在VR的发展过程中,IC芯片的设计极其重要。
由于需要处理复杂的图像运算,GPU非常关键;在无线头戴式显示器的发展中,.11ad技术潜力巨大;此外,定位传感器和运动传感器也是VR应用的重点。
算力要求高,GPU是关键。
目前,虚拟现实(VR)备受关注,成为厂商重点关注的新兴领域之一。
VR 使用了广泛的组件。
除了CPU和GPU之外,各种传感器也是重要的组件。
据顶尖研究院(TRI)预测,每年可穿戴设备总量将达到1.12亿台,其中VR设备约1万台; VR 设备预计每年将增长到 10,000 台。
对于硬件厂商来说,VR设备最重要的参数是显示分辨率和刷新率。
分辨率决定了图像的细节,而刷新率则决定了用户使用VR设备时的舒适度。
由于VR需要用户从不同角度获得真实的体验,对图像计算和处理的要求极高,因此在其众多的内部组件中,GPU是最关键的。
值得一提的是,对于头戴式VR来说,主要的图像计算都是由后端计算机完成的,所以这里的GPU指的是计算机中的显示适配器,以及佩戴在用户头上的头戴式显示器内部,主要组装MCU和各种传感器。
总体而言,GPU的核心频率、显存频率、像素填充率、材质填充率、浮点运算能力以及光栅处理单元等都是能够决定屏幕运行是否流畅、用户交互体验是否良好的重要性能指标。
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高性能的核心频率和显存频率使GPU运算速度更快。
光栅处理单元将3D立体图形转换为2D平面像素,而浮点计算能力则决定了物理计算能力,例如爆炸碎片的行进方式、角色衣服等。
被风吹动时的飘动方式等,都属于物理操作的范围。
总结VR中图形处理所需的技术,可以分为两部分:实时渲染和场景管理与控制。
实时渲染依赖于GPU计算能力,上述核心频率和显存频率都会影响计算性能。
场景管理和控制涉及大量软件算法,对CPU的依赖程度很高。
由于GPU技术门槛较高,目前全球只有NVIDIA和AMD两大厂商从事独立显卡领域的开发。
在移动设备领域,高通、联发科等应用处理器(AP)厂商已将GPU集成到自家的SoC中;此外,NVIDIA和AMD都在开发基于GPU计算的“场景管理和控制”,未来很可能会大幅减少CPU的计算负载。
为了避免屏幕延迟,GPU的计算能力变得非常关键。
除了硬件规格之外,GPU架构更重要; Frame Queuing、Timewarp 和 Asynchronous Timewarp 等软件支持也是必要的。
一般来说,从用户转动头部到图形计算完成并传输到头戴式显示屏上,这个时间延迟需要小于20ms,才能有效避免眩晕。
从有线到无线:.11ad的应用在游戏VR系统中,头戴式显示器与后端计算机以有线方式连接,而与计算机连接的手柄(或手套)则设计为无线和可以使用Wi-Fi(如.11ac)或蓝牙技术。
虽然现阶段很多游戏内容并不需要头部大幅度动作,游戏区域也不够大,无法让用户跑跳,而且显示器看起来也不需要无线连接,但事实上,在在技??术和成本效益允许的情况下,无线显示必将成为未来的趋势。
用户的选择,因为这种方式使用起来更加简单方便,而且不用担心不小心拉到后面的电脑。
拍摄分辨率为2.4GHz或5GHz)或.11ad(工作在60GHz)技术的图像,它们都在传输范围内,这意味着无线头戴式显示器将成为一种可行的解决方案。
虽然.11ac Wi-Fi通信技术的传输速度在良好且无干扰的环境下可以达到大约Mbps,但这只是理想的速度,尚未考虑频段拥塞和信号干扰等问题。
而且,如果分辨率和刷新率进一步提高,.11ac的带宽就会不足。
对于.11ad技术来说,目前的传输速度距离理论值7Gbps还很远,但在不同的调制机制下,传输速度可以达到1G~2Gbps。
因此,依靠.11ad技术实现无线头戴式显示器更加可行。
总体而言,.11ad技术作为无线头戴式显示器的解决方案仍处于研发阶段。
即使其带宽足够,时间上仍然会有ms左右的延迟,无法满足VR的要求。
其中,美国芯片厂商Nitero宣布与硬件厂商合作,将于今年下半年推出相关60GHz无线VR产品。
用户是否可以接受这种延迟值得关注。
如果数据和图像可以通过无线通信传输,功率需求就成为另一个考虑因素。
目前WiGig解决方案的功耗仅为0.6~0.8W。
以3.5V锂电池计算,电流约为0.2A,可以让普通3~3.5Ah手机电池使用15~17.5小时,并不是太大的负担。
.11ad技术开始进入市场,投资该技术的芯片厂商主要是高通、英特尔和SiBEAM。
在CES上,联想的ThinkPad X1 Carbon和宏碁的PNB也声称支持.11ad。
至于VR应用,预计需要1、2年后才会逐渐增加。