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科技巨擘对元宇宙投注热情,但目前的虚拟现实…

编辑:VR视角 发布时间:2022-11-20 08:39:05 0

科技巨擘热切期待人们能为元宇宙时代来到而兴奋,但目前的虚拟现实硬件设备远远无法满足他们的雄心壮志。一个最大的挑战在于制造出更好的、拥有极高像素密度的显示屏。而根据专家们的说法,新的材料和设计方案即将成形。

硅谷正在进行一场豪赌,他们投入数十亿美元,押注互联网即将经历自从智能手机出现以来的最大转变。他们的想法是,不久后,大多数人会通过能把我们送进虚拟世界的可穿戴设备接入互联网,不用再敲击触摸屏。

然而,就目前而言,虚拟现实(VR)和增强现实(AR)依然相当初级。

尽管Meta、微软、谷歌和Magic Leap等公司早已在出售VR和AR的头戴式设备,但它们迄今落地的应用案例数量有限,设备所提供的体验也仍达不到高画质标准,而用户们已经开始期待高画质的数字娱乐。

将海量像素放进纤小屏幕

眼下,一个最大的局限是显示器技术。在一个VR头戴式设备中,屏幕位于眼睛前方仅数厘米处,因此如果你想趋近高画质(类似4K电视的那种),就需要将超高像素放进一块非常小的屏幕里,然而,这是当前的显示屏办不到的事。

不过来自三星电子和斯坦福大学的研究人员近期于《科学》杂志发表文章,称新技术很快就能让我们接近像素密度的理论极限,催生性能强大的新型VR头戴式设备。

提升显示屏性能的同时,还要让它们变得更小更经济能源效率更高目前的头戴式设备既又大又沉限制了穿戴时间和使用场景

之所以体型巨大,一个主要原因是它们的功能主体是光学元件阵列,而光学元件和显示屏之间又得留出足够空间,以使得光线能恰当聚焦。

文章作者表示,尽管新的紧凑式透镜设计和“超表面”的使用,已经使得这个领域出现一些微型化设备,但这条路很可能已走到尽头。(“超表面”是具有独特光学性质的纳米结构薄膜。)

全息透镜和“薄煎饼镜头”(pancake lenses)等新设计有助于缩短透镜与显示屏间距离,达到原来的1/2到1/3。但这些相互作用会降低图像亮度,因此需用更强大、更高效的显示屏进行亮度补偿。

元宇宙里的OLED

要解决目前头戴式设备的另一个局限“分辨率”,也需要有更优质的显示屏。超高画质的电视显示屏能在大约3米的距离实现近200 PDD(像素每度)的角分辨率,远超人眼所能分辨的极限——大约60 PPD。

然而,由于VR显示屏距离观看者的眼睛至多只有2.5到5厘米远,它们的像素密度仅能达到大约15 PPD。

文章作者表示,为匹配人眼分辨极限,VR显示屏需要把7000~10000个像素放进每英寸的显示屏中。(目前最新款的智能手机屏幕仅能做到每英寸460个像素。)然而,尽管差距十分遥远,研究者却早已找到弥合鸿沟的清晰路径。

目前,大多数VR头戴式设备使用分离的红色、绿色和蓝色的有机发光二极管(OLED),由于其制造工艺的限制,很难得到紧凑结构。

有一种替代方法,那就是给白色OLED加上彩色滤光片就能让显示屏有可能达到60 PPD。不过依赖滤光片,也其自身的问题,因为滤光片会拉低光源效率,导致亮度变低或能耗增加。

有一个被称为meta-OLED的试验性OLED设计方案能绕过这个两难的权衡:

将光源与纳米图案镜相结合,利用共振现象来仅仅从一个特定频率发射光

Meta-OLED有潜力实现超过10000 PPD的像素密度,接近由光的波长定下的物理极限。

它们也可能更为高效,相比于过去数代OLED,拥有更好的色彩画质。

它将光源与纳米图案镜相结合,利用共振现象来仅仅从一个特定频率发射光。

Meta-OLED有潜力实现超过10000 PPD的像素密度,接近由光的波长定下的物理极限。

它们也可能更为高效,相比于过去数代OLED,拥有更好的色彩画质。

然而,尽管显示器技术公司表现出强烈兴趣,但这项技术仍然处于萌芽阶段,距离商业化遥遥无期。

真正的沉浸式VR还很遥远

根据论文作者的说法,短期内最有可能实现的显示器技术创新将会利用到人类生理特征。人眼仅能在视网膜中心区域(被称为中央凹)分辨出60 PPD,视网膜外周部分的灵敏度就低得多。

假如能够准确追踪眼球运动,那么只需要给予用户注视的显示屏特定区域最高清晰度。作者表示,尽管眼球和头部追踪所需的增进功能给设计添加额外的复杂性,但这大概是最快就会出现的创新。

重要的是要记住,如果VR要变得广泛商业化,除了更好的显示屏之外,还有许多问题需要解决。尤其是,给这些头戴式设备供电提出电池容量和散热能力方面的复杂挑战。

另外,研究者讨论的显示技术主要与虚拟现实有关,而不是与增强现实有关。增强现实的头戴式设备很可能要依赖一套迥异的、不会遮盖穿戴者对于现实世界的视野的光学技术。

然而,不管怎样,目前看来,尽管实现更为沉浸的虚拟现实体验很可能还有一段路要走,但是引领我们到达目的地的路线图已经就位。

资料来源:

The Tech That Will Push VR to the Limits of the Human Eye

END


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