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本科學(xué)技術(shù)的邊疆政策

自從oculus和htc各自發(fā)表了自己獨(dú)特的虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡以來(lái)，虛擬現(xiàn)實(shí)( vr )技術(shù)備受關(guān)注。 vr被認(rèn)為是下一個(gè)科學(xué)技術(shù)的風(fēng)口。 這個(gè)時(shí)候，美國(guó)神秘的創(chuàng)業(yè)企業(yè)magic leap橫空誕生了，雖然所謂的ar眼鏡沒(méi)有發(fā)售，只是在youtube上公開(kāi)了多個(gè)視頻，但是他們可以獲得十幾億美元的投資。

雖然是magic leap展示的混合現(xiàn)實(shí)視頻，但這家在成立6年獲得巨額投資的創(chuàng)業(yè)企業(yè)卻很神秘，除了一些震撼性的合成視頻外，幾乎沒(méi)有公開(kāi)過(guò)。 如果不是今年4月科技雜志《在線(xiàn)》原主編凱文·凱利的采訪(fǎng)，我們幾乎不可能知道幻燈片的工作原理。 這次深入的采訪(fǎng)聯(lián)系了magic leap今年提交的幾項(xiàng)專(zhuān)利，我們可以一覽這家神秘企業(yè)背后的黑科技。

幻燈片說(shuō)的mr和ar的區(qū)別是什么

magic leap主張開(kāi)發(fā)了混合現(xiàn)實(shí)( mr )技術(shù)。 該技術(shù)通常被稱(chēng)為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)( ar )技術(shù)。 與vr的完全密閉型體驗(yàn)不同，將圖像投影到透明鏡頭前，與現(xiàn)實(shí)世界混合，因此被稱(chēng)為混合現(xiàn)實(shí)。 混合現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)一樣被視為虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)施方式。

迄今為止，谷歌和微軟兩家公司率先推出了谷歌玻璃和霍爾倫斯兩種ar顯示設(shè)備。 谷歌眼鏡使用一組棱鏡系統(tǒng)，將圖像投影在兩個(gè)棱鏡的界面上。 請(qǐng)注意，客戶(hù)需要將視線(xiàn)轉(zhuǎn)移到棱鏡上。 hololens是將圖像直接投影到前置鏡頭上的東西，類(lèi)似于汽車(chē)新的顯示技術(shù)hud (平視顯示器)。 這是飛行員使用的技術(shù)。

從谷歌玻璃業(yè)務(wù)原理曝光的專(zhuān)利圖像來(lái)看，幻燈片的原理與谷歌和微軟的方案有很大不同。 如果說(shuō)ar在現(xiàn)實(shí)世界中重疊了半透明圖像，那么mr技術(shù)就重疊了不透明圖像。 簡(jiǎn)單地說(shuō)，圖像可以和實(shí)際物體相互遮擋。

ar技術(shù)看起來(lái)像給實(shí)際物體貼上了半透明的標(biāo)簽。 mr技術(shù)是構(gòu)建虛擬物體的，客戶(hù)甚至難以區(qū)分它和實(shí)際物體。 如果虛擬物體在實(shí)際物體的后面，就會(huì)被遮擋。

mr技術(shù)要求機(jī)器對(duì)客戶(hù)所在的場(chǎng)景進(jìn)行3d建模，能夠?qū)崟r(shí)解決實(shí)際物距和虛擬物體的景深問(wèn)題。 這比只向現(xiàn)實(shí)世界添加2d虛擬映像的過(guò)程要多得多，也不復(fù)雜。

另外，magic leap生成現(xiàn)實(shí)世界的3d光場(chǎng)，人眼看到的物體與實(shí)際的3d物體相同。 hololens、其他vr產(chǎn)品以及我們常見(jiàn)的3d電影都是利用雙眼視差構(gòu)建的偽3d圖像。

幻燈片如何構(gòu)建虛擬世界

magic leap與以往的ar、vr技術(shù)完全不同，可以說(shuō)是獨(dú)特的技術(shù)體系。

在輸出光源方面，幻燈片和其前輩谷歌玻璃、霍爾倫斯完全不同。 google glass和hololens都使用了類(lèi)似投影機(jī)的原理，在背光前加上液晶面板掩膜進(jìn)行投影，使用的是普通的白色光。 另一方面，幻燈片采用了激光束投影，成像是利用多種顏色的光進(jìn)行的合成。

從今年4月雜志《在線(xiàn)》秘密訪(fǎng)問(wèn)幻燈片的照片來(lái)看，這家企業(yè)的ar眼鏡需要用光纖將多色激光發(fā)出的光導(dǎo)入鏡片，看起來(lái)相當(dāng)酷。

幻燈片不是以激光為光源直接將激光導(dǎo)出的光成像，而是需要用可掃描的光纖實(shí)現(xiàn)。 其原理與已經(jīng)廢除的crt顯示器相似。 crt顯示器是用顯像管發(fā)出的電子束激勵(lì)熒光屏顯示圖像，顯像管中的磁場(chǎng)控制著電子束掃描的方向。

crt的顯示原理是在掃描光纖的過(guò)程中，電子束被改為光纖頭，光纖頭可以直接發(fā)射光。 但是掃描是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？ 要知道，光纖相當(dāng)于細(xì)線(xiàn)的大小，很難將掃描精度控制在1毫米的范圍內(nèi)。 幸運(yùn)的是，有一種叫做壓電晶體的材料。 如果在這個(gè)材料的兩端施加電壓，這個(gè)材料就會(huì)伸縮。 伸縮的比例大小與電壓成正比。 將光纖頭緊貼在這種材料上，可以實(shí)現(xiàn)1mm見(jiàn)方空之間的控制。

雖然用光纖掃描單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)的光纖頭掃描的圖像小，但是通過(guò)掃描光纖前部的放大透鏡組，能夠生成遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光纖數(shù)值孔徑的圖像。 如下圖所示。

掃描光纖如何顯示圖像通過(guò)掃描光纖生成的圖像下一步將被發(fā)送到光子場(chǎng)芯片。 它是整個(gè)幻燈片技術(shù)的核心，難怪企業(yè)創(chuàng)始人在接受《在線(xiàn)》采訪(fǎng)時(shí)也自豪地展示了類(lèi)似玻璃眼鏡鏡片的東西。 稍微了解物理知識(shí)的人可以推測(cè)這個(gè)鏡片可能是非常特殊的衍射光柵。

衍射光柵的作用是重新定位光在空之間的分布。 例如，一束激光本來(lái)照射到壁面上的是光斑，但通過(guò)光柵后會(huì)分散在空之間形成衍射條紋。

衍射光柵對(duì)光場(chǎng)的再分布光子光場(chǎng)芯片的作用是使掃描光纖射出的光纖折射人眼。 但是，光子場(chǎng)芯片不是普通的衍射光柵。 普通衍射光柵是不可控制的，如果入射光的波長(zhǎng)明確，光柵就不能任意調(diào)制光。 此外，光幕對(duì)一種顏色的光有效，而對(duì)另一種顏色的光則需要更改才能獲得相同的效果。 )紅光通過(guò)衍射光柵后條紋分布稀疏，藍(lán)光通過(guò)衍射光柵后條紋分布密集。 為了和紅光條紋一樣稀疏，必須更換光柵。 ）

magic leap創(chuàng)始人rony abovitz的神秘光子場(chǎng)芯片magic leap的這個(gè)神奇透鏡為了控制不同顏色的光，必須根據(jù)入射光的變化隨時(shí)變化，一方面解決多束光

另外，為了使光纖不遮擋現(xiàn)實(shí)物體，需要從透鏡的側(cè)面導(dǎo)入入射光，意味著該光會(huì)彎曲90度，因此光子場(chǎng)芯片的芯片設(shè)計(jì)變得非常困難。

目前，從光子場(chǎng)芯片的側(cè)面入射光進(jìn)行調(diào)制，我們對(duì)該芯片的具體原理還不太清楚。 根據(jù)以上推測(cè)，光子場(chǎng)芯片可以實(shí)時(shí)控制入射光線(xiàn)的分布，通過(guò)這樣的光線(xiàn)變化，構(gòu)建立體的光場(chǎng)，生成3d的混合現(xiàn)實(shí)圖像。

幻燈片小型化面臨的困難

首先是光源的小型化。 幻燈片為了實(shí)現(xiàn)實(shí)際物體的再現(xiàn)，需要使用多種顏色的光源進(jìn)行圖像合成，并且需要保證激光提供的光的強(qiáng)度與反射自然光的物體充分混合。 即使只采用3種顏色的激光，重量也不容小覷。 從《在線(xiàn)》雜志曝光的照片來(lái)看，幻燈片目前采用的激光應(yīng)該在實(shí)驗(yàn)臺(tái)外面，體積不小。

其次是圖像計(jì)算芯片的小型化。 目前市場(chǎng)上的vr和ar產(chǎn)品使用雙目視差來(lái)表示3d圖像，而幻燈片渲染的圖像是實(shí)際的3d圖像。 以htc vive和oculus rift為例，兩種vr眼鏡都需要采用目前的nvidia顯卡，手機(jī)芯片內(nèi)的gpu足以提供入門(mén)級(jí)vr的性能。 另一方面，幻燈片專(zhuān)利文件所示的分辨率為4k，不僅遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)手機(jī)vr的分辨率，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于pc級(jí)vr。

然后是移動(dòng)設(shè)備的痛點(diǎn)電池。 起初，谷歌眼鏡只能提供簡(jiǎn)單的2d圖像投影和拍照功能，續(xù)航時(shí)間只有幾個(gè)小時(shí)。 幻燈片的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于谷歌眼鏡。 為了提供光源和計(jì)算芯片的能量，電池容量至少必須達(dá)到與高端智能手機(jī)相似的水平，現(xiàn)有手環(huán)等可穿戴設(shè)備的小容量電池應(yīng)該不足以長(zhǎng)期驅(qū)動(dòng)幻燈片眼鏡。 加大電池增加產(chǎn)品重力，已有客戶(hù)對(duì)微軟holelens的500多克重量不滿(mǎn)。 幻燈片對(duì)穿著舒適起著重要的作用。