行业互联网|FRL显示与视觉研究：短焦＋动态变焦进展迅速
在此前的EI 2020中 ， FRL显示系统负责人Douglas Lanman分享了有关动态变焦与缓解视觉辐辏的解决方案 ， 并表示在原型机Half Dome上已经得到充分验证 ， 甚至这套系统已经接近应用到量产设备的阶段 。
同样是年初举行SPIE大会AR VR MR论坛中 ， Lanman同样分享了整套VR显示技术的研发流程 ， 该视频已于近期公布在SPIE官网 ， 从中我们了解到Facebook在光学系统研发的一些细节 。
本文插图
技术研究与应用的九个阶段
和任何技术研究一样 ， FRL内部将VR显示系统的研究与应用分成9个阶段 。 1 ， 基础研究：遵循的基本原则；2 ， 技术制定：分析技术概念以及原理；3 ， 初步验证：通过实验来验证可行性；4 ， 小规模原型：在实验室中进一步验证；5 ， 大规模原型：在预期环境下进行初步验证；6 ， 技术原型阶段：在理想状态下进行性能验证；7 ， 原型演示阶段：在实际使用状态进行性能验证；8 ， 初步商业应用：整套系统合格、合规的运行；9 ， 大范围商业应用：经过大范围验证可大面积应用 。
据悉 ， 这套技术研发的流程最初由NASA使用 ， 后来被广泛采用 。 Lanman表示：通常的研发人员往往会集中在2、3、4三个阶段 ， 在将此阶段的研究成果发表之后往往会转向其它项目 ， 因此很少看到研究人员会跟进后续的研究和应用中 。
本文插图
毫无疑问 ， FRL部门足够领先 ， 其中的显示与视觉研究团队同样也是独一无二的 ， Lanman表示：因为该团队有能力在1-6阶段进行工作 ， 技术研究的首要原则不仅仅是技术原理和验证 ， 更要将延伸到技术原型测试阶段 ， 因此FRL显示与视觉研究团队的研究工作往往更接近“成品（技术落地）” 。
Lanman谈到：FRL显示与视觉研究团队的独特之处在于 ， 我们并非创业团队 ， 也也不是一家大公司 ， 也不是专业学者 。 我们从最基础的视觉科学研究出发 ， 并尝试开发更为接近量产的原型（同时还表示 ， 原型比绝大多数创业团队的原型方案还要更深一步）来改变这一切 。
Half Dome进展迅速
FRL显示与视觉研究团队的研究成果主要应用在“Half Dome”系列原型机中 ， 该系列原型VR主要特点是支持动态对焦 ， 改善视觉辐辏 ， 这在目前的消费级VR是从未出现的过的技术 。
目前Facebook关于VR产品原型最新的就是Half Dome 3 ， 不仅光学模组体积较Half Dome 2更小巧 ， 而且同样支持64个焦平面的动态对焦显示 ， 做到流畅的焦平面切换 。
本文插图
左：Half Dome 3、右：Half Dome 1
之所以体积能够大幅缩小 ， 是因为Half Dome 3采用了折叠光路方案 ， 就是所谓的短焦光学 ， 特点就是缩短对焦距离 ， 目标就是打造更轻便、小巧的VR头显 。
而Half Dome 1原型最初于2018年亮相 ， 其通过动态变焦显示 ， 当时放出的一段视频展示了其基于物理移动的特性 ， 在屏幕快速移动过程中还伴随不小的噪音 。
本文插图
左至右：Half Dome 1、Half Dome 2、Half Dome 3
虽然我们还不确定 ， Half Dome原型设计应用到商用还有多远 。 但Lanman表示：Half Dome 1中基于物理模块的动态变焦显示已经到达第6阶段 ， 而支持光路折叠的Hlaf Dome 3则处于第5阶段 ， 并且准备基本完成 。 “似乎也表明：离商用不远了” 。
本文插图
Half Dome 3内部结构图
打造世界首个HDR VR头显
HDR的概念我们可能在电视、手机屏幕上经常听说 ， 这里说的统一指的是“显示HDR” ， 不要与拍照HDR、摄影HDR等混淆 。 通常显示HDR一般要求屏幕最大亮度足够高（2D显示器最低要求400nit亮度 ， 通常1000nit可以带来更好效果） ， 且具备高色域、对比度 ， 产生类似真实环境中的明暗对比度 ， 比如暗部阴影和阳光的光影效果等 ， 从而大幅提升沉浸感 。
Lanman谈到：打造世界第一台HDR VR头显是第一步工作 。 目前 ， 消费级的VR头显亮度普遍偏低 ， 多在200nit以内、也有很多入眼亮度在100nit以内 ， 这种亮度级别显然无法完整明亮的对比度显示 。 因此 ， FRL决定打造新的显示方案 。
本文插图
FRL在HDR上的解决思路是 ， 通过准直透镜和漫射器来尽可能传递更多的光 ， 再将显示画面进行双层处理目的是增强画面的对比度 ， 最后在经过专有透镜传递到人眼 。
本文插图
未来验证这一设计可行性 ， FRL团队打造了一个桌面原型 ， 并且呈现出HDR效果的显示模组 ， 最大亮度6000nit ， 不过这种亮度级别是无法应用到小型化的VR头显中来 ， 因为透镜以及模组的体积太大了 。
本文插图
Half Dome 3动态变焦示意图
因此 ， Half Dome 3的意义就在于缩小模组体积 ， 同时具备可变焦显示、HDR等能力 。
AR瞳孔引导方案
不仅仅是VR光学 ， Lanman还提到了AR光学研究 ， 其中之一就是应用于AR眼镜的 ， 基于“瞳孔引导”的视网膜显示方案 。 该方案特点是：现实模组会跟随你眼睛瞳孔注释方向移动 ， 从而实现一个理论上更大视场角的显示方案 ， 同时还不影响动眼框 。
本文插图
AR瞳孔引导显示原理
这里面就要研究清楚 ， 屏幕移动范围究竟多大才能实现较好的显示效果与性能的平衡 。
为了探究这一问题 ， FRL研究员打造了一个模拟的视网膜显示器 ， 从而验证图像亮度、移动范围、移动速度（以及移动速度慢导致的潜在问题）等问题 ， 而这些研究已经于去年发表论文《近眼显示瞳孔引导系统中视网膜成像的质量》 。
Lanman总结到：经历了五年半时间 ， 我们在更广的研究领域收获了更多快乐 ， 从第1阶段开始 ， 我们就尝试通过基础视觉技术推动我们的研究；在第2-4阶段 ， 我们还有很多为准备就绪的创意 ， 我们会在某个时刻进行研究；在第5到更高的阶段 ， 我们在尝试做更多的事情 ， 例如Half Dome原型 。
【行业互联网|FRL显示与视觉研究：短焦＋动态变焦进展迅速】最近2年 ， 我们一直在报道FRL的技术研究与成果 。 不得不承认 ， FRL部门一直在积极向业内分享最新的研究成果 ， 给行业提供了巨大的帮助与判断 。 作为AR/VR领域的领头羊 ， Facebook也在发挥巨头在AR/VR应有的作用 ， 凭借自身资源与技术优势 ， 将研究成果分享以推动行业共同进步 。
参考：SPIE
推荐阅读
- 挺过上半年疫情冲击，中国电竞行业为啥更红火了？
- 移动互联网|微信终于有这个功能了！但尴尬的是……
- 锐博集团|广东将大规模开展“互联网+”职业技能培训，参加可获补贴
- 锐博集团|IT行业人才招聘观察
- 中新网|挺过疫情冲击，中国电竞行业为啥更红火了？
- 互联网|生态圈时代：如何让江苏文创IP产业化？
- 互联网|两分天下的在线外卖市场用户投诉也更集中
- 人工智能|芯片行业再临暴风骤雨，巨头控制权或将更难撼动
- 互联网电商|呼伦贝尔“无人之地”变“网红”：“直播+电商”成新农活儿
- 课堂管理|新课堂保卫战！“互联网＋教育”期盼更多网红