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      誰會成為下一個中國版的“Meta”?
      [ 通信界 | VR陀螺 Pancake | www.sdgj0817.com | 2022/12/18 22:46:05 ]
       

      從 2021 年元宇宙概念爆發以來,Meta all in Metaverse,字節跳動收購 VR 硬件廠商 Pico ,騰訊宣布布局 XR 業務線,蘋果屢傳 VR/AR 新品消息,創維等老玩家不斷加碼......

      海內外大廠利好信號不斷,全球投融資力度持續擴大,從底層供應鏈到虛擬 3D 內容,相關人才需求不斷增長,下一代計算平臺認知不斷增強,消費市場需求增量明顯——VR 產業正在迎來它的“真”黃金發展期。

      承載著核心入口的 VR 硬件,伴隨著時代的發展,也正在發生翻天覆地的變化。值此行業大變革之際,VR 陀螺立足產業宏觀視野,基于行業大勢,認為目前 VR 終端正在經歷第二次里程碑式的變革。

      VR終端的第一個里程碑:

      從PC VR到6DoF VR一體機

      根據 VR 產品的盛行周期和產業趨勢,VR 陀螺將 2014-2015 年劃定為 VR 盒子時代,2016-2019 年劃定為 PC VR 時代,2020-2025 年劃定為 6DoF VR 一體機時代,2025 年之后劃定為VR/AR 融合的 MR 時代。

      拋開未來,VR 產業目前的發展共有三個時間段,兩個產品形態變化的重要節點,但從產品本身來說,不管是 VR 盒子,還是 PC VR,它們都屬于手機和電腦的“周邊配件”。

      圖源:VR陀螺

      它們沒有獨立運算、存儲、電源單元,僅以沉浸式投屏顯示和簡單的 3DoF 交互作為主要賣點,不足以稱為 VR 設備完全體,更不能匹配“下一代計算平臺”的稱號。

      基于此,VR 陀螺認為6DoF  VR 一體機的出現,是VR 終端發展的第一個里程碑。

      因為從 6DoF VR一體機開始,VR 頭顯才真正實現了無線、移動、便攜、全沉浸自由交互以及“消費級”售價這些特點。相比于電腦、智能手機的指尖交互,帶來了更多的可擴展性與差異性。

      目前 6DoF VR一體機已然成為 C 端市場的主流,海外以 Meta Quest 2 為代表,其從 2020 年 Q4 推出以來,迄今為止已賣出超 1000 萬臺。國內 Pico Neo 3 從 2021 年推出以來,作為字節收購 Pico 之后的主推產品,以“補貼”形式正瘋狂“砸”向消費市場,今年的銷售目標超百萬臺,愛奇藝的奇遇 3/Dream 系列等也緊隨其后。

      從 PC VR 到 6DoF VR 一體機產品形態的轉變是 VR 產業發展史中極具歷史意義的一次變革,它是產業鏈和消費市場共同推進下的成果,為構建下一代獨立計算平臺提供了底層技術支撐。

      除了產品形態和交互方式的重大變革,VR 產業光學領域也正在發生一次質的飛躍。

      VR終端的第二個里程碑:

      從菲涅爾到 Pancake

      近眼顯示光學系統作為 VR 頭顯區別于手機、平板和 PC 的核心模塊,主要由顯示器(發光源)+光學透鏡(傳播介質)兩部分構成。

      其中光學透鏡是連接顯示屏和人眼的重要橋梁,它利用光學折射原理,將顯示屏圖像聚焦,并投射于人眼視網膜上,以此實現近距離大屏成像效果。

      目前,VR 頭顯的光學透鏡,主要以菲涅爾透鏡為主,上文提及的 Quest 2、Pico Neo3 和奇遇 3 等皆是該光學方案的代表性產品。

      然而,由于菲涅爾透鏡的光學方案需要將屏幕放置在聚焦透鏡的近焦面處(如下圖左側光路所示,透鏡與發光源/屏幕之間有較長距離),所以導致整個光學模組體積較大,不符合頭戴式 VR 設備的減法進化原則。

      圖源:網絡

      另外,由于菲涅爾透鏡本身單層鏡片的物理性,也導致其虛像易產生畸變,無法調節屈光度等問題,消費市場擴展受限。

      基于此類問題,憑借著 VR 產品體積可進一步縮小,近眼顯示光學功能性可進一步增強,以菲涅爾透鏡為主的光學方案正在全面被 Pancake 光學所取代。

      放眼海外,無論是 Meta 的下一代產品 Cambria / Meta Quest Pro,還是屢屢傳出的蘋果 MR 頭顯,Pancake 光學方案都是它們的核心載體。

      圖源:網絡

      回歸國內視野,華為、創維和 HTC 等皆已推出搭載 Pancake 光學方案的 VR 產品,而 Pico、奇遇等品牌廠商的 Pancake 新品也將于 2022 年陸續亮相,創維還會在今年發布它的第二款 Pancake 產品。

      時代變革的信號,正在席卷整個 VR 光學產業,Pancake 光學方案是這次 VR 頭顯變革的核心。

      時代必然產物——Pancake 光學技術簡析

      Pancake 光學指短焦鏡頭的一種光學方案,它是對于一種折疊式光路的描述,因為其外觀鏡頭軸向較短,呈扁平外觀,所以業內常稱之為“Pancake”(煎薄餅)。

      圖源:網絡?

      Pancake 光學主要依賴光的偏振特性,通過在光學系統內來回反射光,最終投向人眼工作。

      圖源:網絡

      具體來看,在以 OLED 為發光源的 Pancake 光學系統中,來自 OLED 顯示器的圓偏振光,首先經過半透半反鏡(Half Mirror Lens),再通過 1/4 相位延遲片(1/4 λ Retarder),圓偏振光變為線性偏振光,并被反射式偏光片(Reflect Polarizer)反射。

      反射過程中,光線再次通過 1/4 相位延遲片,被半透半反鏡反射,再透過 1/4 相位延遲片、光被線性偏振并從第一次經過后旋轉 90°,最后通過反射式偏光片、第二個鏡頭傳輸到人眼當中。(在上圖中,光學傳輸路徑從上至下看,箭頭標志從藍色到紅色、紅色到綠色、綠色到橙色。)

      在上述光學傳導示意圖中,其中半透半反鏡是非球面凹面鏡,以低失真放大圖像,第二個鏡頭可準確校正任何輕微的圖像失真。

      Pancake 光學方案最大缺點就是光效較低。在上述光學方案中,由于光線需要經過 OLED 外的圓偏振光片(光效降低50%),經過半反射/透射涂層的第一個透鏡(光效再次降低50%),再反射經過半反射/透射涂層的第一個透鏡(光效再次降低50%),最終理論光效僅有原顯示器光效的:0.5×0.5×0.5=12.5%(實際更低)。

      另外 FOV 較小,也是其光學原理帶來的不可避免的折損。如美國光學廠商 Kopin 的 P95 Pancake 光學模組,它采用了兩個塑料材質鏡頭,形成 Pancake 光學方案,并以硅基 OLED 顯示器為襯底,形成高亮度、低成本、小體積的 VR 頭顯光學解決方案。

      實際應用中顯示器和鏡頭之間只有 17 毫米的距離,相對于菲涅爾透鏡 40-50 毫米的距離,大大縮小 VR 頭顯在光學部分的體積占用。不過其 FOV 僅為 95 度,相比菲涅爾透鏡和非球面透鏡的 VR 頭顯 FOV 減少了約 5% 左右。

      圖源:網絡

      事實上,Pancake 光學按照鏡片組合可細分為單片式、兩片式和多片式,由于各家光學廠商針對不同類型發光源、透鏡材質以及光學透鏡排列組合的不同,具體光學方案也略有不同,但主要光學傳輸概念依舊圍繞“折疊式光路”展開。

      譬如,據天眼查顯示,2018 年創維申請的一項名為“緊湊型放大光學模組及系統”的專利(CN208156310U),該專利設計就是典型的 Pancake 光學方案。

      該光學模組包括第一相位延遲片(11)、第一成像透鏡(13)、第二相位延遲片(15)、第二成像透鏡(17)和第一吸收型偏振片(19),第一光學曲面(131),第二光學曲面(133),第三光學曲面(171),第四光學曲面(173)。

      具體光學傳輸路徑如下:

      圖源:天眼查

      專利介紹顯示,該光學模組采用第一成像透鏡和第二成像透鏡對圖像光線進行反射放大,擴大了視場角,并采用反射放大避免因折射而產生光損和光學成像質量較差的問題,采用兩個成像透鏡避免了小曲率半徑引入的邊緣視場像差較大的問題,以及降低了成像透鏡的加工難度。

      目前 VR 產業內暫未看到可進一步全面替代 Pancake 光學方案的具體可行性方案,但 Pancake 也不會是 VR 光學方案的終局,因為它仍有需要進一步完善的地方。VR 陀螺預計該光學方案會影響 VR 產業未來 5-10 年的時間,在此期間,它會承擔消費級 VR 市場普及的重任。

      百家爭鳴時代再臨

      創維VR即將發布第二款Pancake產品

      一項技術的應用落地,需要產業鏈長期的驗證,Pancake 光學亦是如此。早在 2015 年,eMagin 就展示了一個極其緊湊的基于 Pancake 光學的 VR 頭顯原型設計,Kopin 在 2017 年也展示了類似的基于微顯示器的 Pancake 光學設計。

      伴隨著產業鏈的推動,Pancake 正全面下放市場。2019 年,3Glasses 推出第一款基于 Pancake 的消費級 VR 眼鏡 X1,同年華為也正式推出基于 Pancake 光學的消費級產品華為 VR glass ;2021 年, HTC VIVE Flow 上線,arpara 5K 系列開啟眾籌,創維發布分體式 VR S6 Pro......

      得益于元宇宙概念的熱潮,消費需求的增長, 2022 年,將會是 Pancake 光學在 6DoF VR 一體機市場全面爆發的一年。
      接下來即將于 7 月 25 日舉辦發布會的創維成為了現階段關注的重點,不同于大多數剛入產業的 VR 初創企業,創維 VR 作為傳統家電大企業延伸的新業務團隊,一直都在 VR 市場活躍著。

      從 2019 年以來,創維已發布過 4K一體機 V901、2.5K VR一體機 V901C 和 S801、S6 Pro 等多款產品,從 C 端市場到 B 端探索,從菲涅爾透鏡到 Pancake 光學。

      圖源:網絡

      而在本次發布會上,創維將發布它的第二款基于 Pancake 光學方案的 VR 產品,與去年面向 B 端市場的分體式 VR S6 Pro 不同,從早前官方透露的信息來看,本次的 VR 新品將會是基于 Pancake 光學方案的 6DoF VR 一體機。

      并且值得一提的是,創維的新款 VR 還將支持 RGB See-Through 透視模式。本次創維產品的發布,或將“截胡”Cambria,成為全球第一個基于 Pancake 光學方案,支持全彩 See-Through 的消費級 6DoF 一體式 VR 頭顯。

      全彩 See-Through 的加入,將會為 VR 頭顯帶來更多的交互,在兼容 AR 的功能下,未來內容生態也會更加豐富。早前扎克伯格在佩戴 Cambria / Meta Quest Pro 的時候,也展示了全彩 See-Through 的特性,以及 MR 的新鮮玩法。

      圖源:網絡

      據 VR 陀螺獲悉,本次創維的 6DoF VR 一體機在屏幕上將會采用成熟的 Fast-LCD 屏幕,屏幕 PPI 為 1512,在 Pancake 光學下,PPD 將為 25,比 Quest 2 更高。核心配置方面,創維新品 VR 將搭載高通驍龍 XR2 處理器,配以 6GB RAM+128GB ROM。

      基于 Pancake 光學方案的“減體積”特性,據稱創維新款 VR 頭顯的主機重量控制在了 200g 以下(不含電池),相對于傳統采用菲涅爾透鏡的 VR 一體機方案,體積減少了 3/4 左右,更符合人體輕量化長期佩戴法則。

      按照產品的 BOM 成本及目前 VR 市場的行情來看,創維 VR 新品的價格最高可能會在 4000-5000 元之間。

      圖源:網絡

      作為一家有經濟實力、技術底蘊、產品背景的 VR 企業,創維 VR 本次面向消費市場 6DoF VR 一體機值得期待。而這也將成為創維從 B 端行業市場拓展到消費市場的重要抓手。據了解,本次創維除了硬件新品之外,也將帶來更多內容生態方面的消息,一切都將在 7 月 25 日新品發布會上揭曉。

      結語

      從 PC VR 到 6DoF VR 一體機,從非球面透鏡/菲涅爾透鏡到 Pancake 光學,VR 產業的革命正在元宇宙的消費潮中加速進行著。
      2022 年,基于 Pancake 光學的 6DoF VR 一體機將全面爆發,國內市場愈發熱鬧,Pico、創維、愛奇藝等品牌廠商在新的 VR 技術范式下,誰會成為下一個中國版的“Meta”?

       

      1作者:VR陀螺 Pancake 來源:通信界 編輯:顧北

       

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