文/VR陀螺 小钻风

VR/AR想要实现接近人眼的视觉体验,模拟人眼对世界的感知是必要方向。人眼的视觉系统关键的一项要素是随人眼的移动,自动对焦。

为了实现自动对焦,出现了各种变焦方案,这些变焦方案多基于可变焦镜头或显示器的移动,再结合眼动追踪与算法实现。

这些方案实现了对VR/AR体验的提升,但离真正的人眼视觉系统还有一定距离。  

光场依然是VR/AR头显显示最接近人眼的解决方案  

2018年,Facebook在F8大会上提到的Oculus Half Dome头显原型所采用的变焦方案就是较为典型的代表。 该头显原型具备眼动追踪功能,主要用于与该原型设备的变焦显示器相配合。通过显示器的调节,让显示器与眼动追踪在眼睛对焦距离处相结合,实现对焦点的动态追踪。

但这类变焦方案无法实现人眼的连续对焦,而且从视觉呈现来讲,对人眼真实世界的模拟还有一段距离。

在变焦的实现手段上,还有一种方式,那就是光场技术。

“光场(Light Field)是空间中同时包含位置和方向信息的四维光辐射场。”简单点说就是光线在传播过程中的所有信息。

光场技术通过模拟光场,让光源追踪人眼,并结合模拟物体的实际光影效果将激光投射到人的视网膜,让人眼在VR中的使用接近真实世界。比如随人头部的移动,实现注视点的转移。 光场相关技术难度非常高,因此能够实施这项技术的公司并不多,瑞士的创企Creal是其中一个。

Creal位于瑞士,是一家VR/AR创企,专注于为VR/AR头显提供光场显示器。这家看似平平无奇的创企,团队背景似乎很不一般。 Creal 2017年底成立,由前欧洲核子研究中心(英文简称CERN)的工程师共同创立,这些工程师曾从事大型强子对撞机的ATLAS探测器项目。

截至去年末,该团队拥有18名员工,吸纳了英特尔Vaunt智能眼镜项目、Magic Leap、瑞士联邦理工以及多家初创公司的研究经验。

如此硬核的团队近日展示了最新光场显示技术成果,从展示的视频来看,Creal在不使用眼动追踪的前提下,实现了对任意深度场景下的对焦。而且在视觉呈现上模拟了人眼注视点高度清晰,周边环境模糊的效果。  

将光场投影仪嵌入智能眼镜框,让合成光场模拟真实光场

Creal研究光场技术,是希望在VR/AR中展示真实世界的深度。Creal对光场的定义是:“光在真实世界中的真实代表。” Creal光场显示器生成的图像与我们肉眼看到真实世界的光非常相符。具体点说,光场显示器支持人类视觉系统的两大聚焦机制:聚光与调节,可以像真实世界一样可以进行焦深的调节。 ?

与前文所述变焦调节方式不同的是,Creal的焦点转移全部在摄像头捕捉场景的过程中完成。摄像头可以像人眼一样在不使用追踪技术的前提下对任意深度的场景进行对焦。

据Creal官网介绍,他们是通过在VR/AR头显或智能眼镜臂中嵌入光场投影仪,做到在每一个数字场景中以多种视角投射到人眼,并保持每秒6000张图像的发送频率,合成光场模拟真实世界的光呈现在人眼视野。从Creal官网的动图演示来看,似乎采用了孔阵列结构。

再通过光场显示器与普通显示器的结合,模拟人眼注视点高清、周围视频模糊的视觉效果,可为用户带来几近真实的体验感。

2019年,Creal曾在CES上展示其采用了光场显示器的VR/AR头显原型。据介绍,AR头显原型 60° 视场角的分辨率为1000*1000,并且是“无限”分辨率。

这里所说的无限是指连续聚焦,并非真实的无限,而是每个焦深之间的步长要远小于人眼分辨率,人眼几乎无法察觉。 当时所展示的AR头显原型需要线缆连接,采用了IntelRealSense传感器进行6DOF追踪,Ultraleap进行手动追踪。Creal表示会将眼镜的功耗从当前的2W降低至0．5W,并将眼动范围扩大到8mm。

当时,Creal创始人Sluka告诉外媒,他们通过投影仪以某种方式对光进行调制,图像并非全息图,也并未使用微透镜阵列。据称,这种方法非常新颖,所合成的光场比Creal所知的任何其他光场都更接近模拟光场。

?Sluka表示该系统支持“从0到无穷大的数百个深度平面”,并具有对数分布,也就是较高密度的平面更靠近眼睛,较低密度的平面距离眼睛更远。他还说可以在眼睛“后面”实现深度平面,这意味着该系统适用于近视眼镜。

与2019年前类似电脑主机形式的光场显示器相比,两年后的Creal已将光场显示器似乎缩小至接近普通VR/AR头显,这两款头显在2021年CES上以线上形式进行过展示。

(图源:Creal)

据介绍,该原型VR头显采用注视点架构(每只眼睛采用两个重叠的显示器),光场显示器的分辨率与视网膜接近,覆盖视野中心30°范围,周围视场则采用更低分辨率(1600*1400)非光场显示器填充至100°范围。

观察文章开篇部分的视频,可以看到显示器的中心部分(光场部分)与视野其他区域相比非常清晰。Creal表示这部分显示器的分辨率与视网膜接近,并且能以240Hz的刷新率运行。