Meta表示其与VR硬件的最终目标是制造舒适、紧凑的头显，并实现“与现实无法区分”的视觉完整性。今天，该公司公布了其最新的VR头显原型，它们被认为是朝着这一目标迈出的步骤。

Meta毫不掩饰地表示，它在XR方面投入了数百亿美元的资金，其中大部分通过其Reality Labs Research分部进行长期研发。为了让人们了解这些资金实际上取得的成果，该公司邀请了一群媒体参观其在VR硬件研发方面的最新成就。

达到标准
首先，Meta首席执行官马克·扎克伯格与Reality Labs首席科学家迈克尔·阿布拉什共同发表讲话，解释称该公司的最终目标是构建满足视觉要求的VR硬件，以被你的视觉系统接受为“真实”。
虽然VR头显目前具有令人印象深刻的沉浸感，但毫无疑问你所看到的仍然是虚拟的。
在Meta的Reality Labs Research分部，该公司使用“视觉图灵测试”一词来代表需要达到的标准，以使你的视觉系统相信头显内的内容实际上是真实存在的。该概念借鉴了类似的概念，即人类能够区分人类和人工智能之间差异的点。
为了完全让你的视觉系统相信头显内的内容实际上是真实存在的，Meta表示你需要一款能够通过“视觉图灵测试”的头显。
四个挑战
扎克伯格和阿布拉什概述了他们认为VR头显需要解决的四个关键视觉挑战，以通过视觉图灵测试：可变焦、畸变、视网膜分辨率和HDR。
简要来说，它们的含义如下：

可变焦：能够对虚拟场景的任意深度进行聚焦，包括眼睛的必要聚焦功能（凝视和调节）
畸变：透镜固有地扭曲通过它们的光线，往往会产生色彩分离和瞳孔游动等现象，使透镜的存在明显。
视网膜分辨率：显示器具有足够的分辨率，以满足或超过人眼的分辨能力，以便不会出现基础像素的证据。
HDR：也称为高动态范围，描述了我们在真实世界中体验到的黑暗和亮度范围（几乎没有一种显示器能够正确模拟）。

Reality Labs的显示系统研究团队已经建立了一系列概念验证的原型，来解决这些挑战。
可变焦
图片由Meta提供
为了解决可变焦问题，该团队开发了一系列名为“Half Dome”的原型，首先尝试了使用机械移动显示器来改变显示器和透镜之间的距离，从而改变图像的焦深。后来，团队转向了固态电子系统，结果得到了更紧凑、可靠和静音的可变焦光学元件。如果你想了解更多详情，我们在这里对这些Half Dome原型进行了更详细的报道。
针对透镜的虚拟现实
至于畸变问题，阿布拉什解释称，对透镜设计和畸变校正算法进行试验是一项繁琐的过程。他说，新型透镜无法快速制造，并且一旦制造出来，仍然需要仔细集成到头显中。
为了使显示系统研究团队能够更快地解决这个问题，该团队构建了一个“畸变模拟器”，它实际上是使用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）。
图片由Meta提供
这样做使得团队能够更快地迭代解决这个问题，其中关键的挑战是在眼睛移动时动态校正透镜的畸变，而不仅仅是校正眼睛注视时所看到的内容。镜头的即时中心位置。
视网膜分辨率
图片提供：Meta
在视网膜分辨率方面，Meta展示了一个以前未曾见过的头盔原型，名为Butterscotch，公司表示其实现了60像素每度的视网膜分辨率，使得视力达到了20/20。为了实现这一目标，他们使用了极高像素密度的显示器，并减小了视野范围，以将像素集中在较小的区域上，大约只有Quest 2视野的一半大小。该公司还表示开发了一种“混合镜片”，可以“完全解析”增加的分辨率，并分享了原始Rift、Quest 2和Butterscotch原型之间的透过镜片比较结果。
图片提供：Meta
虽然当今已经有一些头盔可以提供视网膜级别的分辨率，比如Varjo的VR-3头盔，但只有视野中间的一个小区域（27°×27°）达到了60 PPD的标准…而在该区域之外，分辨率下降到30 PPD或更低。据推测，Meta的Butterscotch原型在整个视野范围内均拥有60 PPD，但该公司并未解释镜片边缘的分辨率降低程度。
继续阅读第2页：高动态范围，缩小尺寸 »

高动态范围
扎克伯格表示，他和阿卜拉什总结的四个关键挑战中，“最重要的是高动态范围”。
为了证明高动态范围对虚拟现实体验的影响，显示系统研究团队制作了另一个原型，名为Starburst。据Meta称，它是第一个可以达到惊人的20,000尼特亮度的虚拟现实头盔原型（“就我们所知”）。
图片提供：Meta
然而，高动态范围的目标并不是为了刺激眼睛，而是为了给那些在现实中明亮得惊人的事物以逼真的亮度。例如火焰、爆炸、烟花，甚至是无云天的窗户上的明亮反射。所有这些在现实生活中似乎都会“突显”出来，因为它们比周围的世界要亮得多。能够在虚拟现实中复制这种明亮的“突显”对于通过视觉图灵测试至关重要，Meta表示。
以Quest 2的显示器最大亮度为例，为100尼特，而高端HDR电视的亮度达到约2,000尼特。这意味着Starburst原型可以产生比一些最好的HDR电视亮度高10倍的亮度范围。
预计索尼即将推出的PlayStation VR 2将成为第一个商用可用的高动态范围虚拟现实头盔，但“高动态范围”并没有确切的定义，因此无法确定其是否能够达到1,000尼特，更不用说2,000尼特了。
缩小尺寸
图片提供：Meta
尽管公司的许多原型虚拟现实头盔为了验证这些基本理念而牺牲了重量和尺寸，Meta公司也致力于大幅缩小虚拟现实头盔的外形尺寸。为此，该公司将其概念验证的全息折叠光学研究转化为一款真正的工作虚拟现实头盔，名为Holocake 2。
这款令人印象深刻的紧凑原型解决了当代虚拟现实头盔的两个最大尺寸限制：光学路径的长度和镜片的宽度。
为了让虚拟现实头盔中的镜片发挥作用，它们必须与显示器保持一定距离。如果你将它们靠得太近，图像就无法正确聚焦。但是使用“薄煎饼”光学器件（也称为“折叠”光学器件），通过使用偏振将光线在达到眼睛之前来回折射，有效地缩小了镜片与显示器之间的距离。
当你缩小这个距离时，你会发现镜片的厚度实际上进一步限制了你可以将显示器放近眼睛的距离。因此，Holocake 2原型使用了显著比传统镜片薄的全息镜片。
这些本质上是薄全息膜，其中嵌入了传统镜片的全息图。尽管它们很薄，但它们的光学效果与其模型的更厚的镜片类似。
图片提供：Meta
全息镜片和薄煎饼光学（即“全息蛋糕”）的结合是关键。造就Holocake 2如此紧凑的关键在于全息镜片的创新设计。Meta称：“全息光学是减小形状因素的独特途径，代表了虚拟现实显示系统的重要进步。这是我们首次尝试利用全息光学实现功能齐全的头戴显示器，我们相信头戴显示器的进一步微型化是可能的。”
但是，由于Holocake 2是一款需连接电脑的头戴设备，为了实现独立设备的形态，还需要额外的计算和电池部分增加体积。而且，Meta表示，Holocake 2需要激光光源才能使全息光学发挥良好，但它们目前的尺寸和成本尚不足以在实际产品中实用化。
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寒武纪时代
Meta提供的图片
这是对VR硬件未来发展方向的一个令人兴奋的展望，但Meta即将推出的VR头戴设备——Project Cambria，是否能真正实现所有概念的融合呢？
不幸的是，公司表示，这里展示的大部分技术离成熟商用还有很长的路要走。考虑到Project Cambria预计在今年推出，Meta没有足够的时间将所有这些技术商业化。尽管看起来Cambria将采用折叠光学（尽管不是全息折叠光学）来使设备更加紧凑，但想看到类似Holocake 2的产品上市还需要一段时间。