VR/AR的核心技術(shù)突破

作者 / 王瑩 王金旺《電子產(chǎn)品世界》編輯(北京 100036)

摘要：本媒體邀請部分VR/AR相關(guān)廠商，探討了VR/AR技術(shù)的發(fā)展及相關(guān)解決方案。

TE為VR/AR設(shè)備提供高速電纜

　　實時、高速和穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸是在不同的VR/AR使用場景中實現(xiàn)沉浸式用戶體驗的關(guān)鍵，因此VR電纜產(chǎn)品仍將是市場上大部分VR設(shè)備的重要組成部分。TE通過高速電纜產(chǎn)品幫助VR設(shè)備生產(chǎn)商實現(xiàn)出色的性能，并且積極創(chuàng)新，不斷提高產(chǎn)品的靈活性、緊湊型和耐用性。與此同時，無線VR是今年CES展上的一大趨勢，知名廠商紛紛布局無線VR領(lǐng)域，為消費者展現(xiàn)了類似電影《頭號玩家》的使用前景。TE密切關(guān)注無線連接方面的趨勢，與該領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)在產(chǎn)品研發(fā)初期就開展密切合作。未來5G部署也將推動無線傳輸?shù)倪M(jìn)一步發(fā)展。

　　TE VR/AR技術(shù)方案

　　TE針對下一代VR/AR技術(shù)發(fā)展的各項挑戰(zhàn)，提供包括可定制的I/O、屏蔽及微型信號、電源連接器解決方案以及板到板、線到板和傳感器解決方案。TE全面的研發(fā)工程能力和應(yīng)用知識能夠幫助設(shè)備工程師共同設(shè)計定制解決方案，助力VR設(shè)備生產(chǎn)商和初創(chuàng)公司將創(chuàng)新想法變?yōu)楝F(xiàn)實，實現(xiàn)符合市場需求的沉浸式體驗。

　　TE的VR電纜組件產(chǎn)品提供可靠的平臺設(shè)計產(chǎn)品方案，通過簡單的定制化，便能夠滿足VR解決方案提供商多樣化的應(yīng)用需求，幫助他們的產(chǎn)品以更快的速度上市。該VR電纜組件支持HDMI 2.0連接器和USB 3.0連接器，以及可選直流電源，HDMI數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)18 Gbps。高速I/O插座也可支持更高的數(shù)據(jù)傳輸速率(高達(dá)40 Gbps)，從而便于未來產(chǎn)品升級。TE不僅可以提供整套電纜組件和高速插座，還可以為從其他供應(yīng)商處采購電纜的客戶，提供插頭模塊。該組件的緊湊型插座可節(jié)省頭戴設(shè)備中寶貴的印刷電路板(PCB)空間，其連接器中使用了均衡放大器，使線徑較小的電纜實現(xiàn)更長的電纜長度，同時減輕電纜重量。

Molex：VR/AR頭顯的技術(shù)動向

　　目前的VR/AR技術(shù)市場主要是面向消費者的頭戴式顯示器(HMDs)。HMD的“滑入式”類型功能來自于智能手機，當(dāng)它成為傳感器數(shù)據(jù)、攝像系統(tǒng)、顯示、電源、數(shù)據(jù)存儲和主要功能處理單元的單元時，用戶就會進(jìn)入該單元。

　　在這種類型的HMD中，智能手機還提供網(wǎng)絡(luò)通信，通常在3G和4G標(biāo)準(zhǔn)下，必要時通過Wi-Fi。這些“滑入式”HMD系統(tǒng)的功能受到智能手機功能的限制，而互聯(lián)趨勢一般是智能手機市場的趨勢，主要關(guān)注的是小型化。Molex在為小型化超便攜移動設(shè)備設(shè)計互連解決方案方面有豐富的經(jīng)驗，而HMD本身可以非常簡單和劃算。

　　智能手機的微型化需求，尤其是精密設(shè)計和制造的天線，能夠在高度緊湊、組件密集的外殼內(nèi)，不受EMI/RFI干擾的情況下，在各種信道和載波頻率上工作。Molex同時提供定制和標(biāo)準(zhǔn)天線，其產(chǎn)品組合包括空間受限環(huán)境的天線。

　　另外，更強大的VR/AR系統(tǒng)的架構(gòu)是通過將HMD單元連接到臺式電腦上的高端配置(典型的“玩家”PC)來實現(xiàn)的，在這種配置中，強大的圖形能力是渲染桌面游戲的高吞吐量計算視頻以及在附帶的顯示器上顯示大量高清視頻數(shù)據(jù)的特別重要的需求。通常，顯示器是通過HDMI連接的，Molex為HDMI連接性提供了一系列解決方案。HDMI連接器和電纜也提供到HMD的連接，將這種類型的HMD歸入“拴系”類別。

　　連線HMDs使用起來很不方便，尤其是當(dāng)用戶想要的不僅僅是“旋轉(zhuǎn)”運動控制(頭部的旋轉(zhuǎn))，而且還想在VR模式下使用該單元時，根據(jù)定義，外部“真實”世界是看不到的，包括HDMI線的位置。最近，有人嘗試設(shè)計“獨立”的HMDs，其功能與高端智能手機類似，后者的通信模式是無線的。

　　由于VR/AR視頻流必須被壓縮，因此無線處理負(fù)載很重要，如果用戶想要獲得最優(yōu)的VR/AR體驗，則必須將延遲時間保持在最小。在這種情況下，電池壽命非常有限——可能只有2.5小時。然后再充電幾個小時，除非用戶選擇佩戴額外的電池組，然后需要電池電源連接器和電纜。電力完整性是Molex的一個絕對核心問題，我們將能夠提供建議和幫助，提供合適的解決方案。

VR/AR中GPU與GUI的應(yīng)用

　　VR和AR完全不同，絕大多數(shù)的VR專注于完全沉浸，這需要非?？焖俚捻憫?yīng)時間，逼真的渲染和高端的圖形處理(最好由專用主機或桌面系統(tǒng)解決);我們也看到了嵌入式解決方案的機會 ，但那些通常是視頻VR(360度環(huán)繞視頻)，其中需要一個低成本、低功耗嵌入式圖形處理器(GPU)，它具有高填充率要求以及優(yōu)化的YUV視頻流處理(達(dá)到非常高的分辨率)，而我們的PowerVR XE系列完美地實現(xiàn)了這些性能需求。 我們還在頭戴設(shè)備中發(fā)現(xiàn)了完成后期處理這樣的機會，這種情況下渲染則通過專用主機或PC完成，這意味著時間扭曲式處理需要在顯示器或頭戴設(shè)備中完成，其中一個嵌入式GPU可以處理最后的接近運動扭曲(as-close-to-the-motion)，以避免延遲并降低頭暈的風(fēng)險。對于這些需求，我們的XE / XM系列也是很好的選擇。

　　在AR方面，我們看到最大的市場拉動力是信息覆蓋和圖形化用戶接口(GUI)渲染，而不是高端游戲處理，這里的問題是頭戴設(shè)備的實體外形因素和對極低功耗的需求。 因此，在這個市場中我們看到的需求是需要非常高效的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理技術(shù)，來進(jìn)行目標(biāo)識別和極低功耗的GUI渲染，所以我們的NNA解決方案和XE解決方案非常適合，但是這個市場需要一場物理外形方面的革命，其中可能更相關(guān)的是顯示和光學(xué)技術(shù)而不是我們的處理技術(shù)。

VR/AR的3D傳感和眼球追蹤

　　VR/AR的主要技術(shù)趨勢是在“邊緣”(收集數(shù)據(jù)的源頭)，而不是集中在云中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。這對于要迅速作出關(guān)鍵決策的分布式“邊緣”設(shè)備(諸如自動駕駛汽車和物聯(lián)網(wǎng)連接設(shè)備)十分有利。這些新型的自主或半自動“邊緣”設(shè)備包括智能相機、可穿戴設(shè)備、機器人、無人機和VR/AR裝置。

　　集成3D傳感功能

　　通過英特爾的 RealSense?技術(shù)，使開發(fā)人員能夠?qū)?D傳感功能集成到設(shè)計中，可用于機器人和無人機到AR / VR和客戶端應(yīng)用。就像雙眼視覺使人類能夠在三維空間中看到的世界一樣，英特爾RealSense技術(shù)的目標(biāo)就是使智能、交互式和自動化機器具有人類的3D感知能力。

　　儒卓力提供各種型號的緊湊型英特爾RealSense攝像頭，例如結(jié)合三個攝像頭來作為一個1080p高清攝像頭的型款，另外還有一個紅外攝像頭和一個紅外激光投影儀，結(jié)合起來允許人眼感知深度并跟蹤人體運動。

　　在集成3D感測中，儒卓力提供英特爾D400系列RealSense攝像頭，這些攝像頭的核心是突破性D4和Dm處理器，它們使用半全局匹配算法的定制型款，可以實現(xiàn)超過3600萬深點/秒的計算速度，提供超過90 fps的幀率，而且芯片封裝尺寸只有6.3 mm×6.3 mm (這遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于英特爾酷睿i7處理器)，功耗低于22 nW /深度點，并可搜索128個不同點。其目標(biāo)是使計算機立體視覺達(dá)到嵌入小型消費電子設(shè)備如手機、無人機、機器人和VR/AR應(yīng)用等所需的性能水平(包括功率、散熱、分辨率、幀速率、尺寸、成本等)。

　　帶有多個LED的眼動追蹤

　　另一個技術(shù)趨勢是眼動追蹤系統(tǒng)，它帶有多個用來照射用戶眼睛的紅外LED，并通過傳感器捕獲反射回來的光，從而計算用戶瞳孔的位置和凝視的方向，將這項技術(shù)融入VR/AR頭戴式裝置需要非常緊湊的紅外LED，足夠小以嵌入目鏡周圍的部份。

　　例如，儒卓力產(chǎn)品組合中包括歐司朗光電半導(dǎo)體的SFH4055，它基于成熟的Firefly平臺，廣泛用于可見光譜的LED，其占位面積僅為1.0 mm×0.325 mm×0.55 mm，而發(fā)射器的波長為850 nm，主要針對VR/AR裝置中的眼動追蹤系統(tǒng)。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]迎九.VR、AR成熟還需多年，大量機會將會涌現(xiàn)[J].電子產(chǎn)品世界,2017(6):9-12.

　　[2]湯振宇.融合現(xiàn)實是VR的終極目標(biāo)[J].電子產(chǎn)品世界,2017(6):13-14.

　　[3]王瑩,王金旺.縱觀AV/VR產(chǎn)業(yè)鏈，解讀處理器IP及連接技術(shù)[J].電子產(chǎn)品世界,2017(6):15-18.

　　[4]侯云仙.中國VR產(chǎn)業(yè)投融資特點及趨勢[J].電子產(chǎn)品世界,2017(8):4-6.

　　[5]蔡卓邵.VR將在年末加溫，明年聚焦VR一體機[J].電子產(chǎn)品世界,2017(9):11-13.

　　本文來源于《電子產(chǎn)品世界》2018年第7期第12頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。