HoloLens光學架構師:MR眼鏡滿足什么條件才能打開市場

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還記得此前青亭網在《為什么說AR頭顯并非FOV越大體驗感越好?》一文中,曾提到的那位微軟光學架構師Bernard Kress嗎?近期,他在為國際光學工程學會(SPIE)提交的論文中,進一步闡釋了AR/MR/VR的過去,現在和未來,以及需要解決的痛點。

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Kress表示:在技術層面上,智能手機生態所帶來的顯示、網絡和傳感器技術推動了VR/AR的第二次爆發,不過傳統的手機顯示技術只會成為最初的催化劑,而AR/VR則將再次顛覆多半個世紀以來傳統顯示技術的變革(從CRT顯示器,到LCD計算機屏幕,再到OLED平板電腦和智能手機屏幕,到LCoS、DLC、MEMS掃描微鏡、iLED智能手機屏幕等)。

他還指出,不管是對于VR還是對于AR來講,其發展和成功不僅依靠技術的發展(如低成本IMU傳感器、低功耗3D渲染GPU、無線數據傳輸技術等),還需要合適的內容支撐。就好比,蘋果iPod的成功是源于它擁有硬件、WiFi連接和線上音樂商店三個要素,同時iPod的概念也迎合了強烈的消費者需求,在消費者眼中,iPod不只是一個音樂播放器,而更像是一個整體的音樂體驗生態。

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Bernard Kress(右)

同時,不管C端AR/MR頭顯的技術有多優秀,如果不配備優質的應用商店,也還是無法打開C端市場。

分析VR/AR/MR市場形勢

在AR/VR的各種應用中,Kress唯獨最看好其在國防場景的應用,并認為在接下來十年里AR/VR在國防領域將看到持續的投入和開發,不管是在飛行模擬和培訓上,還是在提供路線情況信息的飛機HUD上。而在C端場景中,Kress認為接下來最有效的將會是汽車HUD和用于私人觀影的XR頭顯。

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Gartner技術成熟曲線(2017-2018)

此外,相比于第一次,第二次VR/AR浪潮不僅出現了比AR或VR更具包容性的分類定義:MR、XR,而且據Gartner技術成熟曲線顯示,投資者、市場分析師、AR/VR/MR系統集成商和B端用戶預計于接下來五年看到真正的投資回報,而AR/VR技術也將在2到10年里達到穩定的生產力水平。

與VR相比,MR在B端的應用已經證明其在市場中的可持續生存潛力,其優勢在于:加快新員工學習速度、降低失誤、高收益、支持協作設計、遠程專家指導、優化的服務和監控、高生產質量保障、優化產品展示和演示,以及更好的終端客戶體驗。

目前,在MR在B端市場已經帶來有形的收益,并主要集中于制造(汽車、航空、重工產品)、能源、電力、采礦和公共事業、技術、媒體和通信,以及醫療與手術、金融服務、零售/服務業/休閑消費等。

而智能眼鏡/XR在C端市場更的存在感則沒那么明顯,比如此前的Google Glass、Snap Spectacles、Intel Vaunt、North Focals等設備得到的也是褒貶不一的市場反饋。VR頭顯方面,近期的開發進度開始放緩,比如StarVR、Intel Alloy項目終止等。不過Kress認為,在VR頭顯上通過視頻透視實現的MR技術將長期保持強勁勢頭。

AR頭顯廠商方面,Meta、CastAR、ODG相繼關閉,后來CastAR和Meta分別以Tilt Five和MetaVision的身份重生。變焦距AR頭顯廠商Avegant也曾經歷重大重組,這些例子說明AR市場依然不明朗,還在探索中。當然,這其中也有還在持續發展,并得到VC融資的AR公司,比如Vuzix。

在C端,智能眼鏡的市場份額較小,其中包括North Focals,該眼鏡技術類似于Intel此前取消的Vaunt項目,外觀看起來像是普通眼鏡。不過推出沒多久,Focals的售價直降接近一半,而且North也曾經歷大批裁員,總之Kress對于C端智能眼鏡的短期發展趨勢持不明確態度。

與此同時,盡管2018年第三季度首次看到全球智能手機和平板電腦銷量下滑,蘋果2018年第四季度股價下跌30%,Kress認為還不能確定C端MR硬件能夠有潛力取代現有的智能手機/平板電腦,或者成為這些設備的最佳伴侶,甚至提供任何傳統顯示屏無法實現的沉浸式體驗。

Kress總結了多款智能眼鏡、VR/AR/MR頭顯和眼鏡在C端、B端、醫療、國防領域的各方面表現,詳細列表如下:

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MR能否成為下一代計算平臺

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在論文中Kress指出,像North Focals這樣的輕量化智能眼鏡,其組成部分主要包括:屈光鏡片、AR/MR光學模組(通常不支持3D顯示,而且對角線FOV不足15°)、傳感器(通常只有3DoF)。普通智能眼鏡不支持3D顯示,原因是3D AR光學對于鏡框的穩定性有較高要求,如果鏡框偏移,則容易產生水平和垂直視網膜差距,引起視覺疲勞,而2D AR光學模組則不同,更適合輕便的眼鏡設計,還容易與屈光調節鏡片集成。

通過與3G、4G、WiFi、藍牙等信號傳輸結合,智能眼鏡可作為智能手機的配套設備,比如用作外接屏幕或者虛擬助手、AR導航、社交等,它的目標不是取代智能手機而是類似于智能手表這種穿戴式外設。

相比之下,VR頭顯則更像是游戲主機的一種延伸,而AR和MR頭顯會更有潛力成為下一代計算平臺,取代臺式機、筆記本電腦甚至平板電腦。AR/MR頭顯通常并不像PC VR一樣需要連接電腦,HoloLens甚至可以做到完全無線化(不需要連接配套的計算單元),此外還依賴比較高端的光學引擎和模組(自由曲面、光波導、衍射、全息光學等)、光學組合器和傳感器(如深度攝像頭、頭部和手柄定位攝像頭、眼球和手勢追蹤模塊)。

總之,隨著技術發展,智能眼鏡、VR頭顯、AR/MR頭顯有望融合成同一種概念,當然這將需要5G和WiGig等傳輸技術的提高,以及優化的視覺體驗感(全新光學技術)和穿戴的舒適性(提高電池續航、散熱、重量/體積)。

這里Kress再次提到,2018年第三季度智能手機和平板電腦銷量下滑或許預示著,消費電子巨頭和投資機構將著手于投資和開發新一代產品,而MR頭顯很可能是其中之一。

優化MR體驗感的關鍵

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對于未來優質的MR體驗(C端或B端),Kress認為都需要滿足舒適度和沉浸感,其中舒適度分為穿戴舒適和視覺舒適,而沉浸感需要從視覺、音頻、手勢交互、體感反饋等元素入手。同時,理想的MR體驗還需要兼顧低于10ms的移動延時、準確的3D地圖定位、快速且通用的眼球追蹤三點(其中大多數可通過集成在專門芯片上的全局傳感器融合工藝來實現,比如HoloLens使用的全息處理器)。

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此外,Kress還詳細分析了舒適性和沉浸感所需要滿足的元素:

穿戴舒適性:

  • 1,無線化設計提高移動性;
  • 2,小體積、輕量化;
  • 3,優化主動和被動的散熱管理;
  • 4,皮膚與穿戴式設備接觸的舒適性管理;
  • 5,吸汗和散熱好的透氣式面料;
  • 6,頭顯重量分布均勻。

視覺舒適性:

  • 1,大適眼距、更廣的IPD范圍;
  • 2,角分辨率接近20/20級視力(注視點區域至少45ppd);
  • 3,紗窗效應和色彩不均效應最小化;
  • 4,支持高亮度、高對比度的高動態光照渲染(采用MEMS光學掃描鏡、OLED/iLED、LCoS、LCD等);
  • 5,降低鬼影(小于1%);
  • 6,200°以上的高透光視場角;
  • 7,遮光罩支持主動調光;

并且利用準確/通用的眼球追蹤來提高:

  • 1,視覺輻輳調節沖突;
  • 2,在FOV較大的頭顯中,通過對視線游離的主動調節,來降低可能出現的圖像失真;
  • 3,優化主動圖像遮擋,來降低MR圖像的透明度。

此外,Kress還指出理想的MR頭顯還應該具備主動的全天候視覺障礙校正(比如屈光、散光調節),并且通過渲染光學模糊來提高3D立體感,甚至在光學模組關閉時也具備放大鏡或者望遠鏡的功能。

沉浸感方面,Kress認為它不僅受到頭顯的FOV影響,因為傳統意義上的FOV只是一個2D的角度概念,而沉浸的FOV還應該加入深度距離。具體來講,提高MR頭顯的沉浸感需要滿足以下6點:

  • 1,具備廣角FOV;
  • 2,同時支持固定和動態的注視點渲染;
  • 3,利用深度傳感器將MR內容鎖定在環境中,支持優秀的遮擋;
  • 4,支持持續性空間音頻;
  • 5,準確的手勢識別;
  • 6,具備體感反饋。

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當然,在提高MR頭顯的舒適度時,也需要考慮用戶的人為因素,比如不同的人臉結構和習慣會造成實際視線與光學模組的軸有所偏離等。另外還提出,用戶感知到的FOV與頭顯本身的FOV可能會有不同,因為會受到MR頭顯的透光范圍和圖像質量影響。本文系青亭網翻譯自:Spiedigital

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責任編輯:hi188
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