VR/AR的核心技術突破

作者 / 王瑩 王金旺《電子產品世界》編輯(北京 100036)

摘要：本媒體邀請部分VR/AR相關廠商，探討了VR/AR技術的發展及相關解決方案。

TE為VR/AR設備提供高速電纜

　　實時、高速和穩定的數據傳輸是在不同的VR/AR使用場景中實現沉浸式用戶體驗的關鍵，因此VR電纜產品仍將是市場上大部分VR設備的重要組成部分。TE通過高速電纜產品幫助VR設備生產商實現出色的性能，并且積極創新，不斷提高產品的靈活性、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領域，為消費者展現了類似電影《頭號玩家》的使用前景。TE密切關注無線連接方面的趨勢，與該領域的領軍企業在產品研發初期就開展密切合作。未來5G部署也將推動無線傳輸的進一步發展。

　　TE VR/AR技術方案

　　TE針對下一代VR/AR技術發展的各項挑戰，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全面的研發工程能力和應用知識能夠幫助設備工程師共同設計定制解決方案，助力VR設備生產商和初創公司將創新想法變為現實，實現符合市場需求的沉浸式體驗。

　　TE的VR電纜組件產品提供可靠的平臺設計產品方案，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用需求，幫助他們的產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數據傳輸速率最高可達18 Gbps。高速I/O插座也可支持更高的數據傳輸速率(高達40 Gbps)，從而便于未來產品升級。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省頭戴設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更長的電纜長度，同時減輕電纜重量。

Molex：VR/AR頭顯的技術動向

　　目前的VR/AR技術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，當它成為傳感器數據、攝像系統、顯示、電源、數據存儲和主要功能處理單元的單元時，用戶就會進入該單元。

　　在這種類型的HMD中，智能手機還提供網絡通信，通常在3G和4G標準下，必要時通過Wi-Fi。這些“滑入式”HMD系統的功能受到智能手機功能的限制，而互聯趨勢一般是智能手機市場的趨勢，主要關注的是小型化。Molex在為小型化超便攜移動設備設計互連解決方案方面有豐富的經驗，而HMD本身可以非常簡單和劃算。

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

　　另外，更強大的VR/AR系統的架構是通過將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據的特別重要的需求。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，尤其是當用戶想要的不僅僅是“旋轉”運動控制(頭部的旋轉)，而且還想在VR模式下使用該單元時，根據定義，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，因此無線處理負載很重要，如果用戶想要獲得最優的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的應用

　　VR和AR完全不同，絕大多數的VR專注于完全沉浸，這需要非常快速的響應時間，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化的YUV視頻流處理(達到非常高的分辨率)，而我們的PowerVR XE系列完美地實現了這些性能需求。 我們還在頭戴設備中發現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網絡處理技術，來進行目標識別和極低功耗的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，其中可能更相關的是顯示和光學技術而不是我們的處理技術。

VR/AR的3D傳感和眼球追蹤

　　VR/AR的主要技術趨勢是在“邊緣”(收集數據的源頭)，而不是集中在云中進行數據處理和分析。這對于要迅速作出關鍵決策的分布式“邊緣”設備(諸如自動駕駛汽車和物聯網連接設備)十分有利。這些新型的自主或半自動“邊緣”設備包括智能相機、可穿戴設備、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，使開發人員能夠將3D傳感功能集成到設計中，可用于機器人和無人機到AR / VR和客戶端應用。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技術的目標就是使智能、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 (這遠遠小于英特爾酷睿i7處理器)，功耗低于22 nW /深度點，并可搜索128個不同點。其目標是使計算機立體視覺達到嵌入小型消費電子設備如手機、無人機、機器人和VR/AR應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

　　另一個技術趨勢是眼動追蹤系統，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，儒卓力產品組合中包括歐司朗光電半導體的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，而發射器的波長為850 nm，主要針對VR/AR裝置中的眼動追蹤系統。

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