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6.8mm超薄VR眼镜面世,它将如何加速元宇宙进程?

6.8mm超薄VR眼镜面世,它将如何加速元宇宙进程?

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科幻作家尼尔・斯蒂芬森也许不会想到,自己在1992年出版的科幻小说《雪崩》为英文世界带来的两个新词――Avater与Metaverse,会在21世纪再次成为科技与人文的前沿。

其中,Avater(化身)成为了詹姆斯・卡梅隆导演大作《阿凡达》的名字,这部电影不仅开创了3D电影的新纪元,还两次登顶影视票房冠军;而Metaverse(元宇宙)则在今年成为科技界炙手可热的新概念,备受资本追捧。

虽然近年来VR内容质量、内容丰富度在迅速提高,但VR设备的佩戴舒适度正成为限制用户使用时长的关键因素,毫无疑问,VR设备轻薄化成为了全行业都在努力攻克的命题。

不可承受之重――主流VR头显重量均超1斤

VR头显,到底有多沉?

目前,市场上的主流VR头显的重量大多在300g以上。而最主流的VR一体机设备,由于集成了电池、摄像头、计算平台,重量往往会超过500g。此外,VR一体机往往性能越强,重量越重。例如,Quest 2的重量为503g,而HTC VIVE Focus 3的重量更是高达785g。

不难想象,头顶一台重达一斤的VR头显,往往没有任何舒适可言。流媒体平台Netflix的创始人Reed Hastings就曾在2016年时表示,VR不是Netflix重点投入的方向:“带上VR头盔,恐怕看上20分钟视频你就精疲力竭了。”

在绝对的重量之外,VR头显的另一大问题,在于重心过于靠前。VR头显主体位于人眼前方,用户必须使用绑带固定头显。而对于轻度用户而言,戴好VR头显、拿起手柄戳选菜单打开游戏,远远不如掏出手机一般简单方便。笨重的VR头显不仅降低了用户体验,也大大提升了用户使用VR设备的门槛。

既然用户怨声载道,VR头显为何要做得如此笨重?事实上,这与当下近眼显示设备的技术路线息息相关。

人类的眼睛与相机镜头一样,只有对焦到物体之上,才能获得清晰的画面。然而,无论是人眼还是镜头,都无法直接对焦在距离极近的物体上。因此,VR头显必须配备特殊的光学结构,才能让用户看到清晰的画面。

此外,在辅助人眼对焦的同时,VR头显还需要保证一定的画质及FOV(视野角)。目前,主流的VR头显产品大多采用了菲涅尔透镜的解决方案,透镜与显示面板之间必须保持一定距离。这一方案能保证画质与成本的相对可控,但整个显示模组的体积与重量都很难压缩。

(图:HTC VIVE拆解图,透镜模组占据了巨大的体积 图片来源:poppur)

如今,为了实现VR头显的轻薄化,VR硬件从业者们都在寻早菲涅尔透镜之外的解决方案。

从头盔到眼镜,VR轻薄化并非易事

2019年来,越来越多的VR头显设备,开始采用Pancake折叠光路技术,以降低头显厚度。

与菲涅尔透镜方案不同,Pancake方案配备了具备半反半透光学性能的镜片组,让光线可以在两片或多片镜片之间反复传导,以减少透镜组的厚度。在Pancake方案中,镜片组无需与显示面板保持一定距离,因此,Pancake方案可以显著降低VR头显的厚度。

今年5月,美国美国专利商标局公布了一份苹果公司的专利申请,描述了一种用于头戴式显示器的光学系统。该系统采取了Pancake式的解决方案,这也许预示着,苹果未来发布的VR头显设备很有可能采用Pancake方案。

但Pancake方案也存在着一定缺憾。例如,Pancake方案需要使用偏振膜降低显示重影,这一过程会产生一定的亮度损耗。这意味着,Pancake方案VR头显若想实现与菲尼尔透镜方案头显相同的亮度,需要采用更高亮度的显示面板,这往往意味着更高的物料成本。

此外,Pancake方案仍然需要两片或两片以上的光学镜片。目前,大多数Pancake方案VR头显的厚度仍然在20mm以上,难以实现更极致的轻薄。

而日前,VR/AR近眼显示创业公司EM3发了新一代的VR原型机――EM3 ETHER,实现了仅6.8mm的整机厚度。与Pancake方案不同,EM3 ETHER采用了EM3自研的NEO-M透镜方案,采用一组衍射透镜,替代了传统VR头显较厚的透镜组,它具有更强的光线偏折能力与光线控制能力,可以在极短的焦距内实现光线的汇聚及清晰成像。而采用这一方案的VR头显产品,也可以实现更极致的轻薄。

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(图:EM3 ETHER原型机)

(图:菲涅尔透镜、Pancake与NEO-M方案VR头显体积及厚度对比)

采用NEO-M透镜系统的EM3 ETHER,重量仅有35g。在画质方面,EM3 ETHER也并不含糊,它采用了两块独立的Micro-OLED显示面板,并支持2.5k的单眼分辨率与90度的FOV。EM3官方称,下一代产品有望实现110度的FOV。据悉,EM3 ETHER有望在2022年投入量产。

在VR发展初期,“VR眼镜”这一并不专业的称呼曾风靡一时。如今,在Pancake与NEO-M方案的助力下,VR头显成为了真正意义上的“VR眼镜”。

站在更远的尺度看,从VR头显到VR眼镜,这一变化的意义其实远远不止于轻薄。轻薄VR头显不仅让用户的头部减负,更直接降低了VR的使用的实际与心理门槛。而更加便捷的VR设备,才是开启元宇宙时代的关键所在。

轻薄化VR头显,如何加速元宇宙时代到来?

2021年,元宇宙概念的火爆,让资本市场再一次关注到VR/AR行业。咨询机构Gartner此前发布的报告显示,VR/AR已经完成技术祛魅,正在成为一项相对成熟的技术。而轻薄化VR产品的出现,则可能成为进一步加速VR市场成长的加速器。

如果对标智能手机市场,这一趋势就会更加容易理解。如今,外界公认的智能手机行业元年是2007年,而标志则是iPhone的面世。但事实上,iPhone并不是世界第一款智能手机。

在iPhone诞生前,诺基亚主导的的Symbian系统、微软的Windows Mobile一度主宰智能手机市场,黑莓以及Palm的PDA手机也备受商务人士青睐。在2008年,Symbian及Windows Mobile系统的入门款智能手机已经下探到1500元价位。

然而,当年的智能手机只是少数手机玩家、发烧友和商务人士的选择,一直没能成为手机市场主流。直到iPhone和Android系统普及,智能手机才受到主流用户的青睐。

(图:在2007年的iPhone初代发布会上,乔布斯列举了当年的主流智能手机形态)

这背后的原因也并不复杂。早年的智能手机使用十分复杂,系统界面凌乱繁杂、操作繁琐,让许多初次使用智能手机的用户望而生却。而iPhone则凭借着大道至简的设计,大大简化了智能手机的使用方式。

自此之后,智能手机的使用门槛大大降低。如今,智能手机已经演化为一个“外置器官”,成为了绝大多数现代人类不可或缺的工具。而iPhone奠定的智能手机原型(大屏、电容多点触控、应用App化)也成为了沿用至今的行业标准。

不难看出,VR行业也在期待一款类似iPhone的颠覆性产品,它不可能是如今主流VR头显形态――超过1斤的重量,用绑带固定在头上,每次戴起放下都需要半分钟以上的时间,平时需要装在收纳包里……

而眼镜化的VR头显,就是解决这些问题的“银色子弹”。它可以随身携带,随时戴起放下。在未来,融合VR/AR显示的眼镜甚至可以时刻戴在头上。而到那时,VR/AR也真正意义上成为了身体器官的一部分,而我们也将正式迈入元宇宙的新时代。

如今,科技业对于元宇宙的讨论大多局限于游戏领域,但元宇宙的范畴显然不止于此。轻薄化VR解决方案的出现,则有望改变这一现状。

与普通用户相比,游戏玩家更愿意为沉浸式体验付出更高的时间、金钱与认知成本。因此,相比轻度应用,VR内容开发者们也更愿意开发游戏类应用,以获得更高的商业回报。

而当VR设备变得愈加轻薄、简单、易上手,更多轻量级VR应用也将呈井喷式发展。例如,我们可以随时随地戴上VR眼镜,加入一场身临其境的远程会议,或是与远在天边的朋友开启一场“云聚餐”……

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