HoloLens光学架构师:MR眼镜满足什么条件才能打开市场

2019-11-09 11:49:21来源:青亭网


还记得此前青亭网在《无我VR 聚合新闻

Kress表示:在技术层面上,智能手机生态所带来的显示、网络和传感器技术推动了VR/AR的第二次爆发,不过传统的手机显示技术只会成为最初的催化剂,而AR/VR则将再次颠覆多半个世纪以来传统显示技术的变革(从CRT显示器,到LCD计算机屏幕,再到OLED平板电脑和智能手机屏幕,到LCoS、DLC、MEMS扫描微镜、iLED智能手机屏幕等)。

他还指出,不管是对于VR还是对于AR来讲,其发展和成功不仅依靠技术的发展(如低成本IMU传感器、低功耗3D渲染GPU、无线数据传输技术等),还需要合适的内容支撑。就好比,苹果iPod的成功是源于它拥有硬件、WiFi连接和线上音乐商店三个要素,同时iPod的概念也迎合了强烈的消费者需求,在消费者眼中,iPod不只是一个音乐播放器,而更像是一个整体的音乐体验生态。

无我VR 聚合新闻

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在论文中Kress指出,像NorthFocals这样的轻量化智能眼镜,其组成部分主要包括:屈光镜片、AR/MR光学模组(通常不支持3D显示,而且对角线FOV不足15°)、传感器(通常只有3DoF)。普通智能眼镜不支持3D显示,原因是3DAR光学对于镜框的稳定性有较高要求,如果镜框偏移,则容易产生水平和垂直视网膜差距,引起视觉疲劳,而2DAR光学模组则不同,更适合轻便的眼镜设计,还容易与屈光调节镜片集成。

通过与3G、4G、WiFi、蓝牙等信号传输结合,智能眼镜可作为智能手机的配套设备,比如用作外接屏幕或者虚拟助手、AR导航、社交等,它的目标不是取代智能手机而是类似于智能手表这种穿戴式外设。

相比之下,VR头显则更像是游戏主机的一种延伸,而AR和MR头显会更有潜力成为下一代计算平台,取代台式机、笔记本电脑甚至平板电脑。AR/MR头显通常并不像PCVR一样需要连接电脑,HoloLens甚至可以做到完全无线化(不需要连接配套的计算单元),此外还依赖比较高端的光学引擎和模组(自由曲面、光波导、衍射、全息光学等)、光学组合器和传感器(如深度摄像头、头部和手柄定位摄像头、眼球和手势追踪模块)。

总之,随着技术发展,智能眼镜、VR头显、AR/MR头显有望融合成同一种概念,当然这将需要5G和WiGig等传输技术的提高,以及优化的视觉体验感(全新光学技术)和穿戴的舒适性(提高电池续航、散热、重量/体积)。

这里Kress再次提到,2018年第三季度智能手机和平板电脑销量下滑或许预示着,消费电子巨头和投资机构将着手于投资和开发新一代产品,而MR头显很可能是其中之一。

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对于未来优质的MR体验(C端或B端),Kress认为都需要满足舒适度和沉浸感,其中舒适度分为穿戴舒适和视觉舒适,而沉浸感需要从视觉、音频、手势交互、体感反馈等元素入手。同时,理想的MR体验还需要兼顾低于10ms的移动延时、准确的3D地图定位、快速且通用的眼球追踪三点(其中大多数可通过集成在专门芯片上的全局传感器融合工艺来实现,比如HoloLens使用的全息处理器)。

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此外,Kress还详细分析了舒适性和沉浸感所需要满足的元素:

穿戴舒适性:

  • 1,无线化设计提高移动性;
  • 2,小体积、轻量化;
  • 3,优化主动和被动的散热管理;
  • 4,皮肤与穿戴式设备接触的舒适性管理;
  • 5,吸汗和散热好的透气式面料;
  • 6,头显重量分布均匀。

视觉舒适性:

  • 1,大适眼距、更广的IPD范围;
  • 2,角分辨率接近20/20级视力(注视点区域至少45ppd);
  • 3,纱窗效应和色彩不均效应最小化;
  • 4,支持高亮度、高对比度的高动态光照渲染(采用MEMS光学扫描镜、OLED/iLED、LCoS、LCD等);
  • 5,降低鬼影(小于1%);
  • 6,200°以上的高透光视场角;
  • 7,遮光罩支持主动调光;

并且利用准确/通用的眼球追踪来提高:

  • 1,视觉辐辏调节冲突;
  • 2,在FOV较大的头显中,通过对视线游离的主动调节,来降低可能出现的图像失真;
  • 3,优化主动图像遮挡,来降低MR图像的透明度。

此外,Kress还指出理想的MR头显还应该具备主动的全天候视觉障碍校正(比如屈光、散光调节),并且通过渲染光学模糊来提高3D立体感,甚至在光学模组关闭时也具备放大镜或者望远镜的功能。

沉浸感方面,Kress认为它不仅受到头显的FOV影响,因为传统意义上的FOV只是一个2D的角度概念,而沉浸的FOV还应该加入深度距离。具体来讲,提高MR头显的沉浸感需要满足以下6点:

  • 1,具备广角FOV;
  • 2,同时支持固定和动态的注视点渲染;
  • 3,利用深度传感器将MR内容锁定在环境中,支持优秀的遮挡;
  • 4,支持持续性空间音频;
  • 5,准确的手势识别;
  • 6,具备体感反馈。

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当然,在提高MR头显的舒适度时,也需要考虑用户的人为因素,比如不同的人脸结构和习惯会造成实际视线与光学模组的轴有所偏离等。另外还提出,用户感知到的FOV与头显本身的FOV可能会有不同,因为会受到MR头显的透光范围和图像质量影响。本文系青亭网翻译自:Spiedigital

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