元宇宙行业专题研究：VR、AR、脑机接口是通往元宇宙的入口

来源：华泰证券

元宇宙应用对硬件提出更清晰的需求，将推动人机交互逐步升级

我们认为 VR/AR/脑机接口是集合了微显示、传感器、芯片和算法等多项技术在内的下一代 人机交互平台。回顾整个人机交互发展历程，我们看到人机交互的指令输入形式和反馈输 出形式都在朝着更低的操作门槛和更高的交互效率演变。当前我们正站在智能手机时代和 下一个交互形态的交界处，我们认为尽管 VR/AR 在输入技术（传感）和输出技术（显示） 方面均较上一代交互设备有显著飞跃，但目前仍处于发展的早期阶段。随着元宇宙应用的 发展和内容生态的完善，元宇宙对硬件的需求逐步清晰，将推动 VR/AR/脑机接口设备的逐 步升级，最终有望出现可以和 PC、智能手机媲美的下一代硬件。

从人机交互发展史来看，当前我们处在什么阶段？

低操作门槛与高交互带宽是人机交互平台核心发展方向

我们梳理了人机交互不同发展阶段下输入和输出形式的特征和演变趋势，认为兼具便捷操 作性和高交互带宽的 AR/VR/脑机接口将有望引领下一代交互方式。人机交互主要是指人和 系统互相影响、互相作用的循环过程。具体而言，人类在接收并处理信息后通过行为输出 指令，计算机接受指令后改变系统形态，再通过显示输出反馈信息并被人类感知，从而引 发人脑的信息处理和下一个人机交互过程。回顾人机交互发展历程，过去的人机交互主要 经历了卡带式交互、问答式交互和音视觉交互这三个阶段，输入和输出形式持续向贴近人 类本能进化。

从指令输入形式的演变来看，在最早期的卡带式交互阶段，人们只能用穿孔卡向计算机单 向传递数字指令，指令单一且具有极高的使用门槛；随着主机的出现，人类可通过键盘键 入命令语句来实现与计算机的问答（对应命令行界面），虽然较上一代输入设备提高了键入 效率，但仍要求操作者记住大量命令语言；随着个人 PC 时代全面到来（对图形用户界面 GUI），通过使用鼠标键盘组合，结合“点/敲击、滚动、拖拽”等动作，操作者可轻易实现 快速切换和精准定位，显著降低了操作门槛；而在手机时代，实体按键的消失及音频输入、 触摸屏的陆续出现则进一步丰富了用户输入方式，简化交互流程。我们看到人机交互的输 入形式从用机器语言与机器交互，进化到了用自然语言与机器交互。

从反馈输入形式的角度，人机交互经历“命令行界面（CLI）-图形用户界面（GUI）-自然 用户界面（NUI）”的更迭过程，对应视觉输出内容从单调的一维语句到二维图形，最终有 望以三维空间物体的形式呈现，同时辅以声学设备强化听觉输出效果。此外输出设备也从 大型主机、台式屏显，演变至笔记本电脑、手机甚至微型投影，逐步走向可移动化。

元宇宙来临，有望带动 VR/AR/脑机接口蓬勃发展

我们认为 VR/AR/脑机接口将是下一个交互时代的代表性操作平台，主要因为其高度符合输 入和输出形式上的演变趋势。输入角度，VR/AR 消除以往的实体按键，主要结合了手势输 入、眼动追踪、面部表情识别以及语音操控，而脑机接口则由肌电输入进一步转变为脑电 输入；输出角度，VR 将为用户构建一个融合视觉、听觉、触觉等多维感官体验的移动虚拟 空间，AR 则将其与现实空间叠加，充分实现虚实融合。

初期的 VR/AR 概念分别在上世纪 50-60 年代先后提出，之后 20 年内经历了漫长的实验室 开发和 B 端商用探索，波动上升中产品形态不断向轻量化、小型化、深度沉浸迭代。2010 年以后，随着互联网和智能手机终端的逐步成熟和消费端持续渗透，ARVR 应用开始 C 端 落地的探索。进入 21 世纪的第二个十年，元宇宙被预言将成为互联网的下一个形态，而 ARVR 也被寄希望成为元宇宙中全新的人机交互平台。

Qculus quest 2 带动 VR 出货量首次达千万。2020 年 9 月 Oculus quest 2 推出后迅速成 为爆款，持续销售火热。2021 年在这款 VR 产品的推动下，VR 销售量近 1000 万台，达历 史新高，其设计范式也为国内厂家竞相模仿。未来，我们看到随着应用生态的持续成熟， 相应的对 VR 硬件也提出了升级要求。我们认为下一代的显示单元的清晰度或将从目前的 4K 提升到 8K，重量也将从近 500g 下降到 300g 左右，同时目镜厚度将降至目前的 1/3， 也将搭载更多传感器，实现眼动追踪、手势追踪等更多的交互方式。

AR 技术路径繁多，micro-LED+衍射光波导被寄予厚望，但短期难出现成熟产品。现阶段 AR 仍处于探索期，从出货量来看，2020 年至 2021 年均维持在 20-30 万件之间（IDC 数据）； 从产品形态来看，目前仍然以大厂为主导，以一体机产品为主流；从技术来看，目前路径 繁多，但均存在性能、良率、体积等问题。micro-LED+衍射光波导被认为是最有望实现大 规模商用的 AR 光学系统，但由于 micro-LED 在巨量转移等仍存在技术问题，短期或难以 实现大规模商用。

元宇宙应用场景依次落地，或将定义下一代 VR/AR/脑机接口升级方向

我们认为随着元宇宙应用场景的清晰化，未来 VR/AR/脑机接口的发展方向逐渐明确。早期 的硬件设备受制于应用场景和内容单一化、用户对硬件设备的体验不完善等缺陷，初代 VR/AR 并未实现大规模增长。当前时点，我们看到游戏、电商、协同办公、社交、健身、 医疗、视频和模拟训练（教育）等元宇宙应用场景正逐渐清晰，这对 VR/AR/脑机接口硬件 端提出了更高的需求，有望驱动包括微显示技术、三维重建、生物传感器、肌电/脑电处理、 全身追踪、空间定位在内的多项底层技术不断完善。

元宇宙时代的应用比移动互联网时代更强调沉浸感和交互感，不同应用对两种效果的侧重 各有不同。其中，沉浸感可通过更丰富的音画效果和更多维度的感官交互获得，例如借助 场景渲染、沉浸声场、温度模拟、触觉传感等技术营造出逼真的虚拟场景，使大脑产生“身 临其境”的感觉；交互感则需借助多样化的输入方式来降低人机交互的操作门槛，例如直 接通过识别语音或读取手势来传达指令，无需打字或操作键鼠/按钮，增强互动效率。 我们认为根据不同应用对沉浸感和交互感的要求高低，可以将其分为三个层次：

1) 渐成熟：视频和模拟训练（教育）。其中模拟训练（教育）包括安全教育、公共安 全演练、思政教育等等，对沉浸感和交互感要求最低，目前已有商业化案例；而视 频领域对沉浸感的要求相对更高，但由于流媒体平台内容生态已经较为完善，随着 VR 配套硬件向 C 端渗透，我们认为视频将是率先成熟的领域之一。

2) 发展中：电商、社交、游戏、办公、健身。其中电商与游戏更侧重于追求沉浸感， 而社交和协同办公对交互感的要求更高。

3) 萌芽期：医疗，具体包括疾病监测、辅助微创手术、信号读取、刺激干涉和仿生等。 疾病监测随着 ECG 心电图、血糖、血氧等生物传感技术的成熟有望加速落地，而 辅助手术、刺激干涉和仿生等领域对输入和输出的精确度要求极高，相关企业及医 疗机构仍在探索中。

游戏：强调“沉浸感”的元宇宙游戏需要多平台/VRAR/云原生技术作为底层技术支撑

当前游戏已具备元宇宙所拥有的虚拟身份、朋友、经济系统等特点，但未能给玩家完全带 来“沉浸感”，硬件方面主要受制于近眼显示和多维感官传感技术不够成熟。未来，元宇宙 游戏将朝着更强的沉浸感与更丰富的内容生态方向发展，需要借助成熟的场景渲染和沉浸声 场技术增强声画效果，借助全身运动追踪、传感器、空间定位等技术增强临场感。我们认为 优质的游戏内容创新将与 VR/AR 硬件升级互相形成正反馈效应，促进元宇宙游戏生态的发展， 并为高性能计算芯片、硅基 OLED、Micro LED 以及相关设备组装企业带来增量空间。

电商：虚实交融的沉浸式购物模式为近眼显示、AI 芯片、传感器带来发展机遇

传统电商平台仍主要以图片和视频等平面化形式展示商品。尽管近年来电商直播、AR 试妆 等形式兴起，一定程度上弥补了传统电商在购物时较为单薄的观感体验，然而对于服饰等 SKU 丰富的非标品类商品，用户仍然无法对其进行在线试品。在“在线即在场”的终极需 求驱动下，元宇宙时代的电商有望进一步突破物质世界屏障，通过 AR/VR/MR 等新一代人 机交互平台实现视听甚至触觉等多感官交互的购物体验，创造如 3D 虚拟商场、数字展馆等 消费者购买场景。我们认为这一进程主要依赖于近眼显示、三维重建、触觉传感乃至虚拟 人等技术的成熟，将为相关微显示、传感器、芯片企业带来增长空间。

协同办公/社交：借助手势追踪、语音识别、眼动追踪、虚拟化身实现互动感

未来元宇宙办公/社交有望突破物理空间的局限，将带来最接近实地面对面的工作和交友体 验，提升办公生产、沟通、协作效率。当前移动互联网阶段的远程办公距离理想模式有一 定差距，工作效率与沟通效果仍存在局限性。而元宇宙办公/社交则强调互动感，例如，用 户可以全程通过手势操作，即可满足在 VR 虚拟空间中举手、竖大拇指点赞等功能，显著降 低人机交互平台操作门槛，同时实现无距离感互动。这一场景的实现将主要借助手势读取、 眼动追踪、语音识别、空间定位等 VR/AR 底层技术。

医疗与健康：VR/AR/脑机硬件将搭载先进生物监测以及脑电信号处理技术

在 VR/AR 方面，尽管目前已出现了拳击、攀岩、球类运动等辅助健身的应用，欠佳的硬件 佩戴体验却限制了用户使用时长。一方面，VR 设备的眩晕感仍未完全消除，运动健身应用 中高速变换的场景将进一步加剧不适感；另一方面，目前主流 VR 头显的重量大多在 300g 以上，VR 一体机甚至普遍超过 500g，大大增加了佩戴者运动时的负担。因此，显示技术 和轻薄化是硬件厂商重点攻克的方向，我们看好具有超轻薄、高清晰度、低功耗、低延迟 等特点的硅基 OLED（索尼、视涯等），以及具有无感佩戴且不妨碍正常视线优势的入眼式 AR 设备（InWith 和 Mojo Vision 等）的发展机会。

在生物监测方面，当前随着心率监测、血氧检测技术的成熟，已有部分智能手环和手表产 品中引入了医疗级功能，我们认为向着更专业的医疗设备进化将是智能穿戴重要发展方向。 未来，智能穿戴产品有望大规模搭载 ECG 心电图以及无创血糖检测等新功能，针对老年群 体、慢病群体提供更专业的服务，这也对血糖、血氧等生物监测技术提出了更高的要求。 长期来看，人机交互硬件在医疗与健康领域有望拓展到服务神经系统和肌肉系统瘫痪的患 者（如脑、脊髓疾病、中风、外伤等），这一需求将为脑机接口技术创造可观的发展前景。

视频：VR/AR 技术带来高沉浸感的流媒体观赏体验

传统影视作品、长视频与短视频仍主要通过电视、影院、视频平台等媒介传播，受制于平 面化的表现形式，内容的表现力仍有较大提升空间。元宇宙时代，观众有望使用先进 VR/AR 设备更沉浸地观看电影、现场实况、音乐会等内容，娱乐性与体验感将迎来质的飞跃。目 前包括 Netflix 和爱奇艺在内的长视频平台已对“元宇宙+视频”的落地做出了积极探索，例 如 Netflix 为美剧《怪奇物语》推出 VR 体验，爱奇艺推出主打观影功能的手机盒子。借鉴 移动互联网时代对短视频生态的孵化历程，元宇宙作为互联网的下一站，也为视频创作提 供了新的可能性，例如通过建模、动作捕捉、人工智能制作出的虚拟人物能够参演影视剧 集，影视与视频内容创作有望迎来新的高光期。

模拟训练/教育：将实现虚拟空间中对实体环境的仿真映射

模拟训练是指将现实中的场景复刻到虚拟世界中，应用于军事训练、工业设计、教学训练、 安全应急演练等较为复杂或具有高危险系数的领域。工业领域中，制造业企业将在仿真虚 拟空间中充分利用各类数据，优化工业生产环节中的设备工艺和作业流程。军事和安全应 急领域均有进行模拟演练的需求，未来有望在虚拟场景开展更大规模和更复杂的军事和应 急训练，实现节省训练成本、提高安全性的目的，如曼恒科技研发出上海浦东机场的 VR 火 灾应急演练系统，使用 VR 和 5G 云渲染技术模拟机场火灾突发事件及机场消防员在危险场 景下如何开展消防应急救援，帮助提升机场系统整体应急能力。鉴于模拟训练用途的特殊 性，其对沉浸感和交互感的要求相对而言较低，无需依赖高端硬件设备加成，目前已有曼 恒科技、壹传诚等企业实现了商业化。

2 AR/VR：下一代人机交互平台

VR：Oculus quest 2 打造爆款范式，技术创新路径清晰

VR 是 Virtual Reality（虚拟现实）的缩写，指计算机图形技术、计算机仿真技术、传感器 技术、显示技术等多种科学技术，在多维信息空间上创建一个虚拟信息环境，提供使用者 关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，能使用户具有身临其境的沉浸感，具有与环境完善 的交互作用能力的一种崭新的人机交互手段。

目前常见的 VR 由头戴式显示设备和手柄组成。其中，头戴式显示设备集成了显示、计算、 传感器等设备，通过将人对外界视觉、听觉的封闭，并由左右眼屏幕分别显示左右眼的图 像，引导用户产生一种身在虚拟环境中的立体感。而手柄则负责辅助追踪使用者手的位置、 提供交互使用的按键，以及简单的触觉震动反馈。

VR 头显经历 VR 盒子、VR 头盔、VR 一体机三阶段，爆款产品持续主导硬件消费市场。