文章來(lái)源:量子位
不知道你發(fā)現(xiàn)沒(méi)有,越來(lái)越多的人開(kāi)始買VR了。
但6年前被稱作VR元年時(shí),它留下的卻是“重得像掛了4臺(tái)手機(jī)在臉上,連20分鐘視頻都看不下去”的印象。
6年來(lái),是年輕人接受了這個(gè)新世代設(shè)備?
不,是VR被一項(xiàng)趨勢(shì)性技術(shù)帶來(lái)了顛覆性體驗(yàn)變革。
這項(xiàng)技術(shù)你也正聽(tīng)得越來(lái)越多:“煎餅”——Pancake技術(shù)。
它不僅頻繁出現(xiàn)在蘋果等一眾巨頭的最新產(chǎn)品預(yù)告中,成為前沿技術(shù)的代名詞,也一度登上VR光學(xué)論文研究的熱點(diǎn)話題。
Pancake魔力所在,解決的正是VR的“輕”挑戰(zhàn)。
為什么VR“突然”就輕了?
VR的重量減輕,并非一蹴而就的過(guò)程。
事實(shí)上,在2022年再次進(jìn)入大眾視野前,主宰VR重量的顯示硬件,已經(jīng)經(jīng)歷了數(shù)輪迭代。
顯示硬件分為屏幕和光學(xué)鏡頭(光機(jī))兩部分。受限于VR設(shè)備體積,屏幕無(wú)法做得太大,于是改善VR視覺(jué)效果的“重任”就放在了光學(xué)鏡頭上。
光學(xué)鏡頭負(fù)責(zé)將屏幕顯示的畫面放大,以達(dá)到在VR眼鏡中“身臨其境”的效果。
最早VR設(shè)備普遍采用非球面透鏡的方案,減輕了球面透鏡(凸透鏡、凹透鏡等)產(chǎn)生的球面像差問(wèn)題,即靠近邊緣的平行光經(jīng)過(guò)折射后,與光軸相交的點(diǎn)偏離焦點(diǎn),出現(xiàn)畫面模糊的情況。
△圖源維基百科
但非球面透鏡太重了。最早的VR盒子用上它的時(shí)候,輕則七八百克,重則上千克,縱使畫面清晰一些,戴上后也只會(huì)成為“頸椎殺手”。
直到菲涅爾透鏡的出現(xiàn),給光學(xué)鏡片來(lái)了一次重量“大卸貨”,才讓VR眼鏡開(kāi)始走向更輕薄的路線。它把一個(gè)透鏡中不改變光路的部分全部挖掉,剩余的部分繼續(xù)用于成像,一舉成為目前主流的光學(xué)鏡片方案。
△圖源維基百科
但菲涅爾透鏡同樣存在問(wèn)題:鏡頭各處曲率不變,焦距無(wú)法進(jìn)一步被壓縮,整體仍然較重;同時(shí)由于曲面不連續(xù),成像精度受限。
要想進(jìn)一步提升成像質(zhì)量、同時(shí)減輕鏡片重量,必須另辟新路。這種情況下,Pancake折疊光路設(shè)計(jì)逐漸進(jìn)入VR光學(xué)研究人員的視野。
之所以被稱為“折疊光路”、“Pancake”,除了它能實(shí)現(xiàn)光路折疊,壓縮VR設(shè)備體積以外,還因?yàn)樗cPancake煎餅有相似之處,即鏡片更輕薄。
毫無(wú)疑問(wèn),Pancake光學(xué)方案正在成為全VR行業(yè)的趨勢(shì)性技術(shù),其中就包括最新發(fā)布的PICO 4 VR一體機(jī)。
發(fā)布一個(gè)月以來(lái),PICO 4以輕薄性和性價(jià)比獲得了不少好評(píng),背后同樣離不開(kāi)對(duì)Pancake的軟硬件一體吃透。
以PICO 4上的Pancake光學(xué)方案為例,與應(yīng)用菲涅爾透鏡的PICO Neo3相比,不僅前端主體重量降低了26.2%,厚度也減少了38.8%。
△Pancake光學(xué)方案vs菲涅爾透鏡方案
Pancake光學(xué)方案實(shí)現(xiàn)折疊光路的原理,主要基于4種組件:線性偏振片(LP)、四分之一相位延遲片(QWP)、半反半透鏡(BS)和反射偏振片(RP或PBS)。
△圖源《Holographic pancake optics for thin and lightweight optical see-through augmented reality》
其中,四分之一相位延遲片又叫四分之一波片,用于將圓偏振光通過(guò)四分之一相位延遲,變成線偏振光;反射偏振片用于透過(guò)和反射不同的線偏振光;半反半透鏡又稱分束鏡,用于將入射光分成相等的兩部分,50%反射,50%透射;線性偏振片則能起到一個(gè)過(guò)濾的作用,保證只有特定取向的偏振光才能穿透并進(jìn)入到人眼中。
從圖中來(lái)看,Pancake光學(xué)方案實(shí)現(xiàn)折疊光路的關(guān)鍵,在于利用偏振分光膜和分束器對(duì)不同偏振光的“選擇性透射”原理,實(shí)現(xiàn)光路的折疊與壓縮。
聽(tīng)起來(lái)似乎并不復(fù)雜,回溯時(shí)間線也會(huì)發(fā)現(xiàn),最早從2016年開(kāi)始,就已經(jīng)有Pancake光學(xué)方案的技術(shù)布局了。
為什么直到2022年,這項(xiàng)技術(shù)才逐漸成為行業(yè)的新趨勢(shì)?
事實(shí)上,要想做好Pancake方案并不容易。從技術(shù)和生產(chǎn)兩方面來(lái)看,主要難點(diǎn)就至少有四個(gè):
其一,容易產(chǎn)生寄生反射(Parasitic reflectio,透明物體底部表面產(chǎn)生的不必要的反射)。多余的光線在透鏡中反復(fù)折返,可能會(huì)產(chǎn)生鬼影或眩光,進(jìn)而降低圖像質(zhì)量。
其二,光損高導(dǎo)致亮度低。由于光線每次經(jīng)過(guò)半透半反膜,會(huì)損失50%的光強(qiáng),因此Pancake理論最高光學(xué)效率在25%,這樣對(duì)顯示器和工藝精度的要求更高。
其三,視場(chǎng)角(FOV)較小。Pancake方案隨著鏡片增多,理論上能實(shí)現(xiàn)的視場(chǎng)角更加有限,這也與設(shè)備輕薄相悖。
其四,成本高、良率提升難。據(jù)中信證券調(diào)研,光學(xué)膜是Pancake方案的核心成本項(xiàng)目,合計(jì)占比在70%左右,其中尤以反射式偏振膜成本占比最高。
為了解決這些研發(fā)難題,目前有幾種不同的Pancake折疊光路設(shè)計(jì)的技術(shù)實(shí)現(xiàn),包括單片(1p)、兩片(2p)和多片式。
雖然核心都是基于偏振光的原理、用上面4種組件打出“組合拳”,但這幾種方案的優(yōu)缺點(diǎn)并不一樣。
目前,最主流的Pancake方案是雙片式。在清晰度較高、厚度較薄的情況下,也能將成本控制在一個(gè)較低的范圍內(nèi)。
但作為VR賽道中的實(shí)力玩家,PICO 4這次交出的Pancake技術(shù)答卷卻有點(diǎn)與眾不同。
不止是“非主流”Pancake光學(xué)技術(shù)
這種不同,首先體現(xiàn)在Pancake光學(xué)方案的路線選擇上。
與大多數(shù)采用雙片式方案的設(shè)備不同,PICO 4這次選擇了單片式Pancake光學(xué)方案,基于單個(gè)鏡片+貼膜的方式實(shí)現(xiàn)折疊光路。
如下圖,灰色的膜代表偏振片,粉色的膜代表四分之一波片,橙色的膜代表反射偏振片,分別貼在單個(gè)鏡片和屏幕上:
其中,屏幕上貼著的偏振片和四分之一波片分別用于將入射光轉(zhuǎn)變成線偏振光和圓偏振光;
鏡片上貼著的四分之一波片、反射偏振片和偏振片,則分別用于產(chǎn)生不同的偏振光、透射或反射不同的偏振光、過(guò)濾雜光確保線偏振光出射等。
相比雙片式和多片式等方案,單片式更容易在重影、光損和視場(chǎng)角等Pancake光學(xué)方案的“天然瓶頸”中取得突破。
然而與之相對(duì),面對(duì)雙片和多片式在清晰度和總厚度方面取得的優(yōu)勢(shì),單片式Pancake光學(xué)方案也必須想辦法做出改變。
從整體方案來(lái)看,PICO 4采用了“揚(yáng)長(zhǎng)”“補(bǔ)短”兩種方式,去進(jìn)一步擴(kuò)大單片式Pancake光學(xué)方案帶來(lái)的優(yōu)勢(shì),并想辦法改善了厚度等問(wèn)題。
一方面是揚(yáng)長(zhǎng),盡可能將單片式Pancake光學(xué)方案的自身優(yōu)勢(shì)發(fā)揮出來(lái),包括更大的視場(chǎng)角(105°)、更高的MTF值等。
△PICO 4(左)比PICO Neo3(右)視場(chǎng)角更大
MTF(模量傳遞函數(shù)),用于評(píng)估鏡頭明銳度的數(shù)值,能反映光學(xué)鏡頭的解析力。與分辨率不同,明銳度反映的是圖像的亮暗細(xì)節(jié)、微小色彩變化和鮮明反差度等。
提升MTF值的關(guān)鍵,在于高精密度的貼膜。這其中最難控制良率、成本最高的一環(huán),又要屬反射偏振片的貼膜。原理上來(lái)看,偏振光在反射偏振片處產(chǎn)生反射時(shí),膜材有任何一點(diǎn)瑕疵都會(huì)被放大。
這種情況下,只有在貼合時(shí)實(shí)現(xiàn)更小的波度(waviness,用于衡量物體表面粗糙程度)、更平整的表面,才能確保Pancake光學(xué)方案的視覺(jué)效果得到進(jìn)一步提升。
PICO 4對(duì)于Pancake光學(xué)方案的設(shè)計(jì)進(jìn)行了改良,包括優(yōu)化材料疊層結(jié)構(gòu)、改進(jìn)貼合工藝、完善檢測(cè)流程等,最終比Neo3提升了85.7%的光學(xué)鏡頭解析力。
另一方面是補(bǔ)短,即如何基于這些年的技術(shù)積淀,圍繞單片式Pancake光學(xué)方案改善視覺(jué)效果、降低VR設(shè)備主體的厚度。
視覺(jué)效果上,主要實(shí)現(xiàn)了更大甜蜜點(diǎn)設(shè)計(jì)和亮度均一性優(yōu)化等。
更大的甜蜜點(diǎn)(Eye box)設(shè)計(jì)即改進(jìn)VR光學(xué)設(shè)計(jì),增加人眼接收到的清晰3D圖像體積成像。
這樣,即便頭顯的位置因?yàn)槿松眢w的運(yùn)動(dòng)造成位移,只要甜蜜點(diǎn)足夠大,人眼所看到的畫面就可以清晰不模糊。
此外還有針對(duì)亮度均一性的優(yōu)化,確保人眼接收到的成像質(zhì)量更高……
△PICO 4(左)亮度均一性與PICO Neo3(右)對(duì)比
厚度降低上,則主要采用了電池倉(cāng)后置的前后平衡設(shè)計(jì)、縮緊整體設(shè)備結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)等。
具體來(lái)說(shuō),則是將VR設(shè)備核心的電池部分放到后腦勺佩戴,并進(jìn)一步降低對(duì)頸椎的壓力。
除了延續(xù)PICO Neo3的前后平衡設(shè)計(jì),PICO 4在重量上進(jìn)行了更細(xì)節(jié)的優(yōu)化,前端重量從395g降低到295g,后端重量基本不變,對(duì)下班回家玩VR的打工人更友好了。
事實(shí)上,如果回溯PICO在Pancake光學(xué)方案上的布局,會(huì)發(fā)現(xiàn)無(wú)論是Pancake折疊光路設(shè)計(jì)本身,還是前后平衡設(shè)計(jì)等方案,也并非今年“一蹴而就”的技術(shù)。
早在2020年,PICO就推出了PICO X1 Glasses VR,而前后平衡設(shè)計(jì)更是在PICO Neo2就有的方案,而Meta在Quest 2上還是電池倉(cāng)前置設(shè)計(jì),直到新發(fā)布的Quest Pro,才采用前后平衡設(shè)計(jì)。
這背后除了PICO自身的技術(shù)積淀,一方面離不開(kāi)背后的技術(shù)洞察力和內(nèi)容生態(tài)實(shí)力,包括基于當(dāng)前大火的居家健身場(chǎng)景,迅速在短時(shí)間將VR健身應(yīng)用數(shù)量擴(kuò)展到50余個(gè),以及在工藝制造上,迅速研發(fā)出將某項(xiàng)技術(shù)快速落地量產(chǎn)的能力。
像Pancake這樣幾年前就出現(xiàn)的光學(xué)技術(shù),PICO正是從一開(kāi)始就把握住了這個(gè)方向,通過(guò)不斷降低量產(chǎn)難度、提升工藝水平,才讓這項(xiàng)技術(shù)最終得以落地,并在PICO 4上給用戶帶來(lái)更好的體驗(yàn)。
另一方面則是對(duì)技術(shù)的預(yù)判能力。當(dāng)前已成為業(yè)界普遍路線的VR一體機(jī)技術(shù),在當(dāng)年VR盒子乃至PC VR盛行時(shí)還未見(jiàn)端倪,PICO卻相信VR一體機(jī)將成為未來(lái)VR產(chǎn)品形態(tài)主流趨勢(shì),在業(yè)內(nèi)率先發(fā)布了VR一體機(jī)形態(tài)產(chǎn)品。
如今,面對(duì)PICO 4上已經(jīng)搭載的Pancake方案,PICO仍不準(zhǔn)備停下自己的腳步。
據(jù)PICO介紹,他們接下來(lái)計(jì)劃繼續(xù)提升Pancake的光學(xué)效率、開(kāi)發(fā)更精良的貼膜技術(shù),以及研究多片式Pancake光學(xué)方案等,希望能做出更好用的VR眼鏡。
總之目標(biāo)也很明確,讓更多人用得上、用得好,用得開(kāi)心。
VR新趨勢(shì)下,如何選擇產(chǎn)品?
毫無(wú)疑問(wèn),新技術(shù)帶來(lái)新體驗(yàn),VR產(chǎn)品也開(kāi)始成為越來(lái)越多人新奇科技體驗(yàn)的首選。
隨著Pancake技術(shù)趨于成熟,從堅(jiān)持VR賽道的Meta和PICO,到內(nèi)容生態(tài)巨頭索尼,再到互聯(lián)網(wǎng)科技大廠蘋果谷歌,全都在押寶Pancake光學(xué)方案,如今各家紙面實(shí)力似乎也都很強(qiáng)。
但問(wèn)題是,在一個(gè)技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品迭代都處于“混戰(zhàn)”的時(shí)期,選擇什么樣的VR產(chǎn)品,對(duì)個(gè)人消費(fèi)選擇來(lái)說(shuō)最有譜?
或許標(biāo)準(zhǔn)答案還很難給,但至少可以從三個(gè)維度參考:
一是技術(shù)。
二是內(nèi)容生態(tài)。
三是用戶使用量。
首先得有技術(shù)上的保障,這其中又細(xì)分為兩個(gè)層面。
第一層保障是技術(shù)力本身。
今年也是VR前沿技術(shù)爆發(fā)式落地的一年。除了硬件光學(xué)上的Pancake技術(shù),還有交互感知上最新的手勢(shì)識(shí)別、面部追蹤、眼球追蹤等技術(shù),乃至與外界交互時(shí)的彩色透視技術(shù)等。這些是否應(yīng)用到最新產(chǎn)品上,都是決定產(chǎn)品是否有技術(shù)保障力的關(guān)鍵。
然而相比第一層前沿技術(shù)本身,更重要的第二層保障在于將技術(shù)推向平民化、大眾化的能力。
換而言之,便是降低技術(shù)使用門檻、實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)的能力,而這也是決定用戶是否購(gòu)買一款電子消費(fèi)產(chǎn)品的關(guān)鍵所在。
例如Meta最新的Quest Pro雖然一經(jīng)發(fā)布就吸引了不少目光,上述Pancake技術(shù)、手勢(shì)識(shí)別和面部追蹤等能力一樣不少,從技術(shù)力來(lái)說(shuō)確實(shí)“夠硬”。
BUT,看到1500美元(超過(guò)10000元人民幣)這個(gè)價(jià)格,你還會(huì)心動(dòng)嗎?
此外內(nèi)容生態(tài),也是重要一環(huán)。
對(duì)于VR產(chǎn)品而言,持續(xù)、吸引人的內(nèi)容同樣是具備關(guān)鍵競(jìng)爭(zhēng)力的體現(xiàn)。
這方面國(guó)內(nèi)外的思路又略有差異,國(guó)外的VR應(yīng)用除了娛樂(lè)外,更大的目標(biāo)方向集中在辦公場(chǎng)景上,例如小扎天天宣傳的在元宇宙里“開(kāi)會(huì)辦公”,甚至大有取代一系列現(xiàn)有移動(dòng)平臺(tái)的架勢(shì),本質(zhì)上是基于國(guó)外遠(yuǎn)程辦公的趨勢(shì)去布局應(yīng)用的結(jié)果。
相比之下,國(guó)內(nèi)大部分用戶目前購(gòu)買VR還是出于休閑娛樂(lè)的考慮,這其中不僅有視頻內(nèi)容上的需求,如看電影、蹲點(diǎn)虛擬主播的直播、甚至在VR中看真人線上演唱會(huì)、乃至于“沉浸式”體驗(yàn)世界杯等。
此外,運(yùn)動(dòng)健身也是國(guó)內(nèi)用戶的新需求,包括室內(nèi)瑜伽和“虛擬教練”等;更進(jìn)一步地,還有用戶開(kāi)發(fā)出了用VR進(jìn)行內(nèi)容創(chuàng)作的“新技能”,前段時(shí)間在社交媒體上爆火的《你的名字》3D場(chǎng)景繪畫,就是基于VR創(chuàng)作的。
除了對(duì)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)差異化需求的把握,處于發(fā)展初期階段的VR生態(tài),也更看重品牌對(duì)生態(tài)的扶持和帶動(dòng)能力。
在用戶數(shù)量明顯不能夠形成對(duì)開(kāi)發(fā)者自然吸引力的情況下,品牌是否可以在自制內(nèi)容、扶持計(jì)劃、大IP合作等方面持續(xù)發(fā)力,先對(duì)用戶進(jìn)行生態(tài)進(jìn)行“補(bǔ)貼”,吸引開(kāi)發(fā)者一起把生態(tài)的蛋糕做大,也成為一個(gè)重要因素。
這些動(dòng)作都需要有著長(zhǎng)期投入的決心和行動(dòng),從這個(gè)角度看,相比于當(dāng)下很多只能all in在硬件上的“VR小廠”或“VR創(chuàng)企”,Meta和PICO這類VR頭部品牌,顯然更具備跨越VR生態(tài)競(jìng)爭(zhēng)這道高門檻的實(shí)力。
最后,還需要關(guān)注用戶層面的數(shù)據(jù):直觀的出貨量、銷量、使用時(shí)長(zhǎng)、體驗(yàn)反饋等等。
道理也很簡(jiǎn)單,大眾電子消費(fèi)品,特別還是前沿技術(shù)落地進(jìn)程中的電子消費(fèi)品,怕就怕小眾。
一方面,賣得好賣得多的產(chǎn)品,銷量本身就是認(rèn)可,例如根據(jù)IDC 最新報(bào)告顯示,2021年全年全球AR/VR頭顯出貨量達(dá)1123萬(wàn)臺(tái),同比增長(zhǎng)92.1%,其中VR頭顯出貨量達(dá)1095萬(wàn)臺(tái),就已經(jīng)突破了年出貨量一千萬(wàn)臺(tái)的行業(yè)重要拐點(diǎn)。
另一方面,硬件有了量上的積累,軟件和內(nèi)容生態(tài)上才會(huì)得到持續(xù)的作用力,接著才會(huì)源源不斷提供更多更豐富的體驗(yàn)和內(nèi)容,就像蘋果手機(jī)和iOS生態(tài)一樣。
最后,作為前沿技術(shù)落地的電子消費(fèi)品,越多人用就會(huì)提供更多維度和更大數(shù)據(jù)上的反饋,迭代也才有基礎(chǔ)性保障——而且出貨量大的玩家,也不容易中道崩殂,長(zhǎng)尾服務(wù)上有保障。
回顧當(dāng)年智能手機(jī)混戰(zhàn),最終留下來(lái)的仍然是服務(wù)體驗(yàn)優(yōu)化、內(nèi)容生態(tài)穩(wěn)固的公司。即使期間出過(guò)一些曇花一現(xiàn)的品牌,在沒(méi)有持續(xù)技術(shù)投入和生態(tài)構(gòu)建的情況下,最終銷聲匿跡,對(duì)用戶而言得不償失。
對(duì)于VR而言同樣如此。
作為一個(gè)大眾級(jí)電子消費(fèi)產(chǎn)品,雖然當(dāng)前階段尚屬“小眾”,但隨著越多人用,內(nèi)容供應(yīng)也會(huì)變得越來(lái)越多,體驗(yàn)優(yōu)化也會(huì)在跟進(jìn)中越變?cè)胶?會(huì)逐步成為主流和大眾。
你同意嗎?體驗(yàn)過(guò)最新“煎餅”加持的VR產(chǎn)品了嗎?
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