Meta大秀肌肉，扎克伯格展示多款VR头显原形机

Meta表示，其VR硬件的最终目标是打造一款舒适、轻便的头显，具有“与现实无法区分”的视觉效果。日前，该公司首席执行官马克·扎克伯格展示了最新的VR头显原型，并声称这是朝着这一目标迈进的一步。

Meta已多次公开表示，其在XR领域投入了数百亿美元，而其中大部分将用于Reality Labs部门进行长期研发。显然，为了让大众对这笔钱的实际用途有所了解，该公司邀请了一些媒体来了解团队在VR硬件研发方面的最新成就。

首先，扎克伯格与Reality Labs首席科学家Michael Abrash解释说，该公司的最终目标是构建满足所有视觉要求的VR硬件，可以被用户的大脑视为“真实”。

现在的VR头显确实令人印象深刻，但毫无疑问，你所看到的，依然是虚拟的画面。

在Meta的Reality Labs研究部门内部，他们一直使用术语“视觉图灵测试”来表示需要满足的标准，以使你的视觉系统相信头显内部的东西实际上是真实的。这个概念是从一个类似的概念借来的，该概念表示人类可以区分另一个人和人工智能之间的区别。

为了让你的视觉系统相信头显里面的东西是真实的，所以你需要一个可以通过“视觉图灵测试”的头显。

四大挑战

扎克伯格和Abrash概述了他们认为VR头显在通过视觉图灵测试之前需要解决的四个关键视觉挑战：变焦、畸变、视网膜分辨率和HDR。

简而言之，它们的含义是：

· 变焦：能够聚焦于虚拟场景的任意深度，具备眼睛的两个基本聚焦能力（会聚和调节）

· 畸变：透镜本身会使通过它们的光线产生畸变，这通常会产生诸如色散和瞳孔移动之类的伪影，从而使透镜的存在变得明显。

· 视网膜分辨率：显示器的分辨率足以满足或超过人眼的分辨率，这样就没有潜在像素的迹象

· HDR：也称为高动态范围，它描述了我们在现实世界中体验到的黑暗和亮度范围（目前几乎没有显示器可以正确模拟）。

Reality Labs的显示系统研究团队已经构建了一系列原型，可作为这些问题的潜在解决方案的概念验证。

变焦

为了解决变焦问题，该团队开发了一系列原型，称为“Half Dome”。在该系列中，该公司首先探索了一种变焦设计，该设计使用机械移位显示器来改变显示器与透镜之间的距离，从而改变图像的焦距。后来，该团队转向了固态电子系统，从而使变焦光学系统变得更加紧凑、可靠和静音。

透镜

至于畸变，Abrash解释说，对这些透镜设计特有的透镜设计和畸变校正算法进行试验是一个繁琐的过程。他指出，新型透镜无法快速制造，而一旦制造出来，它们仍然需要小心地集成到头显之中。

为了让显示系统研究团队更快地解决这个问题，该团队构建了一个“畸变模拟器”，它实际上使用3DTV模拟VR头显，并在软件中模拟透镜（及其相应的畸变校正算法）。

这样做使团队能够更快地迭代问题，其中关键的挑战是在眼睛移动时动态校正透镜畸变，而不仅仅是校正眼睛在透镜正中心时看到的伪影。

视网膜分辨率

在视网膜分辨率方面，Meta展示了一款名为“Butterscotch”的头显原型，该公司称其视网膜分辨率为每度60像素，可实现20/20视力。为此，他们使用了像素密度极高的显示器，并将视场缩小到了Quest 2的一半左右，以便将像素集中在更小的范围区域内。该公司表示，它还开发了一种“混合透镜”，这将“完全解决”增加的分辨率。Meta展示了原Rift、Quest 2和Butterscotch原型之间的透镜比较。

虽然现在已经有提供视网膜分辨率的头显——比如Varjo的VR-3，但它只有视野中间的一小块区域 (27° × 27°) 达到了60 PPD水平，而该区域之外的任何画面都会下降到30 PPD或更低。从表面上看，Meta的Butterscotch原型在整个视场中的分辨率都能达到60 PPD，尽管该公司没有解释透镜边缘的分辨率降低到什么程度。

高动态范围

扎克伯格表示，在他和Abbrash概述的四个关键挑战中，“其中最重要的是HDR。”

为了证明HDR对VR体验的影响，显示系统研究团队构建了另一个原型，称为“Starburst”。根据Meta的说法，这是第一款亮度可以达到惊人20000 nit的VR头显原型。

然而，HDR的目标不是让你大吃一惊，而是为现实生活中非常明亮的对象提供真实的亮度。例如火灾、爆炸、烟火，甚至窗户的明亮反光。这些东西比周围的世界要明亮得多。Meta表示，能够在VR中复刻这种现实亮度对于通过视觉图灵测试至关重要。

相比之下，Quest 2的显示屏最大显示亮度为100 nit，而高端HDR电视则为2000 nit左右。这意味着Starburst原型可以实现比市面上一些最好的HDR电视还要高10倍的亮度范围。

虽然索尼即将推出的PSVR 2有望成为首款商用HDR VR头显，但他们对“HDR”的定义并不明确，因此无法确定它是否能够达到1000 nit，更不用说2000 nit。

轻量化

Meta一直致力于缩小VR头显的外形尺寸，从而使佩戴更加舒适。为此，该公司进行了概念验证的全息折叠光学研究，并将其变成了一款名为“Holocake 2”的真实可用的VR头显。

这款令人印象深刻的紧凑原型解决了当代VR头显的两个重要尺寸限制：光路长度和透镜宽度。

为了让VR头显中的透镜发挥作用，它们必须与显示器保持一定距离。如果你将它们移的太近，你将无法正确聚焦图像。但是，利用Pancake光学元件（也称为“折叠”光学元件），通过使用偏振在最终到达眼睛之前将光来回反射，从而实现路径“折叠”，并有效缩短透镜和显示器之间的距离。

当你缩小该距离时，你会看到透镜的厚度实际上进一步限制了显示器与眼睛的距离。为此，Holocake 2原型使用了比传统透镜薄得多的全息透镜。

这本质上是薄的全息薄膜，其中嵌入了传统透镜的全息图。尽管它们很薄，但它们操纵光线的方式类似于它们所建模的较厚透镜。

全息透镜和Pancake光学系统的结合是使Holocake 2如此紧凑的原因。

“创建全息透镜是一种减少外形尺寸的新方法，代表了VR显示系统向前迈出的显著一步。这是我们首次尝试利用全息光学技术开发功能齐全的头显，我们相信头显的进一步小型化是有可能实现的。”Meta说道。

不过，Holocake 2是一款PCVR头显，这意味着它需要一些额外的空间来支持计算和电池组件，从而达到Meta所追求的一体机设置。不幸的是，Meta称Holocake 2还需要激光光源才能使其全息光学元件正常工作，而它们的尺寸或成本也还没有达到实际产品中所需的水平。

Project Cambria

对于VR硬件的未来发展方向来说，这确实是一个激动人心的展望，但Meta即将推出的高端VR头显——Project Cambria——会成为这一切的起点吗？

事实似乎并非如此。该公司表示，这里展示的大部分技术还远远没有准备好。由于Cambria预计将于今年晚些时候推出，Meta没有足够的时间来生产所有这些技术。诚然，Cambria似乎将使用折叠光学元件（尽管不是全息折叠光学元件）来使产品比Quest更紧凑，但我们还需要一段时间才能看到像Holocake 2这样的产品上市。