隨著計算走向真正的3D，空間計算有望改變我們與設備交互的方式，變革的早期跡象已經(jīng)開始。雖然蘋果推出的Vision Pro為這一領域帶來了新的興奮，但Meta，索尼和Pico等公司以游戲為重點的VR（虛擬現(xiàn)實）耳機已售出數(shù)百萬臺，而Vuzix，Microsoft等公司的AR（增強現(xiàn)實）眼鏡在工業(yè)中占有重要地位。
2023 年的事件使 IDTechEx 確定了它預計在未來十年 XR 市場中將展開的兩個重要敘述：虛擬現(xiàn)實的影響將擴大，因為它感覺更接近“真實現(xiàn)實”，而參與 XR 的大型科技公司的最終目標是標志著他們在旨在取代智能手機的 AR 設備的未來市場中的地位。
01 讓 VR 更具沉浸感
2023 年 8 月，Meta 展示了其最新的 Butterscotch 原型 VR 頭顯。這展示了阻礙VR感覺真實的幾個問題的解決方案，讓我們得以一窺這些設備在本世紀末可能提供的體驗以及這樣做所需的硬件。Meta 在解決這些問題方面并不是獨一無二的，但原型在將解決方案結合到一臺設備中是獨一無二的。
問題 1：像素需要消失
Butterscotch的顯示系統(tǒng)接近視網(wǎng)膜分辨率，這是大多數(shù)人的眼睛無法區(qū)分單個像素的像素密度。這減少了用戶正在看屏幕的感知，消除了可見像素網(wǎng)格的“紗門效應”。Butterscotch 在用戶的視野 （FoV） 中管理每度 56 像素 （PPD），接近通常建議的 60PPD 啟發(fā)式，但缺點是與大多數(shù)其他 VR 頭顯相比，F(xiàn)oV 大約減半。
生產(chǎn)就緒的系統(tǒng)需要更高的視野，但這需要令人難以置信的高分辨率屏幕和大量的計算需求。芬蘭專業(yè)市場VR專家Varjo的XR-3頭顯采用了一種解決方案，即在視覺中心使用更高分辨率的中央凹微型顯示器，眼睛可以解析最多的細節(jié)，而在視野的其余部分使用較低分辨率的顯示器。雖然這使 Varjo 的圖像質量有別于市場上的其他產(chǎn)品，但代價是增加了重量、復雜性和成本。
Varjo 的耳機價格處于市場的最高端，但隨著技術的成熟，這種方法可能會在未來十年內(nèi)逐漸消失。更簡單的方法可能是在VR中轉向更大但更高像素密度的微顯示技術，在軟件級別進行注視點渲染，節(jié)省計算能力，但不會節(jié)省顯示所需的像素數(shù)量。IDTechEx 報告概述了對當今相機取景器中更常用的 OLED 硅顯示器的期望，將取代當今使用的 LCD，成為 2030 年代流行的 VR 顯示技術，包括京東方在內(nèi)的公司發(fā)布的 VR 專用 OLED 硅基 OLED 已經(jīng)在 2023 年為此奠定了基礎。
問題 2：3D 顯示系統(tǒng)擾亂了我們的頭腦
Butterscotch 還可以糾正會聚-調(diào)節(jié)沖突：雙目立體顯示系統(tǒng)的固定焦距（調(diào)節(jié)）距離與它通過視差模擬的物體與觀看者的不同距離（收斂）之間的不匹配。這種沖突會增加XR頭顯用戶感到的暈動病問題，并降低沉浸感，因為眼睛缺少重要的深度視覺線索。Butterscotch 通過使用紅外攝像頭跟蹤眼睛的視線位置、調(diào)整場景渲染以及最重要的是調(diào)整動態(tài)可調(diào)鏡頭以聚焦頭戴式設備的顯示屏以匹配會聚和調(diào)節(jié)距離來解決這個問題。
Butterscotch 中使用的鏡頭通過電機物理移動以改變焦距，但 Meta 還展示了可用于相同目的的幾何相位透鏡陣列。這些透鏡根據(jù)圓偏振輸入光的手性從正屈光度切換到負屈光度：將這些透鏡與可切換的波片堆疊在一起，可以產(chǎn)生一個極其緊湊、動態(tài)可調(diào)焦距的透鏡，沒有移動部件，延遲接近零。盡管圖像質量問題仍然存在，但 Meta 似乎更有可能在商用頭顯中采用這種方法。IDTechEx 的報告預測，這些鏡頭將成為 VR 市場極其重要的技術，商業(yè)引入可能會在 2020 年代末進行。值得注意的是，包括 Valve 和蘋果在內(nèi)的其他參與者已經(jīng)通過專利和投資證明了對這項技術的興趣，因此 Meta 并不是唯一一家在這一領域工作的巨頭。
02 2034 年 VR 設備的形態(tài)
可能需要與Butterscotch類似的功能組合，其中還包括進一步的創(chuàng)新，包括基于頭顯眼動追蹤功能的動態(tài)失真校正，以提高VR的沉浸感和舒適度。隨著人們對使用VR頭戴式設備替代當今工作站的興趣日益濃厚，這一點尤其如此，因為在長時間處理文本時，這些因素非常重要。這為擴大VR設備的實用性提供了一個真正的機會，更不用說它們的市場規(guī)模了，但要做到這一點是一場艱苦的斗爭。僅在 2023 年上半年，Meta 就在其專注于空間計算的 Reality Labs 部門上花費了 77 億美元——當然，并非所有這些都花在了 VR 硬件開發(fā)上，但它仍然表明了使 XR 設備有效替代當今計算系統(tǒng)所需的研發(fā)工作規(guī)模。
03 大型科技公司正在為 AR 奠定基礎
雖然 Meta 很早就確立了自己作為 XR 硬件玩家的地位，但 2023 年是蘋果終于在這里邁出了期待已久的第一步，宣布了 Vision Pro。這款頭顯被 IDTechEx 歸類為專注于 MR 直通的 VR 頭顯，是一款令人印象深刻的設備，但它可能只是蘋果空間計算游戲的開始。對于XR市場的大型科技公司來說，最終的獎勵可能是建立透明的AR設備作為智能手機的最終替代品，直通MR，其中VR頭盔上的攝像頭將現(xiàn)實世界的視圖傳遞給用戶，在這條道路上提供了一個有用的墊腳石。
多年來，大型科技公司一直在投資通過智能手機交付的AR軟件內(nèi)容：谷歌的ARCore和蘋果的ARKit在降低開發(fā)障礙方面具有很大的影響力，亞馬遜在2017年利用后者開發(fā)了其最早的AR電子商務項目。智能手機是大多數(shù)公眾可能體驗增強現(xiàn)實或混合現(xiàn)實體驗的唯一途徑，但隨著軟件和內(nèi)容庫的更廣泛使用，構建軟件和內(nèi)容庫現(xiàn)在提供了一個擴展到專用 AR/MR 設備的機會。
直通MR作為墊腳石技術
在 2023 年，即使是成本更低的 VR 設備也通常會包含直通 MR 功能，這開始使更身臨其境的 AR/MR 體驗民主化：例如，Pico 4 包括彩色直通功能，以幫助用戶在房間內(nèi)定位自己。這款頭顯的售價為 429 歐元，是 Meta 的 Quest 2 的有力競爭對手：值得注意的是，Pico 歸 TikTok 的母公司字節(jié)跳動所有?？磥?，中國科技巨頭與美國同行一樣，對將自己打造成XR玩家的興趣不亞于此。IDTechEx 的報告概述了這里的參與者采取的不同方法，同時全面概述了 XR 市場。
直通式 MR 提供了一種商業(yè)上就緒的方式來提供迷人的 MR 體驗，但社會接受度是一個重大問題，因為即使是最緊湊、最優(yōu)雅的 VR 設備也總是會隱藏顯示器后面的眼睛。Vision Pro使用朝外的顯示屏來幫助解決這個問題，但即使是該系統(tǒng)最精致的實現(xiàn)，充其量也可能感覺像是頭戴式設備佩戴者的重大障礙。另一個重要的問題是，這些設備是致命的，因此在駕駛、行走、工業(yè)環(huán)境等時不能佩戴，因為如果出現(xiàn)問題，它們實際上是眼罩。Seethrough AR沒有這些問題，它有可能取代智能手機，成為全天可穿戴的計算接入點。然而，到目前為止，這種方法已被證明很難做到正確，即使對于像Microsoft這樣的大公司也是如此。這些眼鏡應該讓眼睛睜開眼睛看到現(xiàn)實世界：用于將圖像投射到眼睛同時保持視野清晰的關鍵組件，即所謂的光學組合器，可以說是 AR 成功的最大技術挑戰(zhàn)。
光學器件是AR發(fā)展的最大障礙
波導合路器通?？雌饋硐袷鞘走x的合路器解決方案，因為它們可以提供相對寬的視場，同時看起來像普通的眼鏡片，已被證明是一種具有挑戰(zhàn)性的合路器技術?？萍己蜕缃幻襟w公司都對這一領域感興趣，蘋果、Microsoft和Snap都收購了對波導設計感興趣的公司。一個主要問題是許多設計缺乏光學效率（從顯示器進入的流明，對顯示器亮度的要求越來越高，因此對電池容量和熱管理的要求越來越高：解決這個問題將使緊湊的全天可穿戴AR設備更加可行。
與當今占主導地位的衍射波導相比，使用更高效的反射波導可能會增加使用，這是一種解決方案，但衍射波導制造商反駁說，反射波導的可制造性較差。解決這個（極具爭議的）可制造性問題的方法可能是轉向模制塑料反射波導。與玻璃基板相比，這具有更好的機械性能，適合近眼使用，但缺點是限制了 FoV，因為這取決于波導材料的折射率，而聚合物在這方面不如玻璃。
04 2034 年 AR 的前景
波導只是對AR設備感興趣的大型科技公司關注的技術領域之一，更不用說無數(shù)較小的公司了。挑戰(zhàn)仍然很大，但最終的回報可能是巨大的：AR設備提供了迄今為止最無縫地訪問數(shù)字內(nèi)容的潛力，為這些內(nèi)容的看門人提供了更多的時間在我們眼前。到2034年，我們大多數(shù)人似乎不太可能戴上AR眼鏡而不是攜帶智能手機，但到那時，早期采用者可能會開始做出改變。
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