Meta Reality Labs DSR
Meta

無論是 VR 的硬體技術,還是元宇宙的軟體應用,Meta 都走在了當前業界的最前線。但是顯然 VR 技術 —— 特別是硬體技術 —— 的開發目前已經面臨了瓶頸,想要將 VR 推向更廣大的群眾的話,勢必要經過一次大革新。在這部份,Meta Reality Labs Research 旗下的 Display System Research(DSR)團隊這幾年來不斷地進行嘗試,已經將五個方面的技術推進到了接近實用化的領域,希望能盡快將新世代的 VR 頭戴裝置實用化。

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Meta CEO Mark Zuckerberg 認為,VR 技術的未來在於幾可亂真的 VR 畫面表現,並且稱其為「通過視覺圖靈測試」,也就是說要讓佩戴者無法分清頭戴畫面的裝置與現實的不同。為了達到這個目的,DSR 選擇的四個領域為對焦、解析度、HDR 及輕型化,並且展示了目前四個方面的原型裝置。DSR 稱這些原型機為「時光機」,因為雖然它們不是可以上市的成品,但卻可以讓工程師們一窺未來產品的可能性呢。

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DSR 進行的第一個研究為「可變對焦(Vari-focus)」鏡片,讓 VR 畫面在三公尺內的物體也能準確對焦。這對於與 VR 世界間的互動格外重要,因為三公尺內算是「身前」,是虛擬的手可以和虛擬物體互動的範圍。可變對焦鏡頭讓使用者對於物體在這範圍內的遠近可以有更直覺的感受,除了能更直覺地操作外,也能減少不適感。

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DSR 在這方面其實已經研究了很長一段時間,早在 2015 年就已經打造了第一個原型機,並且在過去這段時間不停地對其進行改進。可變對焦鏡片系列的原型機代號「Half Dome」,由進行可變對焦鏡頭對舒適度影響的 Half Dome Zero,到擴大視野至 140 度的 Half Dome 1,再到減輕機構達 200g 的 Half Dome 2,最後到將機械組件以液晶取代,更進一步減輕重量的 Half Dome 3,可以看出 Meta 在可變對焦鏡片這方面的技術已經非常成熟了。

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與可變對焦相關的,是在消除變形方面的研究。目前的 VR 裝置在消除變形方面主要是依靠固定式的鏡片來達成,因此常常只有朝向正前方看才是變形最小的,一旦看向視野的角落時變形就會很明顯。在這部份,DSR 開發了專門的變形矯正演算法,可以搭配特製的鏡片、可變對焦機構與眼球追蹤技術,對畫面進行即時的校正。

第二個研究則是在解析度方面。人眼要能看不到構成面板的畫素的話,每度視野的畫素數要達到 60 才行。在這部份,目前的技術限制主要還是在面板本身上,由於 VR 裝置的可視角遠大於手機或電腦螢幕,因此很難達到所需的超高密度。

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Meta 的「Butterscotch」原型機(上圖)以減半可視角的方式,將每度視野推升到了 55,相當接近目標的 60。不過除了原型機又厚又重之外,為了解析度犧牲可視角,也是無法接受的。因此 Butterscotch 更多是讓人體驗超高解析度的 VR 裝置可以達成的效果,但要製作商用化產品的話,要面板技術有所突破才行。

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第三個研究則是在 HDR 方面。由於目前的頭戴 VR 產品很難具備超過 100 nits 的亮度,除了無法模擬強光的環境(例如室外)之外,對於亮部與暗部的對比也無法有效地呈現。為此,DSR 開發了上圖的這個名為「Starburst」的原型機,具備高達 20,000nits 的超高亮度,只是其重量也是非常驚人的,基本上已經無法戴在頭上,要用雙手舉著才行。

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最後一個研究,則是在於鏡片的輕量化上。在這裡 DSR 引用了兩階段的技術 —— 首先,是利用偏振光和特殊的光屈折鏡片,來縮減鏡片的厚度與鏡片間的空間,打造出稱為「Pancake Lens」的光學鏡片組;接著是將 Pancake Lens 的鏡片由全息鏡片(Holographic Lens)所取代,進一步將鏡片組薄形化。這個由 Pancake Lens 和 Holographic Lens 技術組合的產物,DSR 稱之為「Holocake」,可以將頭戴裝置的厚度縮減到一個驚人的程度。

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上圖便是採用 Holocake 技術的原型機「Holocake 2」,這不是個概念產品而已,而是真的能透過連接 PC 來玩大部份 PCVR 遊戲的頭戴裝置。Meta 有信心未來正式推出的產品,可以做到比這個更為輕薄。

Gallery: Meta Reality Labs Mirror Lake Concept | of 4 Photos

  • Meta Reality Labs Mirror Lake Concept
    <p>Meta Reality Labs Mirror Lake Concept</p>
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    <p>Meta Reality Labs Mirror Lake Concept</p>
  • Meta Reality Labs Mirror Lake Concept
    <p>Meta Reality Labs Mirror Lake Concept</p>
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綜合了所有這些技術,DSR 提出了一個可能未來 VR 頭戴產品,代號 Mirror Lake。它將綜合了 Holocake 的薄型鏡片、Vari-focus 可變對焦與眼球追蹤、高解析度的面板、以及高亮度,將 VR 頭戴裝置推進下一個領域。然而就如各位所見的,Mirror Lake 目前只是個 3D 渲染圖而已,這是因為在實現前,依然還有最後的一道難關:電力。

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HDR 技術的引入,對於頭戴裝置的功耗會是很大的負擔,而 DSR 若要同時滿足高解析度與高亮度的需求的話,新型的鐳射技術是唯一解。目前符合需求的鐳射技術是存在的,但在生產技術和成本上,依然還有不短的路要走,而能否將新的鐳射技術商用化,將決定了 Mirror Lake 是否能成真。不過由 DSR 的研究可以看出,現有的 VR 頭戴裝置遠不是當前技術的極限,真正改變一切的產品,離我們僅有一步之遙而已了。

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