MR混合现实领域或将洗牌,GodView已大量量产树脂阵列光波导产品

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2018年07月13日 10:50 | 凤凰科技 小孟
原标题MR混合现实领域或将洗牌,GodView已大量量产树脂阵列光波导产品 虚拟现实和增强现实,是......

原标题:MR混合现实领域或将洗牌,GodView已大量量产树脂阵列光波导产品

虚拟现实和增强现实,是公认的下一代计算平台的显示载体。但就像iPod之于数字音乐,kindle之于数字图书,MR/AR要普及,在技术上的门槛外,还得解决量产和成本的问题。

而近日,一家低调的国内公司宣布,已经大规模量产树脂阵列光波导镜片,将于2018年第三季度大量量产并全球发货,这也是全球范围内第一款独有自主知识产权并实现量产的树脂阵列光波导镜片。几年后回看,这可能会成为如iPhone诞生般重要的标志性事件,特别是在中美贸易摩擦,唤醒国人核心技术意识的大时代背景下。

这家全球首发量产树脂阵列光波导镜片的公司,是间名为美誉镜界GodView的智能眼镜光学核心部件提供商,其核心业务是光学显示技术和显示芯片模组的研发。这家2017年初成立的公司,手上已经把握专业光学制造、便携式穿戴设备、全息图像算法等多项国际发明专利,并有大批量产业化树脂阵列光波导镜片和光学模组的能力。

新技术高速落地的背后,是个堪称豪华的研发和顾问团队。GodView的董事长李科先生,有多年的全息算法及前沿光电子研究经验,并在国外长期从事前沿阵列光波导、全息光场和微显示技术相关的研发与生产经验,熟络相关国际产业的配套产业链。多年的行业积累及沉淀,使他坚信,MR眼镜将会成为继个人计算机、智能手机之后,极具颠覆性的第三代智能终端,届时人们将会突破屏幕的限制,实现虚拟与现实的交互及融合。而国内相关科技产业配套设施的不断完备,为前沿的科研成果进行有效的产业化落地提供了丰富的沃土。

同时,李科认为,“己所不欲,勿施于人”,前沿的科研成果应该找到最佳、最极致的产品落脚点和应用场景迎合真实的用户需求来进行普世,中国普通老百姓也应该提早享受科技进步带来的便利及感受多维世界的奇妙,本着这样的决心,便毅然决然的带领团队回国创业。

但豪华的技术团队量产的树脂阵列光波导技术,意味着什么呢?普通用户可能会一脸疑惑,所以我们这次就来谈一下关于AR增强现实和MR混合现实,权当为这个注定要革命未来的技术做一次科普。

MR混合现实的技术路线

MR/AR作为全新的显示和交互技术,它们的重要性怎么强调都不为过,单从业界巨头的投入的程度就能略知一二了。先有HTC转型VR,后有Facebook以20亿美元的天价收购Oculus,在Google Glass、微软的HoloLens之后,苹果在iOS 12中引入了AR Kit2,安卓阵营在Android N中加入了ARCore,甚至桌面平台,在上一年的win 10秋季创作者更新中,也引入了MR/AR的支持。无论是哪个阵营、哪个平台,发布会花费了大量的篇幅向世人和开发者表示对MR的重视。

而6月20日发布的《2018年中国移动互联网发展报告》提及,根据Digi-Capital的预测,未来5年,随着5G技术的落地应用,AR和MR用户的数量会超过VR(虚拟现实)60倍,而收入则会超过后者7到8倍。比起需要进行大量内容建设,对设备运算力要求极高的VR,AR和MR更可能会抢先爆发。

顾名思义,AR和MR都是以现实的交融和增强为特征的,有“视频透视”和“光学透视”两条路线。但实际上,VR也可以通过视频透视,作为增强现实的载体。上一年联想、戴尔、宏基等5大PC厂商做出来“VR型混合现实设备”,正是通过在VR设备加上摄像头,在随时采集的视频流中叠加虚拟信息形成增强现实。

而光学透视,就是向我们展示了AR/MR可能性的Google Glass和微软HoloLens所采用的方案。在透明镜片上投射虚拟画面,就可以避免视频透视固有的畸变和降维损失,而且实景叠加的运算量、交互感和真实感都有明显的优势,所以这种光学透视方案才会直接变成了MR的默认形式。甚至之前大热的 Pokemon Go 和扫 AR 红包,都是光学透视方案。

而横亘在AR和MR技术之上的首要难题,并不是大家第一印象的计算能力瓶颈。VR早就开始比拼和积攒内容了,而AR还在努力解决视场角和便携性这两座大山。前者影响代入感,后者决定这项技术能否像手机一样普及。为了克服这个难题,人类已经在这条路上走了几十年了。

光波导技术:MR混合显示的核心门槛

MR/AR眼镜的核心,是偏振分光的方案。其镜片对光线的选择性过滤能力,能让实景光线和虚拟画面耦合出现在用户视野。这个光学技术是MR/AR最热的领域,或许没有之一。

Google Glass这种第一代AR眼镜,用的是简单暴力的PBS棱镜偏振分光,把眼镜腿上的投影仪画面通过棱镜偏振分光然后反射到人眼。但这个技术的硬伤是体积和厚度,其立方体棱镜体积和显示面积直接相关。为了便携性,画面一般只会做到1*1cm,FOV视场角只有可怜的二十几度。这样的视场角,连及格线都过不了,视觉体验就更无从谈起了,直接影响了初代AR产品的用户体验。这也就不难理解,为什么Google Glass功能如此单一,只能进行简单显示了。

再往后就是以爱普生AR眼镜为代表的自由曲面技术。其原理就是把旁边的立方体做成曲面,偏振镀膜也是曲面,尽量利用每个位置的分光效果,扩大显示范围。形状上的优化,让其可以达到30度以上的视场角,但成品还是比较厚重。

而视场角再往上的极端,是Meta 2这种用半透明大镜面做偏振分光器的方案。视场角是成功做大了,但成品已经变成VR头盔,而不是眼镜了,严重地限制了其生活应用。甚至退一步讲,几十年前,飞行员头盔上就有类似的技术了,从原理上也能算是自由曲面,但却是通过离轴光学这种古董技术,把简单的水平尺和高度等飞行信息投射到头盔护目镜上。

最新也是公认未来的光波导阵列技术,就已经算是后一代的技术了,而且也是被尝试最多的技术。其核心原理是阵列波导。在介质中,光的折射角度超过某个限度后,就不会折射并转化为“全反射”的状态。波导镜片本质就是让光横向传播的技术,通过镜片中间的格栅阵列,针对每束光进行不同处理,以达到接近常见屏幕的精确度和色彩还原、更加轻薄的体积,并有了软件后期像差校正的能力。多格栅配合下,厚度可以控制在1mm-2mm以内,理论视场角范围在40-80度。

光波导技术阵营中,最出名的是以色列公司Lumus的玻璃镀膜阵列光波导方案,而前面提到的HoloLens,则是全息光栅方案。这两个方案的共同特征,都是贵,并且制造加工难度大。HoloLens可是3000美元起步,有钱就能买到的“珍藏品”。它们的名声虽大,但出货量却出人意料地低。

突破性的树脂阵列光波导镜片

说到这里,终于到这次大新闻的主角“量产树脂阵列光波导镜片”出场了。如果以材质区分,前面提到的玻璃光栅算是第一代光波导技术,而树脂阵列光波导就已经算是第二代的光波导产品了,但暂时全球只有GodView率先进入千万量级的大规模量产阶段。

原来的光波导技术,都是以玻璃为材质,它们的瓶颈很多,加工难度、重量、易碎、安全性都是必须考虑的问题。单单加工部分,就得涉及玻璃冷加工、纳米级镀膜控制和设计、层叠斜面棱镜的贴合等一堆对加工精度要求极高的处理,并且良品率低,难以普世。

即便是跑了这么久的Lumus,其镜片良品率都非常低,成品价格在1100美元,镜片本身都比iPhone X贵一大截,更遑论批量生产和普及了。但偏偏MR是带有传播性的设备,就像电话和通讯软件一样,使用的用户越多,这类工具的意义就越大,所以成本注定会是MR设备绕不开的突破口。

但Lumus把AR眼镜成本降到1000美元以下的目标还未达成,就被GodView截胡了。GodView的创造性突破,来自于把易碎笨重的玻璃,换成了可塑性更高、重量更轻,成本更低的新型纳米树脂材料,而且透光率和视场角,居然还超过了使用玻璃材质的同类产品。GodView的产品在2017年的时候就已经做到了40度以上视场角,不但超过了不惜工本的HoloLens和Lumus,而且重量、厚度和成本上都拥有绝对优势。

树脂材料是现在民用最广泛的光学材料,它的加工流程及技术与传统的玻璃有巨大的差异。除了加工成本、良品率优势之外,GodView的树脂阵列光波导技术,镜片实际厚度在1.3-2.0mm,超薄和树脂材质上,还解决了温度差异导致的雾化问题,还“意外”地带来了更好的防摔性能和安全性,维护成本也更低。有望让MR设备脱离“金贵脆弱”这两个固有印象而加速普及。

但树脂也不是万能的,它的韧性高,更难定型,热稳定性、耐久性等氧化老化问题,都是生产和使用中必然会面对的问题,里面需要解决大量生产制造的技术方案的突破,难度之大,可想而知,这也是为什么现在只有GodView宣布有量产能力的重要原因之一。

新玩家的产品线

说到底,GodView的核心还是显示芯片模组、显示材料和云端算法,但他们的目标远在这个之上。其现有的MR显示设备,除了搭载自主研发显示芯片模组和光引擎外,还可以接入到现有的移动和PC平台。通过苹果的lightning和Type C等接口直接作为苹果ARKit、安卓ARCore和微软MR的显示设备。

在树脂阵列光波导技术的技术门槛之外,GodView的量产速度上也是一道隐形的护城河。GodView一边是MR/AR模组提供商,其之前的产品系列主要用于研发和对外展示;而另外一边,GodView还有自己丰富的产品线。

GodView第一批量产规模的第二代光波导产品大量量产,将会在7月份完成,千万量级的规模生产则会在9月份。面向商业用户,可能会有一大波厂商因为用上新的树脂阵列光波导元件,而进入产品爆发和价格大幅变动的市场阶段。

在新产品试样和量产和同时,GodView已经开始下一代的全息光场和可调变焦光显技术了。前者可以看做是HoloLens的升级版,大幅减轻和减薄了所需的光学结构。全息光场技术的核心是要把光场信息投射到全息材料上成像。在HoloLens上用了3层材料才能做到的全息成像,下一代的全息光场技术只需要薄薄一层的显示材料即可完成,重量和体积上的优势就不言而喻了。

同样建立在这些首发元件之上,GodView也在布局面向2C的产品线,而且方向也很科幻。GodView突破性的研发出可以改变焦距的近视调焦技术,通过连续控制焦距的变化对眼睛进行训练,进而达到调节近视的目的。该技术的另外一个优势是自动适应能力,同一副镜片就能适应从0到800度的近视,无需像传统方案那样更换,可谓是科技界的又一项革命性突破,打破了人类几千年以来的传统眼镜格局。GodView将于2018年年底推出第一代搭载该技术的2C产品。

GodView与MR应用的想象空间

整个计算机体系可以笼统概括为输入和输出端,输入端是运算力的暴涨,而输出端是负责和人进行交互的显示技术。从CRT到液晶,再到现在追求的各种巨幕,它们终究会被MR/AR这种眼前的屏幕所代替,但却能做到更加彻底的万物皆屏幕并进行互连。这恰好契合GodView“视链万物”的景愿。

而被GodView称为神级操作体验的MR交互,在这种完全超过现有认知的多维数码世界,有多个不同维度和级别的展现形式。首层是实际的使用提升,例如在工业和商业的日常中,帮助用户把双手释放出来。而MR式的现场指导,是极佳的直观引导和教导工具,能极大地提升教育和培训领域的效率。

甚至最简单的,MR/AR会带来显示面积的无限提升,除了把移动端的交互从那块小屏幕中释放之外,传统的办公平台也会受益于MR式的多屏展示。现在同样受限于屏幕的MR/AR应用,都会得到解放。更加真实,更加直接,更加与现实互动式的PokémonGo、身临其境的导航、虚拟购物、宜家家居的效果模拟、乃至MR视频实景翻译,随便抓一样都是可以独当一面的全新变革。

而第二层是“视链万物”。通过计算机视觉的加成,让计算机和人一起感知事物。除了远程控制物体外,通过地点、时间、视觉物体、标记等情景触发并成为“视觉链接”的一部分。例如拿起手指就能让游戏自动启动,打开冰箱就有保鲜期弹窗和烹饪指南,走到景区和餐厅就有基于地理位置的提醒和优惠。把目力所及的所有真实物体,都作为交互素材和“链接”的一部分,是MR时代的拓展意义上的“超链接”。

再深一层也就是最顶层,就是视觉大数据的采集了。MR设备能看到和用户所见相同的内容,而未来眼球追踪、5G、云端算力和IoT传感器的应用和普及,都会生成海量的交互数据。MR作为数据产生的源头,会是无比广阔的机器学习数据源,成为用户行为分析和预知的第一站。

专家预测,只要技术成熟, MR/AR只需要5年,就能从根本上改变世界的面貌。而在MR/AR相对沉寂的这两年,大量在2015-2016年得到投资的企业,都在攻克技术和量产的难题。MR/AR能否这么快地革新我们现有的交互,这尚不可知。但类似GodView这种进度最快的厂商,或许很快会就会拉开MR普及的序幕了。