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寒冬尽头,VR 复兴还有多远?

光学系统是实现近距离成像的重要模组,是VR与手机等2D屏幕的主要区别,也是影响沉浸感和舒适性的重要因素。

光学系统

Pancake(超短焦)光学方案,简单来说就是通过偏振膜将光路压缩折叠,使光线在更窄的空间穿越同样的距离,减少光学模组厚度,实现一体机的轻薄化,大幅提升佩戴舒适性。目前,玉晶光电、舜宇光学、歌尔股份等厂商在超短焦透镜领域研发水平趋于成熟,以较高良率大规模量产,以优秀制造水平赢得包括 Meta Quest、苹果 Reality、Pico 等主要 VR 厂商订单。

虽然超短焦的性能大幅优于菲涅尔透镜,但在技术和量产制造上仍存在缺陷:首先超短焦多次反射折射会造成50%左右的光路损耗,需要搭配高亮度显示屏如MicroOLED/LED,以弥补低光效的特点。其次需要偏振膜来解决造成的重影问题,但偏振膜在材料、精密加工等方面的门槛较高,加上多片镜片贴合难度大,导致超短焦量产良品率较低,生产成本居高不下。

目前,国内VR产业链的整体建设较为完善,但在先进设计方案所需要的个别元件上的生产布局仍有欠缺,达标的高质量光学膜生产厂商较少且成本较高,因此市场至今仍由少数国外厂商主导,例如3M掌握核心材料偏振膜,已经实现偏振片垄断。

与VR相比,AR的技术成熟度较低,这是AR头显作为C端设备渗透的主要阻碍。AR在面临与VR相同技术难点的同时,还需满足两个特性:一方面,AR形状趋于更轻量和小型化的日常眼镜,对光学模组的厚度和重量要求更高;另一方面,AR要确保虚拟信息与真实图像的精准叠加,对显示屏的成像质量以及模组透光性指标提出更高的要求。

在众多光学方案中,光波导技术因显示性能优越、不受视场角和体积的平衡限制,成为未来AR的必然选择。近年来已经有多款搭载光波导的先进AR眼镜落地,例如2021年Rokid、亮风台、小米等推出的8款AR眼镜。一旦光波导技术能够突破瓶颈,达到量产能力,将有望实现快速渗透。

超短焦的光学系统需要搭配高亮度显示屏如 Micro OLED/LED,以弥补低光效的特点,进而发挥 1+1>2 的作用。

显示系统

显示屏的清晰度和视觉暂留是影响沉浸感的重要指标。一般来说,图像的分辨率和像素密度越高,图像越清晰;视觉暂存指标又称"余晖效应",即在光停止后,视网膜产生的视觉仍保留一段时间的现象,这是用户眩晕问题出现的重要原因之一。提高刷新率和降低响应时间能够减少画面重影,提升画面流畅度,避免用户注意力被分散。

目前,Fast LCD 和 Micro OLED 已进入量产阶段,而 Micro LED 成为业界期待的下一代显示技术。Micro LED 在具备高分辨率、高 PPI、高刷新率和高对比度等优点的同时,进一步提升了功耗、色域、响应时间等性能。

当前用于 XR 的 Micro LED 制造工艺面临技术瓶颈,尚处于研发阶段,短期难以规模量产。但已有诸多行业巨头纷纷投资或收购该领域初创公司,如苹果 、Meta、谷歌、英特尔等。

如果说光学系统和显示屏是在视觉维度使用户产生"身临其境"之感,那么传感交互技术则通过提供多维感官体验,实现更高层级的交互性和更深层次的沉浸感。

传感交互

每一代计算机终端都有属于自己的交互方式,就像PC上的"鼠标+键盘"、智能手机"触控+语音"的标准输入模式,VR也需要确立成熟的人机交互方式。不同于智能手机的二维屏幕,VR的感知交互能提供听觉、触觉、触觉等多维感官体验,使人产生"身临其境"之感。追踪定位是VR沉浸体验的关键技术,也是最基础的交互技术,目前已成为主流VR头显的标配。

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