文/VR陀螺 小鉆風(fēng)

VR/AR想要實(shí)現(xiàn)接近人眼的視覺體驗(yàn)，模擬人眼對(duì)世界的感知是必要方向。人眼的視覺系統(tǒng)關(guān)鍵的一項(xiàng)要素是隨人眼的移動(dòng)，自動(dòng)對(duì)焦。

為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)焦，出現(xiàn)了各種變焦方案，這些變焦方案多基于可變焦鏡頭或顯示器的移動(dòng)，再結(jié)合眼動(dòng)追蹤與算法實(shí)現(xiàn)。

這些方案實(shí)現(xiàn)了對(duì)VR/AR體驗(yàn)的提升，但離真正的人眼視覺系統(tǒng)還有一定距離。

光場(chǎng)依然是VR/AR頭顯顯示最接近人眼的解決方案

2018年，F(xiàn)acebook在F8大會(huì)上提到的Oculus Half Dome頭顯原型所采用的變焦方案就是較為典型的代表。

該頭顯原型具備眼動(dòng)追蹤功能，主要用于與該原型設(shè)備的變焦顯示器相配合。通過顯示器的調(diào)節(jié)，讓顯示器與眼動(dòng)追蹤在眼睛對(duì)焦距離處相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)焦點(diǎn)的動(dòng)態(tài)追蹤。

Oculus Half Dome（圖源：網(wǎng)絡(luò)）

但這類變焦方案無法實(shí)現(xiàn)人眼的連續(xù)對(duì)焦，而且從視覺呈現(xiàn)來講，對(duì)人眼真實(shí)世界的模擬還有一段距離。

在變焦的實(shí)現(xiàn)手段上，還有一種方式，那就是光場(chǎng)技術(shù)。

“光場(chǎng)（Light Field）是空間中同時(shí)包含位置和方向信息的四維光輻射場(chǎng)。”簡單點(diǎn)說就是光線在傳播過程中的所有信息。

光場(chǎng)技術(shù)通過模擬光場(chǎng)，讓光源追蹤人眼，并結(jié)合模擬物體的實(shí)際光影效果將激光投射到人的視網(wǎng)膜，讓人眼在VR中的使用接近真實(shí)世界。比如隨人頭部的移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)注視點(diǎn)的轉(zhuǎn)移。

光場(chǎng)相關(guān)技術(shù)難度非常高，因此能夠?qū)嵤┻@項(xiàng)技術(shù)的公司并不多，瑞士的創(chuàng)企Creal是其中一個(gè)。

Creal位于瑞士，是一家VR/AR創(chuàng)企，專注于為VR/AR頭顯提供光場(chǎng)顯示器。這家看似平平無奇的創(chuàng)企，團(tuán)隊(duì)背景似乎很不一般。

Creal 2017年底成立，由前歐洲核子研究中心（英文簡稱CERN）的工程師共同創(chuàng)立，這些工程師曾從事大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的ATLAS探測(cè)器項(xiàng)目。

截至去年末，該團(tuán)隊(duì)擁有18名員工，吸納了英特爾Vaunt智能眼鏡項(xiàng)目、Magic Leap、瑞士聯(lián)邦理工以及多家初創(chuàng)公司的研究經(jīng)驗(yàn)。

Creal合照（圖源：Creal）

如此硬核的團(tuán)隊(duì)近日展示了最新光場(chǎng)顯示技術(shù)成果，從展示的視頻來看，Creal在不使用眼動(dòng)追蹤的前提下，實(shí)現(xiàn)了對(duì)任意深度場(chǎng)景下的對(duì)焦。而且在視覺呈現(xiàn)上模擬了人眼注視點(diǎn)高度清晰，周邊環(huán)境模糊的效果。

將光場(chǎng)投影儀嵌入智能眼鏡框，讓合成光場(chǎng)模擬真實(shí)光場(chǎng)

Creal研究光場(chǎng)技術(shù)，是希望在VR/AR中展示真實(shí)世界的深度。Creal對(duì)光場(chǎng)的定義是：“光在真實(shí)世界中的真實(shí)代表。”

Creal光場(chǎng)顯示器生成的圖像與我們?nèi)庋劭吹秸鎸?shí)世界的光非常相符。具體點(diǎn)說，光場(chǎng)顯示器支持人類視覺系統(tǒng)的兩大聚焦機(jī)制：聚光與調(diào)節(jié)，可以像真實(shí)世界一樣可以進(jìn)行焦深的調(diào)節(jié)。

圖源：Creal

與前文所述變焦調(diào)節(jié)方式不同的是，Creal的焦點(diǎn)轉(zhuǎn)移全部在攝像頭捕捉場(chǎng)景的過程中完成。攝像頭可以像人眼一樣在不使用追蹤技術(shù)的前提下對(duì)任意深度的場(chǎng)景進(jìn)行對(duì)焦。

據(jù)Creal官網(wǎng)介紹，他們是通過在VR/AR頭顯或智能眼鏡臂中嵌入光場(chǎng)投影儀，做到在每一個(gè)數(shù)字場(chǎng)景中以多種視角投射到人眼，并保持每秒6000張圖像的發(fā)送頻率，合成光場(chǎng)模擬真實(shí)世界的光呈現(xiàn)在人眼視野。從Creal官網(wǎng)的動(dòng)圖演示來看，似乎采用了孔陣列結(jié)構(gòu)。

圖源：Creal

再通過光場(chǎng)顯示器與普通顯示器的結(jié)合，模擬人眼注視點(diǎn)高清、周圍視頻模糊的視覺效果，可為用戶帶來幾近真實(shí)的體驗(yàn)感。

2019年，Creal曾在CES上展示其采用了光場(chǎng)顯示器的VR/AR頭顯原型。據(jù)介紹，AR頭顯原型 60° 視場(chǎng)角的分辨率為1000*1000，并且是“無限”分辨率。

圖源：roadtovr

這里所說的無限是指連續(xù)聚焦，并非真實(shí)的無限，而是每個(gè)焦深之間的步長要遠(yuǎn)小于人眼分辨率，人眼幾乎無法察覺。

當(dāng)時(shí)所展示的AR頭顯原型需要線纜連接，采用了IntelRealSense傳感器進(jìn)行6DOF追蹤，Ultraleap進(jìn)行手動(dòng)追蹤。Creal表示會(huì)將眼鏡的功耗從當(dāng)前的2W降低至0.5W，并將眼動(dòng)范圍擴(kuò)大到8mm。

當(dāng)時(shí)，Creal創(chuàng)始人Sluka告訴外媒，他們通過投影儀以某種方式對(duì)光進(jìn)行調(diào)制，圖像并非全息圖，也并未使用微透鏡陣列。據(jù)稱，這種方法非常新穎，所合成的光場(chǎng)比Creal所知的任何其他光場(chǎng)都更接近模擬光場(chǎng)。

（圖源：Creal‍‍）

Sluka表示該系統(tǒng)支持“從0到無窮大的數(shù)百個(gè)深度平面”，并具有對(duì)數(shù)分布，也就是較高密度的平面更靠近眼睛，較低密度的平面距離眼睛更遠(yuǎn)。他還說可以在眼睛“后面”實(shí)現(xiàn)深度平面，這意味著該系統(tǒng)適用于近視眼鏡。

與2019年前類似電腦主機(jī)形式的光場(chǎng)顯示器相比，兩年后的Creal已將光場(chǎng)顯示器似乎縮小至接近普通VR/AR頭顯，這兩款頭顯在2021年CES上以線上形式進(jìn)行過展示。

（圖源：Creal）

據(jù)介紹，該原型VR頭顯采用注視點(diǎn)架構(gòu)（每只眼睛采用兩個(gè)重疊的顯示器），光場(chǎng)顯示器的分辨率與視網(wǎng)膜接近，覆蓋視野中心30°范圍，周圍視場(chǎng)則采用更低分辨率（1600*1400）非光場(chǎng)顯示器填充至100°范圍。

觀察文章開篇部分的視頻，可以看到顯示器的中心部分（光場(chǎng)部分）與視野其他區(qū)域相比非常清晰。Creal表示這部分顯示器的分辨率與視網(wǎng)膜接近，并且能以240Hz的刷新率運(yùn)行。

Creal AR眼鏡規(guī)格（圖源：Creal）

Creal VR眼鏡規(guī)格（圖源：Creal）

Creal的VR/AR頭顯形態(tài)還在進(jìn)一步縮小中，公司預(yù)計(jì)2022年底能夠做到讓光場(chǎng)顯示器縮小至更為合理的大小。對(duì)適用于AR的技術(shù)也在進(jìn)行調(diào)整，之后可能做到更加小型化以適應(yīng)緊湊型AR眼鏡。

Creal VR、AR眼鏡未來迭代路線圖：

圖源：Creal

Creal制作VR、AR頭顯原型僅用于展示光場(chǎng)顯示技術(shù)，便于與其他公司合作，讓其將光場(chǎng)技術(shù)整合到這些公司的頭顯當(dāng)中，自身并不打算制造頭顯。

考慮到需要對(duì)光場(chǎng)進(jìn)行合成，有猜測(cè)認(rèn)為用于Creal頭顯光場(chǎng)顯示器的視圖渲染工作會(huì)非常昂貴，對(duì)此Creal并未正面回答此問題，只表示正在對(duì)沉浸技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。

從Creal在今年CES上展示的VR與AR頭顯來看，與兩年前類似計(jì)算機(jī)主機(jī)的形態(tài)相比，其光場(chǎng)顯示器已能應(yīng)用于VR/AR頭顯。但受疫情影響今年CES在線上舉辦，因此沒有機(jī)會(huì)真實(shí)體驗(yàn)其產(chǎn)品。

2021年Creal在2021年CES上的展示視頻

根據(jù)Creal計(jì)劃的迭代路線圖，Creal目前已成功實(shí)現(xiàn)光場(chǎng)顯示器的小型化，VR與AR頭顯尺寸已接近市面上的普通頭顯。

一年之后，頭顯原型將會(huì)進(jìn)一步縮小，尤其是AR眼鏡，幾乎與普通眼鏡沒有差別。考慮到AR眼鏡2021與2022兩款原型的形式差別較大，實(shí)現(xiàn)上有一定難度，陀螺君保持期待態(tài)度。如果真的能夠?qū)崿F(xiàn)，對(duì)智能眼鏡而言或許會(huì)是一項(xiàng)大的突破。

2022年Creal AR眼鏡（圖源：Creal）

Creal只提供光場(chǎng)顯示器并不從事頭顯的制造，因此采取與VR/AR頭顯制造商合作的模式。Creal官網(wǎng)上已列出合作需求，這讓陀螺君開始期待其光場(chǎng)顯示器是否已具備量產(chǎn)的能力。

畢竟光場(chǎng)技術(shù)早在幾年前便受眾多大廠追捧，只是落地應(yīng)用這一日何日到來還未可知。

大廠追逐的光場(chǎng)，落地成謎

像光場(chǎng)這樣對(duì)VR/AR顯示可能產(chǎn)生顛覆性效果的技術(shù)，對(duì)VR/AR大廠而言并不新鮮，早在幾年前VR/AR熱潮時(shí)便廣受關(guān)注，包括谷歌、微軟、Facebook在內(nèi)的一些大廠都對(duì)此保持關(guān)注。

英偉達(dá)早在幾年前便展示利用了光場(chǎng)顯示技術(shù)的VR頭顯，據(jù)稱，該頭顯不會(huì)讓佩戴者產(chǎn)生暈動(dòng)癥。

英偉達(dá)的這款頭顯采用了近眼光場(chǎng)顯示系統(tǒng)（Near-Eye Light Field Displays），該系統(tǒng)與斯坦福大學(xué)聯(lián)合研發(fā)，從原理上看與光場(chǎng)相機(jī)類似，采用一系列人眼所能識(shí)別的最小焦距的微透鏡陣列。

微透鏡陣列會(huì)在給定的場(chǎng)景中捕獲光照強(qiáng)度等信息，以及光線在空間內(nèi)的傳播方向，以讓圖像中捕獲的景深距離顯得更加立體，從而減少暈動(dòng)癥。

英偉達(dá)光場(chǎng)立體頭顯原理圖（圖源：網(wǎng)絡(luò)）

與Creal類似，英偉達(dá)的顯示方案同樣采用兩塊顯示器重疊的方式。從上圖可以看到，兩塊間隔5毫米的LCD面板做成分層顯示器，被靠近用戶眼鏡的圓形觀看鏡片與后端的背光板夾在中間。

2018年，曾有消息稱谷歌或以4000萬美元收購以光場(chǎng)相機(jī)出名的Lytro，雖然收購并未發(fā)生，但谷歌確實(shí)接納了Lytro解散后的部分員工。同年還推出光場(chǎng)技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)Welcome to Light Fields。

 Welcome to Light Fields（圖源：網(wǎng)絡(luò)）

Welcome to Light Fields通過改裝的GoPro Odyssey Jump相機(jī)平臺(tái)，將其彎曲在16個(gè)鏡頭的垂直弧形并安裝在旋轉(zhuǎn)的平臺(tái)上，對(duì)進(jìn)入空間的不同光線進(jìn)行捕捉。

2020年中旬，谷歌還發(fā)布了一項(xiàng)新的球形光場(chǎng)視頻捕捉方案。

該光場(chǎng)捕捉方案與此前推出的光場(chǎng)技術(shù)平臺(tái)類似，為球型結(jié)構(gòu)，由46個(gè)攝像頭組成，其原理類似于蒼蠅的復(fù)眼，可通過環(huán)式分布的攝像頭從不同角度對(duì)周圍的場(chǎng)景進(jìn)行捕捉。

谷歌球形光場(chǎng)視頻捕捉方案（圖源：網(wǎng)絡(luò)）

蘋果近年也有專利表明其正致力于全景光場(chǎng)捕獲技術(shù)，但與前面介紹的實(shí)現(xiàn)方式有所不同。

在其專利設(shè)想下，普通消費(fèi)者可通過手勢(shì)移動(dòng)設(shè)備來捕獲特定場(chǎng)景的大光場(chǎng)全景。蘋果系統(tǒng)可利用iPhone、iPad中的傳感器進(jìn)行位置、運(yùn)動(dòng)、圖像等多種數(shù)據(jù)，再將其結(jié)合起來構(gòu)成光場(chǎng)全景。

蘋果光場(chǎng)捕獲、處理、查看圖像的過程（圖源：網(wǎng)絡(luò)）

這只是光場(chǎng)方案中的幾則案例，很多廠商都有研究光場(chǎng)并提出各種不同的解決方案，但卻并沒有真實(shí)成功實(shí)現(xiàn)大規(guī)模落應(yīng)用的，可見光場(chǎng)技術(shù)目前還未有標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)，即使是不乏大廠的參與，受到多方追捧，離實(shí)際落地應(yīng)用始終還有一段距離。

自動(dòng)對(duì)焦功能是VR/AR頭顯的必然需求，因此最近幾年涉足AR/VR廠商依然在進(jìn)行積極探索，只是不比當(dāng)時(shí)Magic Leap時(shí)代熱鬧。

此次Creal作為一家團(tuán)隊(duì)成員不及20人的創(chuàng)企敢于嘗試光場(chǎng)顯示技術(shù)，并在短短兩年內(nèi)實(shí)現(xiàn)小型化，讓人眼前一亮?？紤]到光場(chǎng)技術(shù)的落地難度，在其光場(chǎng)顯示器真實(shí)落地量產(chǎn)前陀螺君依然保持關(guān)注態(tài)度。

結(jié)語

光場(chǎng)技術(shù)是VR/AR頭顯對(duì)更優(yōu)質(zhì)顯示體驗(yàn)的必然需求，雖然目前尚未達(dá)到可大規(guī)模應(yīng)用的階段，但廠商們?nèi)栽趶亩鄠€(gè)角度不斷進(jìn)行研發(fā)。

不僅僅是大廠商，如今像Creal這樣僅擁有十幾人團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)企也開始加入研發(fā)陣營，這意味著光場(chǎng)顯示技術(shù)已經(jīng)吸引了更多關(guān)注，應(yīng)用于VR/AR顯示光場(chǎng)技術(shù)也將擁有更有解決方案。

或許我們離光場(chǎng)技術(shù)的應(yīng)用比我們想象中要更近了一步。