AR底层技术,中国企业“弯道超车”的机会

来源:观察者网

2022-01-27 11:45

【文/科工力量 李沛】

2018年,Oculus工作室主管杰森·鲁宾致信脸书董事会成员、硅谷潮流“造雨人”马克·安德森(Marc Andreessen),提出:“打破消费者对VR无感的正确方法,是满足他们对社交媒体的终极需求:元宇宙(THE METAVERSE)”。

历经3年观察、评估、蓄力,扎克伯格将脸书更名Meta的“大动作”,成功掀起了全球性的虚拟现实技术商业化热潮。

也是在2021年,全球VR终端出货量迈过了一千万台大关,有心的读者,不难留意到去年以来国内各大城市商圈,雨后春笋般涌现的沉浸式模拟游戏馆。

Oculus母公司Meta,也已悄然成为VR终端设备市场份额最大的“头号玩家”,随着今年Meta Quest后续产品和市场疯传的苹果VR设备发布,这一市场体量及应用生态,势必将继续维持爆发势头。

不过置于元宇宙景观中,对照杰森·鲁宾的原初构想,即“我可能一天登录很多次脸书,但我会住在元宇宙,工作在元宇宙”,不难看出,VR设备较大的体积重量,以及视线与外部物理环境的隔绝,使其注定难以成为新一代人机交互的“终极答案”,在VR产品完成市场教育后,使人眼同时能看到透射环境光与虚拟图像的AR(增强现实)设备,或许将是更具商业前景的技术方案。

注意到这一前景的资本,已经将去年AR产业链投融资推升至空前热度。

2022年,“资本寒冬”里的这把火依然旺盛。

1月下旬,谷歌重新杀回AR赛道的消息引发业内关注,据知情人士透露,谷歌已成立代号Project Iris的AR终端产品团队,直接向CEO皮查伊汇报,足见其重要性之高。

在AR产业链上,光学模组具有异乎寻常的重要性,根据业内人士介绍,光机、镜片组成的显示模组,在AR设备总成本中往往占到50%乃至更高比重,AR产业不长的发展史,也几乎可以被视为显示模组技术探索的断代史。

AR光学产品难点何在?全球与国内产业发育有何异同?中国企业有没有弯道超车的可能性?AR终端是否已跨过大规模应用的临界点?围绕这些问题,观察者网邀请到该领域国内头部企业—灵犀微光创始人&CEO郑昱分享了他的观点。

体全息,中国AR产业弯道超车的突破口

正如上文所述,谷歌已经不是第一次做AR产品,AR发展早期最有名的“小白鼠”,莫过于采用棱镜原理显示模组的Google Glass,尽管上市前红极一时,但很快就因成像质量的硬伤退出消费市场,生命周期之短,即便在素来以“情怀”著称的谷歌产品线中,也很难躲过“失败”的评价。

2015年微软HoloLens的推出,打破了AR产业萌芽期技术僵局,堪称第一款实现有意义商业应用的AR产品,其成功除了得益于微软应用生态和商业资源支撑,还有赖微软从诺基亚方面获得的衍射光波导显示技术专利。

顾名思义,光波导可以理解为“对光波的导向”,早已在光纤通信中得到广泛应用,由于波导通道光路设计较大的自由度,使显示光机布置的约束也可以明显放宽,有利于优化头戴设备的人机工效和外观设计。

根据光线耦入耦出波导介质的原理不同,AR领域内的光波导目前存在几何阵列、浮雕光栅、体全息三大主要技术阵营,微软HoloLens采用的就是浮雕光栅产品,“大厂”的示范效应,也使浮雕光栅路线在海外格外热门。

对于浮雕光栅产品,常见的诟病在于其极低的光效,即光机投影到进入人眼,往往只能保留万分之几到千分之几的能量,因此需要光机模块达到百万级尼特的亮度,功耗难以权衡。

在郑昱看来,浮雕光栅还有一个产品体验的硬伤,即正面的漏光问题,站在AR眼镜佩戴者对面,可以看到对方正在观看的内容,这在B端场景下可以容忍,但在隐私性极为敏感的C端市场,足以成为一个大规模商用的致命伤。

作为国内乃至全球AR上游器件的头部厂商之一,灵犀微光方面对于产业格局有比较明确的判断,郑昱告诉笔者,浮雕光栅配套产业链高度集中于欧美,特别是欧洲地区,这与其技术上和半导体集成电路产业的继承性不无关系,国内在该路线上总体发展较为滞后,大多数企业还停留在方案设计、样片制备的层面,量产良率差距较大,不具备大规模生产的工艺积累,设备上同样主要依靠进口。

相比之下,几何光波导与体全息光波导,是国内产业界更适合发力的方向。

几何阵列光波导涉及到大量超小型棱镜的切割、堆叠、抛光、镀膜,依托中国光学冷加工雄厚的产业基础,研发与生产要素的集聚,使国内企业推进几何光波导技术路线,较Lumus等海外对标企业“单打独斗”更为有利。

(灵犀微光的二维扩瞳几何阵列镜片

至于体全息技术路线,大体原理是通过激光束调制,对银盐等感光材料曝光,在不改变平面微观形貌的情况下,通过材料折射率的改变实现光波导,其制备理论上远较其他两条路线为简易。

郑昱认为,成本低、效果好(相较于浮雕光栅),使体全息很可能将成为3到5年后,AR大规模进入消费市场的主流光学解决方案,据其透露,苹果、Meta、Snap等海外巨头C端AR技术上的收购布局,同样偏重于体全息这一技术路线。

不过他也坦言,体全息当前的量产仍然“不是很成熟”,细微的材料成分、状态差异,生产环境温湿度变化,都会带来产品光波导质量的波动,形成鬼影等成像质量问题,即便全球代表性企业,美国的Digilens,也远未建立起技术和商业路径上的垄断性壁垒。

在郑昱看来,体全息光波导当前产业格局的“混沌”状态,是挑战,同样也是中国企业“弯道超车”的机会。

据介绍,灵犀微光绕开Digilens在银盐感光材料上的专利把控,从2014年开始,从零到一摸索,独创性开辟了聚合物分散液晶技术路线,从材料配方,到制备条件、制备方法,乃至定制生产设备,基本打通了整条生产流程,郑昱预计随着工艺工装的磨合,2023、2024年该公司将有望实现小批量体全息镜片量产。

(Digilens公司体全息光波导生产设备

B端/C端争论之外,还有一个AR产业生态“真问题”

在“元宇宙”的喧嚣之下,对AR/VR产业资讯稍有留意的读者,不难发现“做B端还是做C端”,是AR业界当下的一个热门议题。

交流中郑昱也分享了自己的见解,他认为,C端的未来想象空间毋庸置疑,但2022年,受限于技术瓶颈和应用生态的发育,AR处于走向消费市场的“预备期”,这一阶段,B端市场相对更具确定性,微软HoloLens的200亿美元大单即为明证,军用和工业检测维修等细分应用领域、应用场景,有几十万台这一量级的市场潜在规模,不过B端产品往往需要软件算法与业务场景的深度适配、定制开发,这是企业级业务不同于消费者业务的特殊性。

在“做B端还是做C端”的议题之外,还有一个AR产业发展的“真问题”—AR产业链生态,鲜少得到公众注意。

前文已经提到,浮雕光栅通过微软HoloLens等标杆产品的牵引,已经成为全球范围内的主流光波导技术路线,形成了资本与人才集聚的明显马太效应,技术与商用化的成熟速度明显加快,甚至已出现Foundry、Fabless等模式的服务商。

欧美半导体产业老牌优势厂商,也通过产业联盟等各种生态建设投入,主动推动着这一趋势,试图通过其“穿针引线”,在这一新兴领域构造壁垒,整合资源,织就一张商业生态的密网。

例如2020年10月,意法半导体就发起了LaSAR联盟(AR激光扫描联盟),意图整合业内力量,加速AR智能眼镜光机、镜片解决方案的成熟,美国设备巨头应用材料公司、芬兰光栅设计新秀Dispelix及多家大陆企业均位列联盟成员。

相比之下,国内AR/VR产业发展则尚未形成这样的“合力”,初创企业尽管通过聚焦战略,可以在某项组件乃至某项材料、工艺上实现单点突破,但其体量和所处的产业链环节,使其往往不具备带动体系升级的能力。

而有足够体量和“声量”的国内大牌终端厂商,往往又仅满足于复用现成的供应链,在前沿研究和产业生态建设等看不到短期回报的环节上投入意愿不强,习惯于快速跟进(Fast follow)领军厂商,靠压榨制造成本获得优势。

例如去年某终端大厂推出的单色AR眼镜,其浮雕光栅镜片即来自于海外供应商Waveoptics,在新技术方向上,缺少微软、谷歌、Meta等海外巨头大手笔主动布局布势的魄力。

对此,郑昱也不无感慨:“国内(大厂)对于创新型的技术,尤其是偏底层技术,还是比较保守、观望,以后发制人为主,大的公司当然现在也在做一些动作,但总的来说,我觉得最领先的技术,在国内还是掌握在创业公司手里的”。

显而易见,相较于终端设备上“做B端还是做C端”,中国AR/VR产业体系如何实现系统性整合与提升,是一个对公众而言更具意义的“真问题”。

大量中国产业后来居上的奋进故事,固然鼓舞人心,也显示出中国制造业发展的某些特殊禀赋,但这样艰苦的故事,完全没有必要在前沿技术的产业化过程中再次重演,事实上,今天的全球AR/VR产业,可以说仍然处于极早期发展阶段,欧美发达国家起跑身位的些许优势,与这一产业的未来发展挑战相比不足为道。

正如郑昱所谈到的,AR的大规模普及,至少还需要3到5年时间,如果将包括光波导镜片在内的光学模组,比作手机的通信基带芯片,那么当前的AR,恐怕仅仅跨过了功能机的门槛,想要实现智能机的愿景,成为取代手机的下一代人机交互终端,低延时高速通信、空间计算算法、定位追踪与交互、轻量长效续航乃至应用开发生态的进步“一个都不能少”,从顶层产业政策,到上下游企业有效整合资源,中国AR产业的前路,还需要更多利益相关方凝聚合力。

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责任编辑:李沛
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