文章來源:量子位

不知道你發(fā)現(xiàn)沒有,越來越多的人開始買VR了。

但6年前被稱作VR元年時,它留下的卻是“重得像掛了4臺手機在臉上,連20分鐘視頻都看不下去”的印象。

6年來,是年輕人接受了這個新世代設(shè)備?

不,是VR被一項趨勢性技術(shù)帶來了顛覆性體驗變革。

這項技術(shù)你也正聽得越來越多:“煎餅”——Pancake技術(shù)。

它不僅頻繁出現(xiàn)在蘋果等一眾巨頭的最新產(chǎn)品預(yù)告中,成為前沿技術(shù)的代名詞,也一度登上VR光學(xué)論文研究的熱點話題。

Pancake魔力所在,解決的正是VR的“輕”挑戰(zhàn)。

為什么VR“突然”就輕了?

VR的重量減輕,并非一蹴而就的過程。

事實上,在2022年再次進入大眾視野前,主宰VR重量的顯示硬件,已經(jīng)經(jīng)歷了數(shù)輪迭代。

顯示硬件分為屏幕和光學(xué)鏡頭(光機)兩部分。受限于VR設(shè)備體積,屏幕無法做得太大,于是改善VR視覺效果的“重任”就放在了光學(xué)鏡頭上。

光學(xué)鏡頭負責(zé)將屏幕顯示的畫面放大,以達到在VR眼鏡中“身臨其境”的效果。

最早VR設(shè)備普遍采用非球面透鏡的方案,減輕了球面透鏡(凸透鏡、凹透鏡等)產(chǎn)生的球面像差問題,即靠近邊緣的平行光經(jīng)過折射后,與光軸相交的點偏離焦點,出現(xiàn)畫面模糊的情況。

△圖源維基百科

但非球面透鏡太重了。最早的VR盒子用上它的時候,輕則七八百克,重則上千克,縱使畫面清晰一些,戴上后也只會成為“頸椎殺手”。

直到菲涅爾透鏡的出現(xiàn),給光學(xué)鏡片來了一次重量“大卸貨”,才讓VR眼鏡開始走向更輕薄的路線。它把一個透鏡中不改變光路的部分全部挖掉,剩余的部分繼續(xù)用于成像,一舉成為目前主流的光學(xué)鏡片方案。

△圖源維基百科

但菲涅爾透鏡同樣存在問題:鏡頭各處曲率不變,焦距無法進一步被壓縮,整體仍然較重;同時由于曲面不連續(xù),成像精度受限。

要想進一步提升成像質(zhì)量、同時減輕鏡片重量,必須另辟新路。這種情況下,Pancake折疊光路設(shè)計逐漸進入VR光學(xué)研究人員的視野。

之所以被稱為“折疊光路”、“Pancake”,除了它能實現(xiàn)光路折疊,壓縮VR設(shè)備體積以外,還因為它與Pancake煎餅有相似之處,即鏡片更輕薄。

毫無疑問,Pancake光學(xué)方案正在成為全VR行業(yè)的趨勢性技術(shù),其中就包括最新發(fā)布的PICO 4 VR一體機。

發(fā)布一個月以來,PICO 4以輕薄性和性價比獲得了不少好評,背后同樣離不開對Pancake的軟硬件一體吃透。

以PICO 4上的Pancake光學(xué)方案為例,與應(yīng)用菲涅爾透鏡的PICO Neo3相比,不僅前端主體重量降低了26.2%,厚度也減少了38.8%。

△Pancake光學(xué)方案vs菲涅爾透鏡方案

Pancake光學(xué)方案實現(xiàn)折疊光路的原理,主要基于4種組件:線性偏振片(LP)、四分之一相位延遲片(QWP)、半反半透鏡(BS)和反射偏振片(RP或PBS)。

△圖源《Holographic pancake optics for thin and lightweight optical see-through augmented reality》

其中,四分之一相位延遲片又叫四分之一波片,用于將圓偏振光通過四分之一相位延遲,變成線偏振光;反射偏振片用于透過和反射不同的線偏振光;半反半透鏡又稱分束鏡,用于將入射光分成相等的兩部分,50%反射,50%透射;線性偏振片則能起到一個過濾的作用,保證只有特定取向的偏振光才能穿透并進入到人眼中。

從圖中來看,Pancake光學(xué)方案實現(xiàn)折疊光路的關(guān)鍵,在于利用偏振分光膜和分束器對不同偏振光的“選擇性透射”原理,實現(xiàn)光路的折疊與壓縮。

聽起來似乎并不復(fù)雜,回溯時間線也會發(fā)現(xiàn),最早從2016年開始,就已經(jīng)有Pancake光學(xué)方案的技術(shù)布局了。

為什么直到2022年,這項技術(shù)才逐漸成為行業(yè)的新趨勢?

事實上,要想做好Pancake方案并不容易。從技術(shù)和生產(chǎn)兩方面來看,主要難點就至少有四個:

其一,容易產(chǎn)生寄生反射(Parasitic reflectio,透明物體底部表面產(chǎn)生的不必要的反射)。多余的光線在透鏡中反復(fù)折返,可能會產(chǎn)生鬼影或眩光,進而降低圖像質(zhì)量。

其二,光損高導(dǎo)致亮度低。由于光線每次經(jīng)過半透半反膜,會損失50%的光強,因此Pancake理論最高光學(xué)效率在25%,這樣對顯示器和工藝精度的要求更高。

其三,視場角(FOV)較小。Pancake方案隨著鏡片增多,理論上能實現(xiàn)的視場角更加有限,這也與設(shè)備輕薄相悖。

其四,成本高、良率提升難。據(jù)中信證券調(diào)研,光學(xué)膜是Pancake方案的核心成本項目,合計占比在70%左右,其中尤以反射式偏振膜成本占比最高。

為了解決這些研發(fā)難題,目前有幾種不同的Pancake折疊光路設(shè)計的技術(shù)實現(xiàn),包括單片(1p)、兩片(2p)和多片式。

雖然核心都是基于偏振光的原理、用上面4種組件打出“組合拳”,但這幾種方案的優(yōu)缺點并不一樣。

目前,最主流的Pancake方案是雙片式。在清晰度較高、厚度較薄的情況下,也能將成本控制在一個較低的范圍內(nèi)。

但作為VR賽道中的實力玩家,PICO 4這次交出的Pancake技術(shù)答卷卻有點與眾不同。

不止是“非主流”Pancake光學(xué)技術(shù)

這種不同,首先體現(xiàn)在Pancake光學(xué)方案的路線選擇上。

與大多數(shù)采用雙片式方案的設(shè)備不同,PICO 4這次選擇了單片式Pancake光學(xué)方案,基于單個鏡片+貼膜的方式實現(xiàn)折疊光路。

如下圖,灰色的膜代表偏振片,粉色的膜代表四分之一波片,橙色的膜代表反射偏振片,分別貼在單個鏡片和屏幕上:

其中,屏幕上貼著的偏振片和四分之一波片分別用于將入射光轉(zhuǎn)變成線偏振光和圓偏振光;

鏡片上貼著的四分之一波片、反射偏振片和偏振片,則分別用于產(chǎn)生不同的偏振光、透射或反射不同的偏振光、過濾雜光確保線偏振光出射等。

相比雙片式和多片式等方案,單片式更容易在重影、光損和視場角等Pancake光學(xué)方案的“天然瓶頸”中取得突破。

然而與之相對,面對雙片和多片式在清晰度和總厚度方面取得的優(yōu)勢,單片式Pancake光學(xué)方案也必須想辦法做出改變。

從整體方案來看,PICO 4采用了“揚長”“補短”兩種方式,去進一步擴大單片式Pancake光學(xué)方案帶來的優(yōu)勢,并想辦法改善了厚度等問題。

一方面是揚長,盡可能將單片式Pancake光學(xué)方案的自身優(yōu)勢發(fā)揮出來,包括更大的視場角(105°)、更高的MTF值等。

△PICO 4(左)比PICO Neo3(右)視場角更大

MTF(模量傳遞函數(shù)),用于評估鏡頭明銳度的數(shù)值,能反映光學(xué)鏡頭的解析力。與分辨率不同,明銳度反映的是圖像的亮暗細節(jié)、微小色彩變化和鮮明反差度等。

提升MTF值的關(guān)鍵,在于高精密度的貼膜。這其中最難控制良率、成本最高的一環(huán),又要屬反射偏振片的貼膜。原理上來看,偏振光在反射偏振片處產(chǎn)生反射時,膜材有任何一點瑕疵都會被放大。

這種情況下,只有在貼合時實現(xiàn)更小的波度(waviness,用于衡量物體表面粗糙程度)、更平整的表面,才能確保Pancake光學(xué)方案的視覺效果得到進一步提升。

PICO 4對于Pancake光學(xué)方案的設(shè)計進行了改良,包括優(yōu)化材料疊層結(jié)構(gòu)、改進貼合工藝、完善檢測流程等,最終比Neo3提升了85.7%的光學(xué)鏡頭解析力。

另一方面是補短,即如何基于這些年的技術(shù)積淀,圍繞單片式Pancake光學(xué)方案改善視覺效果、降低VR設(shè)備主體的厚度。

視覺效果上,主要實現(xiàn)了更大甜蜜點設(shè)計和亮度均一性優(yōu)化等。

更大的甜蜜點(Eye box)設(shè)計即改進VR光學(xué)設(shè)計,增加人眼接收到的清晰3D圖像體積成像。

這樣,即便頭顯的位置因為人身體的運動造成位移,只要甜蜜點足夠大,人眼所看到的畫面就可以清晰不模糊。

此外還有針對亮度均一性的優(yōu)化,確保人眼接收到的成像質(zhì)量更高……

△PICO 4(左)亮度均一性與PICO Neo3(右)對比

厚度降低上,則主要采用了電池倉后置的前后平衡設(shè)計、縮緊整體設(shè)備結(jié)構(gòu)的設(shè)計等。

具體來說,則是將VR設(shè)備核心的電池部分放到后腦勺佩戴,并進一步降低對頸椎的壓力。

除了延續(xù)PICO Neo3的前后平衡設(shè)計,PICO 4在重量上進行了更細節(jié)的優(yōu)化,前端重量從395g降低到295g,后端重量基本不變,對下班回家玩VR的打工人更友好了。

事實上,如果回溯PICO在Pancake光學(xué)方案上的布局,會發(fā)現(xiàn)無論是Pancake折疊光路設(shè)計本身,還是前后平衡設(shè)計等方案,也并非今年“一蹴而就”的技術(shù)。

早在2020年,PICO就推出了PICO X1 Glasses VR,而前后平衡設(shè)計更是在PICO Neo2就有的方案,而Meta在Quest 2上還是電池倉前置設(shè)計,直到新發(fā)布的Quest Pro,才采用前后平衡設(shè)計。

這背后除了PICO自身的技術(shù)積淀,一方面離不開背后的技術(shù)洞察力和內(nèi)容生態(tài)實力,包括基于當(dāng)前大火的居家健身場景,迅速在短時間將VR健身應(yīng)用數(shù)量擴展到50余個,以及在工藝制造上,迅速研發(fā)出將某項技術(shù)快速落地量產(chǎn)的能力。

像Pancake這樣幾年前就出現(xiàn)的光學(xué)技術(shù),PICO正是從一開始就把握住了這個方向,通過不斷降低量產(chǎn)難度、提升工藝水平,才讓這項技術(shù)最終得以落地,并在PICO 4上給用戶帶來更好的體驗。

另一方面則是對技術(shù)的預(yù)判能力。當(dāng)前已成為業(yè)界普遍路線的VR一體機技術(shù),在當(dāng)年VR盒子乃至PC VR盛行時還未見端倪,PICO卻相信VR一體機將成為未來VR產(chǎn)品形態(tài)主流趨勢,在業(yè)內(nèi)率先發(fā)布了VR一體機形態(tài)產(chǎn)品。

如今,面對PICO 4上已經(jīng)搭載的Pancake方案,PICO仍不準(zhǔn)備停下自己的腳步。

據(jù)PICO介紹,他們接下來計劃繼續(xù)提升Pancake的光學(xué)效率、開發(fā)更精良的貼膜技術(shù),以及研究多片式Pancake光學(xué)方案等,希望能做出更好用的VR眼鏡。

總之目標(biāo)也很明確,讓更多人用得上、用得好,用得開心。

VR新趨勢下,如何選擇產(chǎn)品?

毫無疑問,新技術(shù)帶來新體驗,VR產(chǎn)品也開始成為越來越多人新奇科技體驗的首選。

隨著Pancake技術(shù)趨于成熟,從堅持VR賽道的Meta和PICO,到內(nèi)容生態(tài)巨頭索尼,再到互聯(lián)網(wǎng)科技大廠蘋果谷歌,全都在押寶Pancake光學(xué)方案,如今各家紙面實力似乎也都很強。

但問題是,在一個技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品迭代都處于“混戰(zhàn)”的時期,選擇什么樣的VR產(chǎn)品,對個人消費選擇來說最有譜?

或許標(biāo)準(zhǔn)答案還很難給,但至少可以從三個維度參考:

一是技術(shù)。

二是內(nèi)容生態(tài)。

三是用戶使用量。

首先得有技術(shù)上的保障,這其中又細分為兩個層面。

第一層保障是技術(shù)力本身。

今年也是VR前沿技術(shù)爆發(fā)式落地的一年。除了硬件光學(xué)上的Pancake技術(shù),還有交互感知上最新的手勢識別、面部追蹤、眼球追蹤等技術(shù),乃至與外界交互時的彩色透視技術(shù)等。這些是否應(yīng)用到最新產(chǎn)品上,都是決定產(chǎn)品是否有技術(shù)保障力的關(guān)鍵。

然而相比第一層前沿技術(shù)本身,更重要的第二層保障在于將技術(shù)推向平民化、大眾化的能力。

換而言之,便是降低技術(shù)使用門檻、實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)的能力,而這也是決定用戶是否購買一款電子消費產(chǎn)品的關(guān)鍵所在。

例如Meta最新的Quest Pro雖然一經(jīng)發(fā)布就吸引了不少目光,上述Pancake技術(shù)、手勢識別和面部追蹤等能力一樣不少,從技術(shù)力來說確實“夠硬”。

BUT,看到1500美元(超過10000元人民幣)這個價格,你還會心動嗎?

此外內(nèi)容生態(tài),也是重要一環(huán)。

對于VR產(chǎn)品而言,持續(xù)、吸引人的內(nèi)容同樣是具備關(guān)鍵競爭力的體現(xiàn)。

這方面國內(nèi)外的思路又略有差異,國外的VR應(yīng)用除了娛樂外,更大的目標(biāo)方向集中在辦公場景上,例如小扎天天宣傳的在元宇宙里“開會辦公”,甚至大有取代一系列現(xiàn)有移動平臺的架勢,本質(zhì)上是基于國外遠程辦公的趨勢去布局應(yīng)用的結(jié)果。

相比之下,國內(nèi)大部分用戶目前購買VR還是出于休閑娛樂的考慮,這其中不僅有視頻內(nèi)容上的需求,如看電影、蹲點虛擬主播的直播、甚至在VR中看真人線上演唱會、乃至于“沉浸式”體驗世界杯等。

此外,運動健身也是國內(nèi)用戶的新需求,包括室內(nèi)瑜伽和“虛擬教練”等;更進一步地,還有用戶開發(fā)出了用VR進行內(nèi)容創(chuàng)作的“新技能”,前段時間在社交媒體上爆火的《你的名字》3D場景繪畫,就是基于VR創(chuàng)作的。

除了對國內(nèi)外市場差異化需求的把握,處于發(fā)展初期階段的VR生態(tài),也更看重品牌對生態(tài)的扶持和帶動能力。

在用戶數(shù)量明顯不能夠形成對開發(fā)者自然吸引力的情況下,品牌是否可以在自制內(nèi)容、扶持計劃、大IP合作等方面持續(xù)發(fā)力,先對用戶進行生態(tài)進行“補貼”,吸引開發(fā)者一起把生態(tài)的蛋糕做大,也成為一個重要因素。

這些動作都需要有著長期投入的決心和行動,從這個角度看,相比于當(dāng)下很多只能all in在硬件上的“VR小廠”或“VR創(chuàng)企”,Meta和PICO這類VR頭部品牌,顯然更具備跨越VR生態(tài)競爭這道高門檻的實力。

最后,還需要關(guān)注用戶層面的數(shù)據(jù):直觀的出貨量、銷量、使用時長、體驗反饋等等。

道理也很簡單,大眾電子消費品,特別還是前沿技術(shù)落地進程中的電子消費品,怕就怕小眾。

一方面,賣得好賣得多的產(chǎn)品,銷量本身就是認可,例如根據(jù)IDC 最新報告顯示,2021年全年全球AR/VR頭顯出貨量達1123萬臺,同比增長92.1%,其中VR頭顯出貨量達1095萬臺,就已經(jīng)突破了年出貨量一千萬臺的行業(yè)重要拐點。

另一方面,硬件有了量上的積累,軟件和內(nèi)容生態(tài)上才會得到持續(xù)的作用力,接著才會源源不斷提供更多更豐富的體驗和內(nèi)容,就像蘋果手機和iOS生態(tài)一樣。

最后,作為前沿技術(shù)落地的電子消費品,越多人用就會提供更多維度和更大數(shù)據(jù)上的反饋,迭代也才有基礎(chǔ)性保障——而且出貨量大的玩家,也不容易中道崩殂,長尾服務(wù)上有保障。

回顧當(dāng)年智能手機混戰(zhàn),最終留下來的仍然是服務(wù)體驗優(yōu)化、內(nèi)容生態(tài)穩(wěn)固的公司。即使期間出過一些曇花一現(xiàn)的品牌,在沒有持續(xù)技術(shù)投入和生態(tài)構(gòu)建的情況下,最終銷聲匿跡,對用戶而言得不償失。

對于VR而言同樣如此。

作為一個大眾級電子消費產(chǎn)品,雖然當(dāng)前階段尚屬“小眾”,但隨著越多人用,內(nèi)容供應(yīng)也會變得越來越多,體驗優(yōu)化也會在跟進中越變越好,會逐步成為主流和大眾。

你同意嗎?體驗過最新“煎餅”加持的VR產(chǎn)品了嗎?

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