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EM3的超轻薄秘密与未来“大计”

2021-11-19 09:08
VR陀螺
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文/VR陀螺 小钻风

一直以来,价格、轻薄、清晰度、内容等都被视为VR大规模在C端普及的核心因素,其中轻薄几乎是所有硬件公司现阶段排在首位解决的问题。

而想让VR头显变得轻薄,目前业内比较主流的方案都是短焦,也就是Pancake折叠光路实现的轻薄化产品。我们从今年发布的新品也能看出一些端倪,包括Meta(Facebook)的Cambria以及松下、和硕3M、arpara、傲雪、HTC VIVE FLOW等等VR新品不约而同都采用短焦方案。可以预见,接下来的几年会是短焦的主场。

但轻薄的VR眼镜唯有依靠Pancake吗?虚拟现实技术公司EM3(北京意链科技)给了“超纲”的答案,他们用一款非短焦光学方案的VR眼镜,刷新了VR产品领域对轻薄一词的认知。

EM3 Ether VR眼镜

厚度6.8mm,重量仅35g,探索VR眼镜轻薄极限 

今年5月,EM3发布首款AR眼镜STELLAR,其轻薄、炫酷的造型已十分接近普通墨镜。不过仅仅半年,EM3再次对外公布一款代号为Ether的超薄VR眼镜原型机,轻薄程度甚至超出了大家对VR眼镜的认知。

图源:EM3

看到Ether的第一瞬间不由得感叹“太酷了!”简直不敢相信这是一个VR眼镜。

眼镜整体采用黑色哑光材质,外型设计极其简约,弧形镜框一气呵成,镜框类似Google Glass极其轻薄简约,酷似科幻电影中特工的黑科技眼镜。

与普通眼镜左、右眼严格分为两块镜片不同,从外侧看,Ether左右镜片连成一片,左、右镜腿为一体式设计,置于眼镜顶部。眼镜正前方左侧纵向排列着两枚摄像头,据了解可用于全彩透视。

图源:EM3

据了解,Ether整机厚度仅6.8mm,重量仅35g(含镜腿),这也是至今为止陀螺君所知的最为轻薄的VR近眼显示设备。此外,其内置两块Micro-oled微显示屏,单眼分辨率达2.5K,并且可实现90°大视场角(下一个迭代版本有望提升至110°)。

不论是体积重量还是显示参数,其都远比现在市场上的大部分VR产品要更胜一筹。

此外,该设备据称还能够支持1000度的屈光度调节,无需额外搭配近视镜片,方便近视人群使用。

为了保证眼镜极度轻薄,因此Ether采用了分体式设计,可通过Type-C接口连接计算单元或者手机、PC,加上内置的六轴轴陀螺仪,可以观看全景视频或者体验轻度的VR互动内容。

据EM3 COO 袁野称,这款原型更多是探索VR眼镜厚度极限,根据需求可在其基础上增加传感器来支持Slam定位、裸手交互功能,整体重量也可控制在55克以内。

在探索VR头显轻薄化的路上,前有华为VR Glass,将产品厚度降至26mm左右,重量166g;Meta也在前几年的OC(Oculus Connect大会,后更名Facebook Connect大会)上多次公开其短焦产品Half Dome的进展,在历经三代之后,也终于将在明年发布其最新的Cambria产品。

Facebook Half Dome原型机

从目前已曝光的视频以及官方公布的信息来看,Cambria采用的也是Pancake光学,其厚度似乎相比Quest 2缩小一半以上,猜测其重量将超过200g(Quest 2重量为507g)。

Cambria

HTC Vive也在不久前发布其最新的短焦VR产品——Vive Flow,相对于Vive之前的所有VR产品都要更轻薄,厚度和重量都降低了三分之二。

Vive Flow

几乎所有VR硬件企业都在解决VR头显轻薄化的问题,而为了在这么多巨头都在重金投入的赛道上,EM3这家初创公司为何能脱颖而出,实现巨头都没有做到的事?

轻薄秘诀:利用全息技术控制每一条入眼光线的相位 

据VR陀螺了解,目前VR头显的光学主要分为三种,采用菲涅尔透镜的“大个头”形态、多层透镜折射式光学以及折叠光路Pancake方案,三种形态各有优劣,并且体积从大到小,即便是最薄的Pancake方案厚度也有25mm左右,再往下降极其困难。

图源:VR陀螺

Ether这款VR头显为何能如此轻薄?据袁野透露,实现这样轻薄效果的光学方案,并非“瘦身良器”短焦,更非菲涅尔透镜,而是其自研的“NEO-M 超薄透镜”。

眼睛与屏幕之间需要一定距离才能实现对焦。所以通常来说VR头显通过一组凸透镜实现成像,需要保持屏幕与人眼50mm以上的间隔才能看清屏幕,菲涅尔透镜方案的VR头显大多如此。

而基于Pancake技术方案的VR眼镜,图像源进入半反半透功能的镜片之后,光线在镜片、相位延迟片以及反射式偏振片之间多次折返,最终从反射式偏振片射出,比如华为VR Glass通过3次折叠从而让眼镜体积大幅缩小。虽然折叠光路能缩小体积,但由于每折叠一次都会50%亮度,因此需要高亮度屏幕(需达到2000尼特),但屏幕亮度高又会带来相应的功耗和发热,因此仍然有许多亟待解决的问题。

图源:VR陀螺

Ether厚度仅6.8mm,屏幕几乎就在眼前。正常来说是几乎不可能看清屏幕,就如手机屏幕直接贴在眼前,眼睛完全无法聚焦。

EM3用一组实验图片展示了NEO-M的成像效果,实验用一部手机屏幕作为图像来源,另一部手机的摄像头模拟人眼,当镜头距离手机200mm时,可以清晰地看到屏幕上的内容;而当镜头距离屏幕15mm时,屏幕一片模糊,镜头完全无法聚焦;而当镜头与屏幕之间加上一层EM3研发的超薄透镜后,即便在极限微焦距离也能够清晰成像。

图源:EM3

这款“超薄透镜”所利用的光学原理与传统透镜甚至是短焦的光学方案并不相同,它利用亚波长体结构堆叠、让光产生衍射从而改变方向,可以将其简化理解为“衍射透镜”。

据袁野介绍,“传统透镜利用折射来汇聚光线,当屏幕离眼睛太近时,屏幕边缘的光线超出了透镜折射能力,无法准确地进入人眼,从而导致图像模糊,并造成视野损失。而衍射技术能让光路进行大幅度的改变,即使是距离很近,也可以清晰成像,并保证足够大的FOV。“
这一套原理听起来不难理解,但实现难度非同一般。

“我们要对每一条光线的路径进行控制,通过设计体衍射器件去对其光路进行调节。对于色散、衍射透镜的离轴畸变等理论设计问题、以及电子束加工工艺等重要问题,无论是仿真计算还是生产工艺的优化,都需要调动巨大的研发资源。我们在很久之前就开始了相关研究,历经多种技术方案。但是图像级产品的要求是极其苛刻的,最终公司基于在车载显示方面的长期技术积累基础上、形成新方案,并在今年年初实现了技术突破。“我们也希望在不远的未来,配合高亮度micro LED面板,该技术在AR显示方面应用落地。

袁野表示,目前核心的光学器件已经达到了量产标准,但真正投入市场,还需要解决产品定义和诸多工程问题。

“轻薄毫无疑问是VR设备的关键,但我们认为光有轻薄不足以成为用户买单的理由,目前这款原型机更多是为了验证光学系统的能力,接下来我们会进一步明确产品的场景用途,把轻薄的价值发挥到最大。我们确实也看到了不少难点,比如目前这么轻薄的机身已经很难再塞入更多的传感器和电路板,产品的散热、耐用性等等也都需要经过严格的测试,这些工作都在紧锣密鼓地推进中,预计会在2022年推出第一个量产版本。”

目标:软硬一体,改变人们未来社交方式  

不得不说Ether这款产品形态令人欣喜,作为VR硬件领域的后起之秀,EM3可以说是一鸣惊人,接下来只需静静等待这款产品上市。

虽然目前EM3对外公布的产品以硬件为主,但他们并没有把自己定位成一家纯硬件公司。

在之前VR陀螺与EM3的对话中创始人曾经提到,“EM3的硬件是为了人与人的沟通这个场景而设计。”

袁野也表示,Ether定位并非观影,研发硬件产品也只是其未来计划中的一环而非全部。

硬件方面如今已经积累了STELLAR、Ether等产品,而在软件方面,据了解EM3正在构建一个名为HOLA的跨平台系统,目标是改变未来人们的社交方式,就像Facebook的Horizon一样。

定位VR社交,很意外EM3对于现在爆火的“元宇宙”持比较冷静的态度。对于元宇宙和虚拟世界,EM3显然有自己的看法和规划:

“我们的初衷并不是创造一个乌托邦,让你逃离这个世界,沉浸在一个新的世界,而是希望利用虚拟技术帮你把现实生活过得更好,解决生活中的问题,其实还是在围绕真实生活中的交叉点和真实生活去做补充。”

“所以我们做的所谓的社交平台,并非像《我的世界》一样去搭建一个想象世界,而是希望能够还原真实的社交方式,希望想见面的时候用这种方式去见面,这是我们目前的对于这套系统,包括对于Metaverse的理解,它是对于现实世界的补充,而不是一个替代或者说是一个另外的东西。”

据了解,HOLA围绕远程沟通和虚拟社交展开,AR更多关注【人-信息-机器-人】之间的交互,而VR关注【人-信息-环境-人】之间的交互,这两者的主要区别在于,你是更想在现实场景的数字孪生中和对方沟通、并发起与感知器执行器(机器)的交互,还是需要和其他人一起进入一个虚拟的场景进行人和人之间的交互。

在这样的愿景下,从某种程度上也影响了EM3产品的形态,以及硬件各个版块的优先级。在社交场景下,包括远程协同的场景下,裸手可能是一个更好的交互方式,同时,也需要好的算力与电力支持,所以Ether选择了分体式设计。

图源:EM3

“硬件服务于场景”,袁野表示,硬件形态差异的背后,是用法与性能之间的平衡,同时也是基于用户需求优先层级做出的选择。不同使用场景下,设备的偏好性能有差异。比如VR游戏,对灵活性、大范围移动的要求比较高,无线一体机就是一个好的选择。

如果是更为严肃的应用场景,比如开会,一体机的形态反而会带来一些板短。因为无论是办公、社交,还是教育,并不需要大范围的移动,同时手柄过于面向游戏,在上述场景下,裸手交互以及分体机的形态,或许会是更自然和稳健的选择。

以目前的技术能力,包括处理器、显卡、芯片等技术还没有办法做到调和算力、续航等多方面的需求。因此不同的目标用户,不同的应用场景,决定了厂商会选择怎样的形态。

在其看来,“从EM3的角度来出发,是希望未来能够自己做出一个虚拟世界,并且把硬件融入到呈现世界的这样一个终端载体上去。而硬件的形态,无所谓VR或AR或MR。”

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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