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| 本文作者： 木子 | 2018-07-13 08:23 |
虛擬現實和增強現實，是公認的下一代計算平臺的顯示載體。但就像iPod之于數字音樂，kindle之于數字圖書，MR/AR要普及，在技術上的門檻外，還得解決量產和成本的問題。
而近日，一家低調的國內公司宣布，已經大規模量產樹脂陣列光波導鏡片，將于2018年第三季度大量量產并全球發貨，這也是全球范圍內第一款獨有自主知識產權并實現量產的樹脂陣列光波導鏡片。幾年后回看，這可能會成為如iPhone誕生般重要的標志性事件，特別是在中美貿易摩擦，喚醒國人核心技術意識的大時代背景下。
這家全球首發量產樹脂陣列光波導鏡片的公司，是間名為美譽鏡界GodView的智能眼鏡光學核心部件提供商，其核心業務是光學顯示技術和顯示芯片模組的研發。這家2017年初成立的公司，手上已經把握專業光學制造、便攜式穿戴設備、全息圖像算法等多項國際發明專利，并有大批量產業化樹脂陣列光波導鏡片和光學模組的能力。
新技術高速落地的背后，是個堪稱豪華的研發和顧問團隊。GodView的董事長李科先生，有多年的全息算法及前沿光電子研究經驗，并在國外長期從事前沿陣列光波導、全息光場和微顯示技術相關的研發與生產經驗，熟絡相關國際產業的配套產業鏈。多年的行業積累及沉淀，使他堅信，MR眼鏡將會成為繼個人計算機、智能手機之后，極具顛覆性的第三代智能終端，屆時人們將會突破屏幕的限制，實現虛擬與現實的交互及融合。而國內相關科技產業配套設施的不斷完備，為前沿的科研成果進行有效的產業化落地提供了豐富的沃土。
同時，李科認為，“己所不欲，勿施于人”，前沿的科研成果應該找到最佳、最極致的產品落腳點和應用場景迎合真實的用戶需求來進行普世，中國普通老百姓也應該提早享受科技進步帶來的便利及感受多維世界的奇妙，本著這樣的決心，便毅然決然的帶領團隊回國創業。
但豪華的技術團隊量產的樹脂陣列光波導技術，意味著什么呢？普通用戶可能會一臉疑惑，所以我們這次就來談一下關于AR增強現實和MR混合現實，權當為這個注定要革命未來的技術做一次科普。
MR混合現實的技術路線
MR/AR作為全新的顯示和交互技術，它們的重要性怎么強調都不為過，單從業界巨頭的投入的程度就能略知一二了。先有HTC轉型VR，后有Facebook以20億美元的天價收購Oculus，在Google Glass、微軟的HoloLens之后，蘋果在iOS 12中引入了AR Kit2，安卓陣營在Android N中加入了ARCore，甚至桌面平臺，在上一年的win 10秋季創作者更新中，也引入了MR/AR的支持。無論是哪個陣營、哪個平臺，發布會花費了大量的篇幅向世人和開發者表示對MR的重視。
而6月20日發布的《2018年中國移動互聯網發展報告》提及，根據Digi-Capital的預測，未來5年，隨著5G技術的落地應用，AR和MR用戶的數量會超過VR（虛擬現實）60倍，而收入則會超過后者7到8倍。比起需要進行大量內容建設，對設備運算力要求極高的VR，AR和MR更可能會搶先爆發。
顧名思義，AR和MR都是以現實的交融和增強為特征的，有“視頻透視”和“光學透視”兩條路線。但實際上，VR也可以通過視頻透視，作為增強現實的載體。上一年聯想、戴爾、宏基等5大PC廠商做出來“VR型混合現實設備”，正是通過在VR設備加上攝像頭，在隨時采集的視頻流中疊加虛擬信息形成增強現實。
而光學透視，就是向我們展示了AR/MR可能性的Google Glass和微軟HoloLens所采用的方案。在透明鏡片上投射虛擬畫面，就可以避免視頻透視固有的畸變和降維損失，而且實景疊加的運算量、交互感和真實感都有明顯的優勢，所以這種光學透視方案才會直接變成了MR的默認形式。甚至之前大熱的 Pokemon Go 和掃 AR 紅包，都是光學透視方案。
而橫亙在AR和MR技術之上的首要難題，并不是大家第一印象的計算能力瓶頸。VR早就開始比拼和積攢內容了，而AR還在努力解決視場角和便攜性這兩座大山。前者影響代入感，后者決定這項技術能否像手機一樣普及。為了克服這個難題，人類已經在這條路上走了幾十年了。
光波導技術：MR混合顯示的核心門檻
MR/AR眼鏡的核心，是偏振分光的方案。其鏡片對光線的選擇性過濾能力，能讓實景光線和虛擬畫面耦合出現在用戶視野。這個光學技術是MR/AR最熱的領域，或許沒有之一。
Google Glass這種第一代AR眼鏡，用的是簡單暴力的PBS棱鏡偏振分光，把眼鏡腿上的投影儀畫面通過棱鏡偏振分光然后反射到人眼。但這個技術的硬傷是體積和厚度，其立方體棱鏡體積和顯示面積直接相關。為了便攜性，畫面一般只會做到1*1cm，FOV視場角只有可憐的二十幾度。這樣的視場角，連及格線都過不了，視覺體驗就更無從談起了，直接影響了初代AR產品的用戶體驗。這也就不難理解，為什么Google Glass功能如此單一，只能進行簡單顯示了。
再往后就是以愛普生AR眼鏡為代表的自由曲面技術。其原理就是把旁邊的立方體做成曲面，偏振鍍膜也是曲面，盡量利用每個位置的分光效果，擴大顯示范圍。形狀上的優化，讓其可以達到30度以上的視場角，但成品還是比較厚重。
而視場角再往上的極端，是Meta 2這種用半透明大鏡面做偏振分光器的方案。視場角是成功做大了，但成品已經變成VR頭盔，而不是眼鏡了，嚴重地限制了其生活應用。甚至退一步講，幾十年前，飛行員頭盔上就有類似的技術了，從原理上也能算是自由曲面，但卻是通過離軸光學這種古董技術，把簡單的水平尺和高度等飛行信息投射到頭盔護目鏡上。
最新也是公認未來的光波導陣列技術，就已經算是后一代的技術了，而且也是被嘗試最多的技術。其核心原理是陣列波導。在介質中，光的折射角度超過某個限度后，就不會折射并轉化為“全反射”的狀態。波導鏡片本質就是讓光橫向傳播的技術，通過鏡片中間的格柵陣列，針對每束光進行不同處理，以達到接近常見屏幕的精確度和色彩還原、更加輕薄的體積，并有了軟件后期像差校正的能力。多格柵配合下，厚度可以控制在1mm-2mm以內，理論視場角范圍在40-80度。
光波導技術陣營中，最出名的是以色列公司Lumus的玻璃鍍膜陣列光波導方案，而前面提到的HoloLens，則是全息光柵方案。這兩個方案的共同特征，都是貴，并且制造加工難度大。HoloLens可是3000美元起步，有錢就能買到的“珍藏品”。它們的名聲雖大，但出貨量卻出人意料地低。
突破性的樹脂陣列光波導鏡片
說到這里，終于到這次大新聞的主角“量產樹脂陣列光波導鏡片”出場了。如果以材質區分，前面提到的玻璃光柵算是第一代光波導技術，而樹脂陣列光波導就已經算是第二代的光波導產品了，但暫時全球只有GodView率先進入千萬量級的大規模量產階段。
原來的光波導技術，都是以玻璃為材質，它們的瓶頸很多，加工難度、重量、易碎、安全性都是必須考慮的問題。單單加工部分，就得涉及玻璃冷加工、納米級鍍膜控制和設計、層疊斜面棱鏡的貼合等一堆對加工精度要求極高的處理，并且良品率低，難以普世。
即便是跑了這么久的Lumus，其鏡片良品率都非常低，成品價格在1100美元，鏡片本身都比iPhone X貴一大截，更遑論批量生產和普及了。但偏偏MR是帶有傳播性的設備，就像電話和通訊軟件一樣，使用的用戶越多，這類工具的意義就越大，所以成本注定會是MR設備繞不開的突破口。
但Lumus把AR眼鏡成本降到1000美元以下的目標還未達成，就被GodView截胡了。GodView的創造性突破，來自于把易碎笨重的玻璃，換成了可塑性更高、重量更輕，成本更低的新型納米樹脂材料，而且透光率和視場角，居然還超過了使用玻璃材質的同類產品。GodView的產品在2017年的時候就已經做到了40度以上視場角，不但超過了不惜工本的HoloLens和Lumus，而且重量、厚度和成本上都擁有絕對優勢。
樹脂材料是現在民用最廣泛的光學材料，它的加工流程及技術與傳統的玻璃有巨大的差異。除了加工成本、良品率優勢之外，GodView的樹脂陣列光波導技術，鏡片實際厚度在1.3-2.0mm，超薄和樹脂材質上，還解決了溫度差異導致的霧化問題，還“意外”地帶來了更好的防摔性能和安全性，維護成本也更低。有望讓MR設備脫離“金貴脆弱”這兩個固有印象而加速普及。
但樹脂也不是萬能的，它的韌性高，更難定型，熱穩定性、耐久性等氧化老化問題，都是生產和使用中必然會面對的問題，里面需要解決大量生產制造的技術方案的突破，難度之大，可想而知，這也是為什么現在只有GodView宣布有量產能力的重要原因之一。
新玩家的產品線
說到底，GodView的核心還是顯示芯片模組、顯示材料和云端算法，但他們的目標遠在這個之上。其現有的MR顯示設備，除了搭載自主研發顯示芯片模組和光引擎外，還可以接入到現有的移動和PC平臺。通過蘋果的lightning和Type C等接口直接作為蘋果ARKit、安卓ARCore和微軟MR的顯示設備。
在樹脂陣列光波導技術的技術門檻之外，GodView的量產速度上也是一道隱形的護城河。GodView一邊是MR/AR模組提供商，其之前的產品系列主要用于研發和對外展示；而另外一邊，GodView還有自己豐富的產品線。
GodView第一批量產規模的第二代光波導產品大量量產，將會在7月份完成，千萬量級的規模生產則會在9月份。面向商業用戶，可能會有一大波廠商因為用上新的樹脂陣列光波導元件，而進入產品爆發和價格大幅變動的市場階段。
在新產品試樣和量產和同時，GodView已經開始下一代的全息光場和可調變焦光顯技術了。前者可以看做是HoloLens的升級版，大幅減輕和減薄了所需的光學結構。全息光場技術的核心是要把光場信息投射到全息材料上成像。在HoloLens上用了3層材料才能做到的全息成像，下一代的全息光場技術只需要薄薄一層的顯示材料即可完成，重量和體積上的優勢就不言而喻了。
同樣建立在這些首發元件之上，GodView也在布局面向2C的產品線，而且方向也很科幻。GodView突破性的研發出可以改變焦距的近視調焦技術，通過連續控制焦距的變化對眼睛進行訓練，進而達到調節近視的目的。該技術的另外一個優勢是自動適應能力，同一副鏡片就能適應從0到800度的近視，無需像傳統方案那樣更換，可謂是科技界的又一項革命性突破，打破了人類幾千年以來的傳統眼鏡格局。GodView將于2018年年底推出第一代搭載該技術的2C產品。
GodView與MR應用的想象空間
整個計算機體系可以籠統概括為輸入和輸出端，輸入端是運算力的暴漲，而輸出端是負責和人進行交互的顯示技術。從CRT到液晶，再到現在追求的各種巨幕，它們終究會被MR/AR這種眼前的屏幕所代替，但卻能做到更加徹底的萬物皆屏幕并進行互連。這恰好契合GodView“視鏈萬物”的景愿。
而被GodView稱為神級操作體驗的MR交互，在這種完全超過現有認知的多維數碼世界，有多個不同維度和級別的展現形式。首層是實際的使用提升，例如在工業和商業的日常中，幫助用戶把雙手釋放出來。而MR式的現場指導，是極佳的直觀引導和教導工具，能極大地提升教育和培訓領域的效率。
甚至最簡單的，MR/AR會帶來顯示面積的無限提升，除了把移動端的交互從那塊小屏幕中釋放之外，傳統的辦公平臺也會受益于MR式的多屏展示?，F在同樣受限于屏幕的MR/AR應用，都會得到解放。更加真實，更加直接，更加與現實互動式的PokémonGo、身臨其境的導航、虛擬購物、宜家家居的效果模擬、乃至MR視頻實景翻譯，隨便抓一樣都是可以獨當一面的全新變革。
而第二層是“視鏈萬物”。通過計算機視覺的加成，讓計算機和人一起感知事物。除了遠程控制物體外，通過地點、時間、視覺物體、標記等情景觸發并成為“視覺鏈接”的一部分。例如拿起手指就能讓游戲自動啟動，打開冰箱就有保鮮期彈窗和烹飪指南，走到景區和餐廳就有基于地理位置的提醒和優惠。把目力所及的所有真實物體，都作為交互素材和“鏈接”的一部分，是MR時代的拓展意義上的“超鏈接”。
再深一層也就是最頂層，就是視覺大數據的采集了。MR設備能看到和用戶所見相同的內容，而未來眼球追蹤、5G、云端算力和IoT傳感器的應用和普及，都會生成海量的交互數據。MR作為數據產生的源頭，會是無比廣闊的機器學習數據源，成為用戶行為分析和預知的第一站。
專家預測，只要技術成熟， MR/AR只需要5年，就能從根本上改變世界的面貌。而在MR/AR相對沉寂的這兩年，大量在2015-2016年得到投資的企業，都在攻克技術和量產的難題。MR/AR能否這么快地革新我們現有的交互，這尚不可知。但類似GodView這種進度最快的廠商，或許很快會就會拉開MR普及的序幕了。
