍为主流光学方案，共计有 14 款，其次则是自由曲面与衍射光波导，分别为 6 款与 5 款。

目前，面向消费市场的主流 AR 光学方案主要有三种：Birdbath、自由曲面与光波导，棱镜光学设计方案几乎已经被市场淘汰。Birdbath 得益于设计难度与量产成本的优势，占据市场份额最大，代表产品有雷鸟 Air Plus、Rokid Max 以及 XREAL Air 2 等。

自由曲面的光学方案凭借颜色真、亮度高、对比度高等良好表现，仍然被业界认可，占据了一部分市场份额，代表产品有联想晨星 G2 light 与致敬未知 ARknovv A1 等。

而光波导方案从光学效果、外观形态，和量产前景来说，都具备较好的发展潜力，被业内认为是 AR 光学现阶段最好的解决方案。

从技术上看，光波导又可分为阵列光波导、浮雕光栅衍射光波导以及体全息波导。阵列光波导基于几何光学原理，具有轻薄、较大的视场角和眼动范围且色彩均匀的优势，可以给用户带来很好的视觉和使用体验，代表产品有 INMO Air 2；

衍射光波导的设计门槛要比传统光学高，且生产成本也较高，一直未实现大规模量产。但2023年衍射光波导给了市场很多惊喜，不仅技术进步明显，搭载衍射光波导的产品也在增多，并且整机价格也下探到了 2000 元左右，代表产品有雷鸟 X2 以及 INMO Go 等。

还值得一提的是，2023 年 12 月，魅族发布的两款 AR 产品均搭载了树脂光波导技术，实现重量仅 43g 左右，将光波导技术的应用又向前推进了一步。

据莫界科技介绍，相对于玻璃材料的密度，树脂仅有其 1/3 到 1/4，意味着同等体积下树脂重量比玻璃要轻 60% 到 70%。并且，树脂材料还具备抗摔、安全等天然特性。在主打轻薄佩戴体验的AR眼镜场景中，对于整机厂商而言，树脂波导片具有很强的吸引力。

体全息波导则还处于试验阶段，由于对底层材料要求较高，不管是高折树脂基底或是全息材料，工艺设备上都严重依赖于海外供应商，短期内在产品性能上很难有所突破。不过惊喜的是，在2023年深圳光博会上，谷东科技、水晶光电、奥提赞都展示了相关产品或者样品，意味着技术面向落地又更进了一步。

07 AR 显示：Micro OLED 成为主流，单片全彩 Micro LED 迈入新阶段

目前用于 AR 显示的方案主要包括DLP、LCoS、LBS、Micro OLED 与 Micro LED等。在小尺寸显示应用上（尤其在 AR 显示领域），LCoS 的周期属性正在减弱，Micro OLED 的应用渗透率正在快速增长。

据 VR陀螺不完全统计，在 2023 年新发布的 31 款 AR 眼镜中，Micro OLED 的市占比最高，达 71%，代表产品有雷鸟 Air 2、Rokid Max、致敬未知 ARknovv A1 等。值得一提的是， Micro LED 的技术提升明显，已有全彩 Micro LED 产品出现，代表产品为 MYVU、雷鸟X2 等。

Micro OLED 技术是以单晶硅芯片为基底，以 CMOS 为驱动，通过在硅晶圆上沉积红、绿、蓝有机材料的微显示技术。在像素密度、对比度、功耗、体积等核心参数方面优势明显，特别适用于 AR 显示器。

但 Micro OLED 也有很大的缺点，寿命较短。由此也将一部分注意力分布在 Micro LED 上，Micro LED 的理论亮度与寿命都比 Micro OLED 高，但 Micro LED 存在更大的问题是良率不高，目前一部分量产的 Micro LED 一般都是单绿色的产品，代表产品有 INMO Go、努比亚 Neo Air。

值得关注的是，2023 年单片全彩 Micro LED 的进展，在去年光博会上，JBD展出单片集成全彩化 Micro LED 微显示屏，镭昱展示了 0.11 英寸和 0.22 英寸两款全彩 Micro-LED 微显示器；而近期，Mojo Vision 也宣布，已将红色、绿色和蓝色子画素整合至单一块面板中，开发出首款全彩微显示器。随着单片集成全彩 Micro LED 微显示技术成熟，将会极大地推动 AR 行业的快速发展。

综上来看，在 AR 显示领域，LCoS 市场份额下降已是不争的事实。考虑到全彩 Micro LED 技术还有很多需要优化的地方，接下来几年 Micro OLED 或仍为市场主流产品。

08 定位：实现单目 Slam，从理论走向实践

SLAM 技术是 AR 领域不可或缺的一项关键技术，可以大幅确保虚拟与现实融合的精准。

一直以来，大部分 VR/AR 设备上所使用的 SLAM 定位，大多采用 2 个或 2 个以上的摄像头来实现，部分甚至会结合更多的深度传感器，而只采用一个摄像头实现 SLAM 的不多。

单目 SLAM 在理论与实践上都存在一定的障碍，理论上单目 SLAM 要解决初始化与尺度信息问题；而实践问题包括一些列计算、视野等，虽然这些可以通过算法、软件设计等方法进行优化，但在实现过程中也会碰到其他问题。相关阅读：《单摄实现SLAM定位与3D手势背后的难点与突破》。

由于实现单目 SLAM 的对 AR 来说优势明显，相比双摄可减重 3-4g 左右，且相对一些 AR 三摄像头方案功耗也可降低 1 瓦以上，更为重要的是芯片选择性更大，集成度更高，整体成本可降低 15% 以上。因此，业内对其探索脚步一直未停。

海外企业苹果、Meta、谷歌也都均有涉足 SLAM 技术，2023年国内企业 Rokid 也已成功实现定制大视场角的摄像头。据称，其基于单摄像头不仅可实现 SLAM、3D 裸手交互、第一视角分享、视觉定位 VPS 等能力，还可支持多任务运行、空间创作等AR体验。

09 交互范式：探索指环交互，AI 价值凸显

不难发现，2023 年发布的部分 AR 新品开始搭载交互指环。不仅如此，就连传统手表厂商也做了类似的东西，如卡西欧与 Stasto Stand Stones 合作发布了 Casio Watch Rings，不仅可以看时间还拥有计算器的功能。

目前，在智能穿戴行业，主流的产品类智能手表、手环、TWS 耳机等均已发展的相对成熟，并且已经找到适配场景，甚至成为了生活标配物件。对于智能指环而言，AR 领域应用或许只是冰山一角，更广泛市场正在萌芽。

2023 年，美国商标和专利局（USPTO）公示的清单显示，苹果获得了一项智能戒指专利。而据专利描述，这个智能戒指可以作为 MacBook、电视、AirPods、Vision Pro 和 iPhone 等设备的输入交互设备；同时，具备身体健康数据的监测功能，可检测用户心率、血氧饱和度、血压等健康数据。