自首次在CES亮相，CREAL陸續(xù)展示出光場(chǎng)顯示方案優(yōu)秀的3D動(dòng)態(tài)變焦效果，并在去年用這項(xiàng)技術(shù)打造了AR和VR頭顯原型。兩款頭顯體積相對(duì)較笨重，CREAL的目標(biāo)是在今年第四季度推出體積更小的AR版本。

　　不過，在近期接受The AR Show采訪時(shí)，CREAL聯(lián)合創(chuàng)始人兼CEO Tomas Sluka透露，接下來將出售一款視力測(cè)驗(yàn)儀器，盡管開發(fā)AR眼鏡是最終的目的，但考慮到AR硬件體積和成本等限制，現(xiàn)階段主要面向?qū)�業(yè)級(jí)應(yīng)用場(chǎng)景，而輕量化的AR眼鏡則成為更長(zhǎng)遠(yuǎn)的規(guī)劃。

　　在這次采訪中，Tomas進(jìn)一步解釋了光場(chǎng)顯示的原理，以及研發(fā)背后的靈感、未來的發(fā)展路徑等等。

　　光場(chǎng)顯示的優(yōu)勢(shì)

　　Tomas表示：在2014年體驗(yàn)過首款商用VR頭顯后，便決定優(yōu)化VR的視覺疲勞和沉浸感問題，于是開始研發(fā)基于廣場(chǎng)方案的3D動(dòng)態(tài)變焦。

　　在研發(fā)過程中，他發(fā)現(xiàn)人眼工作原理就像是3D掃描儀，人眼對(duì)視覺的感知在大腦中建立。對(duì)于理想的AR/VR，顯示屏分辨率也許不需要達(dá)到8K或16K分辨率，只要能營造一種清晰、立體的視覺觀感，體驗(yàn)感就足夠好。也就是說，不需要很大的屏幕，尤其是對(duì)AR眼鏡來講，屏幕尺寸越小越好。

　　當(dāng)被問及現(xiàn)有的VR視覺效果與真正的3D最大的差距體現(xiàn)在哪里?是像素質(zhì)量，還是3D立體感等方面?等問題時(shí)，Tomas的回答是：VR的痛點(diǎn)是整體視覺體驗(yàn)不夠舒適，會(huì)引起視覺疲勞，尤其是在觀看近距離的畫面時(shí)。另外一點(diǎn)，就是缺少景深變化，因此現(xiàn)有的VR技術(shù)并不能算作真正的3D。

　　為了解決困擾VR的VAC問題，首先要避免在人眼近處顯示內(nèi)容。拿相機(jī)鏡頭距離，當(dāng)鏡頭在2米到20米之間變焦，圖像差距變化很小，而在20-50厘米近距離變焦時(shí)，圖像變化看起來更明顯。

　　在VR中，你的注意力通常放在遠(yuǎn)處的內(nèi)容上，應(yīng)用中的交互通常也設(shè)定在與用戶有一定距離的位置。而在手勢(shì)識(shí)別模式中，不管你的手如何靠近眼前，虛擬手看起來都比較清晰，沒有明顯的聚焦變化，而這并不符合物理規(guī)律，因此可能會(huì)打破沉浸感。

　　實(shí)際上，微軟在HoloLens文檔中就曾提到，將AR內(nèi)容顯示在1-2米距離時(shí)，視覺效果更理想。

　　Tomas表示：這是一個(gè)避免問題的辦法，并不是解決方案。目前有兩種解決方向，一種是基于工程設(shè)計(jì)，比如利用眼球追蹤數(shù)據(jù)來控制機(jī)械移動(dòng)的屏幕，來動(dòng)態(tài)改變屏幕與人眼的距離，實(shí)現(xiàn)變焦�；蚴抢�用數(shù)字方案，來模擬圖像中的動(dòng)態(tài)聚焦和模糊效果。不過這種方案依賴于準(zhǔn)確、低延遲的眼球追蹤技術(shù)，而且計(jì)算方案也比較復(fù)雜。

　　另外一種方法更加完整，就是渲染具有完整景深的光場(chǎng)，人眼在不同角度可以看到3D視覺變化。一種基礎(chǔ)的方案，是在2D屏幕上疊加透鏡陣列，透鏡將像素投射到不同的方向，從而實(shí)現(xiàn)3D觀感。但這種方案大大降低了分辨率，每個(gè)視角大概只能觀看到三分之一像素，或者一個(gè)虛擬像素需要由60個(gè)實(shí)際像素組成(將分辨率降低60倍)，光學(xué)效率低。

　　如果采用相位空間光調(diào)制器來實(shí)現(xiàn)3D全息，理論上可模擬與現(xiàn)實(shí)光100%接近的效果，不過現(xiàn)有的方案實(shí)際效果不佳，受到調(diào)制器的運(yùn)行速度限制。

　　Tomas認(rèn)為，提升VR的畫質(zhì)，才能顛覆整個(gè)行業(yè)。在成立CREAL之前，Tomas的目的是解決3D光學(xué)難題，在離開實(shí)驗(yàn)室后，他開發(fā)了原型設(shè)備，并根據(jù)體驗(yàn)者的反饋，決定為其成立公司。

　　利用人眼視覺特性

　　當(dāng)被問起可否描述一下光場(chǎng)顯示有哪些不同時(shí)，Tomas回答：光場(chǎng)是一個(gè)廣泛的術(shù)語，它已經(jīng)不是新的技術(shù)，簡(jiǎn)單來講指的就是一種擁有多視角的立體顯示。在工程、商業(yè)等領(lǐng)域有多種不同的應(yīng)用。而在物理學(xué)中，光場(chǎng)主要指的是我們周圍的環(huán)境光，在每一個(gè)點(diǎn)上，光都在向周圍任意方向傳播。而在工程領(lǐng)域，光場(chǎng)通常指的是多視圖顯示，可呈現(xiàn)支持多視角觀看的3D場(chǎng)景。

　　相比之下，CREAL的區(qū)別在于，它是一種更實(shí)用、更有效的光場(chǎng)方案。

　　通過探索光場(chǎng)視覺技術(shù)，CREAL發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)常被人忽視的真相，即人體70%受體位于視網(wǎng)膜，大腦90%的感官檢測(cè)任務(wù)來自于視覺。因此，大腦每天接收到的絕大多數(shù)信號(hào)都是通過人眼來捕捉的，相當(dāng)于輸入帶寬最高的一個(gè)接收器。另外一點(diǎn)，就是人眼能接收到的清晰信號(hào)很少，只有視網(wǎng)膜中央凹處看得最清晰，因此人眼高清視覺的區(qū)域小，在看文字時(shí)常常需要高速移動(dòng)眼球，來瀏覽整句話。

　　而中央凹之外的余光部分，視覺清晰度大幅降低，幾乎難以辨別色彩。

　　也就是說，人眼其實(shí)不需要太多數(shù)據(jù)，依靠大腦來處理視覺感官，就能營造清晰的視覺效果。實(shí)際上，人眼的原理類似于3D掃描儀，而人腦則根據(jù)人眼接收的3D數(shù)據(jù)來構(gòu)建視覺。

　　對(duì)于AR/VR來講，因?yàn)槿搜鄄⒉恍枰�大量視覺數(shù)據(jù)，所以可能也不需要8K、16K分辨率，只需要提供人眼所需的分辨率即可(甚至可能低于手機(jī)屏幕分辨率)。

　　而就光場(chǎng)顯示來講，業(yè)內(nèi)認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)需要運(yùn)行大量數(shù)據(jù)，才能渲染高分辨率圖像。然而，現(xiàn)有光場(chǎng)顯示技術(shù)的瓶頸是因?yàn)闆]有充分利用人眼視覺原理。

　　​Tomas表示：人眼視覺形成原理，是通過一定序列疊加周圍各種視角來合成。瞳孔本身的尺寸只有幾毫米，將左右眼瞳孔識(shí)別到的圖像結(jié)合后，形成了3D視圖。即使只有10-20度視角的圖像快速進(jìn)入人眼，也足以營造自然立體的觀感。

　　利用這樣的原理，CREAL的方案包含了光源、光組合器(某種反射鏡)，組合器可以將光以特定的角度投射到人眼中。這種觀感有點(diǎn)類似于，當(dāng)你透過小孔來觀看世界的感覺。通過小孔觀看世界的好處是，視覺通常比較清晰，受到變焦影響不大。

　　如果人眼透過多個(gè)小孔看世界，那么視覺觀感會(huì)更加自然，小孔的邊緣對(duì)視場(chǎng)角的截?cái)嗖⒉幻黠@。在此基礎(chǔ)上，CREAL將這些小孔集合在一起，也就是說將透過小孔的光整合在一起投射到人眼中，來形成立體自然的圖像。

　　有趣的是，CREAL的光場(chǎng)顯示系統(tǒng)目前未結(jié)合眼球追蹤，也就是說不需要根據(jù)人眼視角變化去動(dòng)態(tài)渲染，也能實(shí)現(xiàn)立體觀感。同時(shí)，也在測(cè)試與眼球追蹤結(jié)合的效果，目的是實(shí)現(xiàn)某種注視點(diǎn)渲染效果，僅渲染人眼看到的圖像幀，從而節(jié)省功耗。

　　關(guān)于技術(shù)路徑

　　CREAL早期展示的硬件為桌面原型設(shè)備，外觀非常笨重。后來，在前Magic Leap員工的幫助下，他們進(jìn)一步縮減了AR和VR方案的體積，打造了AR和VR頭顯原型。與之前的桌面原型相比，CREAL AR和VR頭顯的主要區(qū)別是縮減了電子元件。

　　實(shí)際上，CREAL研發(fā)的AR和VR頭顯原型，在硬件結(jié)構(gòu)上和其他AR/VR頭顯差別不大，都包含顯示驅(qū)動(dòng)、顯示器/光源等等。主要的不同是，為了縮減AR/VR頭顯體積，CREAL自研了顯示驅(qū)動(dòng)芯片、組合器(尺寸為7x7mm)、光學(xué)元件和組合器。

　　而在過去一年半時(shí)間，CREAL的主要工作是設(shè)計(jì)一款體積更小的AR/VR眼鏡。其中的組合器設(shè)計(jì)實(shí)際上已經(jīng)完成，預(yù)計(jì)在8月開始測(cè)試首批樣機(jī)。

　　Tomas提到，CREAL無法采用現(xiàn)有的光波導(dǎo)組合器，因?yàn)榇蠖鄶?shù)光波導(dǎo)方案基于瞳孔復(fù)制原理，每束光線都是從不同的角度進(jìn)入人眼，這無法形成光場(chǎng)，視覺效果還是平面的。

　　CREAL設(shè)計(jì)的組合器結(jié)構(gòu)足夠簡(jiǎn)單，主要結(jié)構(gòu)是全息膠片和透鏡，而這種全息膠片可以疊加在屈光鏡片，與普通眼鏡結(jié)合。Tomas指出，Intel Vaunt、North Focals也采用相似的方案，CREAL的區(qū)別是眼動(dòng)范圍更大。

　　據(jù)了解，此前展示的CREAL頭顯原型采用有線設(shè)計(jì)。當(dāng)被問及這種設(shè)計(jì)是否必要，未來能否實(shí)現(xiàn)無線化時(shí)，Tomas回答：實(shí)際上，生成基礎(chǔ)光場(chǎng)(文字或箭頭等)并不需要過多算力，因此為了縮減AR眼鏡的體積，還是需要采用外置電池來供電。目前，CREAL頭顯連接筆記本或PC的原因是，更復(fù)雜的光場(chǎng)內(nèi)容需要更多算力來運(yùn)行。

　　光場(chǎng)顯示的關(guān)鍵應(yīng)用

　　Tomas認(rèn)為，需要光場(chǎng)顯示的應(yīng)用場(chǎng)景包括：復(fù)雜的3D可視化、高保真AR，適用于工業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域。

　　目前，CREAL正在開發(fā)一款視力檢測(cè)儀器，其特點(diǎn)是以數(shù)字方式模擬鏡片，可同時(shí)校正多個(gè)視覺問題。相比于線下驗(yàn)光程序，基于光場(chǎng)的視力檢測(cè)儀器可自動(dòng)運(yùn)行，無需測(cè)試和調(diào)整度數(shù)。

　　未來該技術(shù)可集成于AR/VR頭顯，無需佩戴額外的眼鏡即可實(shí)現(xiàn)屈光調(diào)節(jié)。

　　那么為什么CREAL不推出AR/VR頭顯，而是視力檢測(cè)儀器呢?

　　CREAL坦然表示：因?yàn)殚_發(fā)AR/VR眼鏡是一個(gè)長(zhǎng)期的目標(biāo)，需要投入上億美元研發(fā)成本，而且產(chǎn)品的成本也相當(dāng)高。如果要專注于AR/VR這個(gè)長(zhǎng)期愿景，CREAL可能會(huì)面臨很多風(fēng)險(xiǎn)。

　　CREAL驗(yàn)光過程

　　與此同時(shí)，CREAL在研發(fā)光學(xué)產(chǎn)品的過程中衍生了視力檢測(cè)儀器這樣的產(chǎn)品，其目標(biāo)是顛覆傳統(tǒng)的視力保健行業(yè)。該產(chǎn)品的體積可能比高端VR頭顯略大，不過常見的視力檢測(cè)儀器本身笨重，因此體積重量并不是很大的限制。實(shí)際上，CREAL已經(jīng)具備開發(fā)視力檢測(cè)儀器的能力，接下來只需要設(shè)計(jì)外殼、調(diào)整參數(shù)便可以很快發(fā)布。

　　當(dāng)然，CREAL的長(zhǎng)期愿景依然是AR，這也是未來不可避免的發(fā)展方向。目前來看，CREAL的AR頭顯體積較大、成本較高，因此目標(biāo)群體是一些專業(yè)場(chǎng)景，比如工業(yè)、醫(yī)療保健等等。隨后還將進(jìn)一步縮小頭顯尺寸，以實(shí)現(xiàn)全天候穿戴設(shè)計(jì)。另外，也將與其他廠商合作，以實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)(更像是技術(shù)授權(quán)商，提供參考設(shè)計(jì)，而不是自己制造)。參考：The ARShow