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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)實眼鏡以來，虛擬現(xiàn)實( vr )技術(shù)備受關(guān)注。 vr被認(rèn)為是下一個科學(xué)技術(shù)的風(fēng)口。 這個時候，美國神秘的創(chuàng)業(yè)企業(yè)magic leap橫空誕生了，雖然所謂的ar眼鏡沒有發(fā)售，只是在youtube上公開了多個視頻，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，幾乎沒有公開過。 如果不是今年4月科技雜志《在線》原主編凱文·凱利的采訪，我們幾乎不可能知道幻燈片的工作原理。 這次深入的采訪聯(lián)系了magic leap今年提交的幾項專利，我們可以一覽這家神秘企業(yè)背后的黑科技。

幻燈片說的mr和ar的區(qū)別是什么

magic leap主張開發(fā)了混合現(xiàn)實( mr )技術(shù)。 該技術(shù)通常被稱為增強(qiáng)現(xiàn)實( ar )技術(shù)。 與vr的完全密閉型體驗不同，將圖像投影到透明鏡頭前，與現(xiàn)實世界混合，因此被稱為混合現(xiàn)實。 混合現(xiàn)實和增強(qiáng)現(xiàn)實一樣被視為虛擬現(xiàn)實的實施方式。

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)，將圖像投影在兩個棱鏡的界面上。 請注意，客戶需要將視線轉(zhuǎn)移到棱鏡上。 hololens是將圖像直接投影到前置鏡頭上的東西，類似于汽車新的顯示技術(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)原理曝光的專利圖像來看，幻燈片的原理與谷歌和微軟的方案有很大不同。 如果說ar在現(xiàn)實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。 簡單地說，圖像可以和實際物體相互遮擋。

ar技術(shù)看起來像給實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，客戶甚至難以區(qū)分它和實際物體。 如果虛擬物體在實際物體的后面，就會被遮擋。

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

另外，magic leap生成現(xiàn)實世界的3d光場，人眼看到的物體與實際的3d物體相同。 hololens、其他vr產(chǎn)品以及我們常見的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》秘密訪問幻燈片的照片來看，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)出的電子束激勵熒光屏顯示圖像，顯像管中的磁場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。 但是掃描是怎么實現(xiàn)的呢？ 要知道，光纖相當(dāng)于細(xì)線的大小，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。 如果在這個材料的兩端施加電壓，這個材料就會伸縮。 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，可以實現(xiàn)1mm見方空之間的控制。

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掃描光纖生成的圖像下一步將被發(fā)送到光子場芯片。 它是整個幻燈片技術(shù)的核心，難怪企業(yè)創(chuàng)始人在接受《在線》采訪時也自豪地展示了類似玻璃眼鏡鏡片的東西。 稍微了解物理知識的人可以推測這個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，一束激光本來照射到壁面上的是光斑，但通過光柵后會分散在空之間形成衍射條紋。

衍射光柵對光場的再分布光子光場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，如果入射光的波長明確，光柵就不能任意調(diào)制光。 此外，光幕對一種顏色的光有效，而對另一種顏色的光則需要更改才能獲得相同的效果。 )紅光通過衍射光柵后條紋分布稀疏，藍(lán)光通過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的神秘光子場芯片magic leap的這個神奇透鏡為了控制不同顏色的光，必須根據(jù)入射光的變化隨時變化，一方面解決多束光

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

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

幻燈片小型化面臨的困難

首先是光源的小型化。 幻燈片為了實現(xiàn)實際物體的再現(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》雜志曝光的照片來看，幻燈片目前采用的激光應(yīng)該在實驗臺外面，體積不小。

其次是圖像計算芯片的小型化。 目前市場上的vr和ar產(chǎn)品使用雙目視差來表示3d圖像，而幻燈片渲染的圖像是實際的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足以提供入門級vr的性能。 另一方面，幻燈片專利文件所示的分辨率為4k，不僅遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過手機(jī)vr的分辨率，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于pc級vr。

然后是移動設(shè)備的痛點電池。 起初，谷歌眼鏡只能提供簡單的2d圖像投影和拍照功能，續(xù)航時間只有幾個小時。 幻燈片的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于谷歌眼鏡。 為了提供光源和計算芯片的能量，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)該不足以長期驅(qū)動幻燈片眼鏡。 加大電池增加產(chǎn)品重力，已有客戶對微軟holelens的500多克重量不滿。 幻燈片對穿著舒適起著重要的作用。