终极版VR，长这样？！
作者：夏舍予
说起VR（虚拟现实）领域的前沿研究进展，全球最火爆的VR设备供应商Meta，绝对是引领市场风向的存在。
Meta的CEO马克·扎克伯格最近在访谈中透露了Meta在元宇宙领域的最新布局。Meta将于10月推出新的VR头显——Meta Quest Pro。
据悉，该头显的最大亮点是具有面部和眼动跟踪功能，可以让虚拟数字化身进行眼神交流。硬件分析师Brad Lynch认为，Meta Quest Pro将采用经过改进的XR2处理器，较现有的XR2处理器同比性能提升30%。分析师郭明錤预测，Quest Pro将使用单眼2160×2160分辨率的面板。
在访谈中，扎克伯格还谈到了元宇宙社交，他认为，从文字、图像、再到视频，社交媒体的载体正朝着更大的信息容量演变，而下一个能比视频承载更多信息量的载体，就在VR领域。
此前，扎克伯格亲自下场推荐自家的社交平台Horizon Worlds，并发表了一张VR自拍。虽然照片遭到全网群嘲，不过扎克伯格还是为Horizon Worlds带起了一波全网热度。
扎克伯格的VR自拍
近来，Meta在元宇宙领域的动作频繁。今年6月，Meta的VR部门Reality Labs推出了四款VR头显原型机，分别展示未来VR设备的4个关键技术演进方向：高分辨率、高动态范围（HDR）、轻薄外形、降低晕眩感的变焦技术优化。在8月举办的SIGGRAPH大会中，Meta的显示系统开发负责人Douglas Lanman发表演讲，为我们介绍了攻破VR技术瓶颈的十大挑战。
在SIGGRAPH 2022大会上，外媒Auganix的记者Sam Sprigg特别体验了主打HDR功能的VR原型机Starburst。Oculus Quest 2是Meta迄今推出的VR一体机巅峰之作，去年出货量突破千万台，是史上最畅销的VR产品，而Starburst的峰值亮度足足有Quest 2的200倍。
那么，Meta的元宇宙布局究竟是怎样的？Meta的原型机体验起来到底如何？Meta的百亿研发都投入到了哪里？让我们带着这些疑问，一起来看看Meta在VR领域上的最新发展。
为探索四大研究领域
Meta发布四款原型机
今年6月，Meta Reality Labs公布了四款不同技术领域的VR头显原型机。
人权活动专家敦促Meta为元宇宙引入年龄限制:金色财经报道，数十个倡导组织和互联网安全组织呼吁 Meta Corporation 停止允许未成年人进入 Horizo n Worlds metaverse 的计划。该公司于 2 月开始计划向 13 至 17 岁的用户开放其数字世界。目前，该应用程序仅适用于 18 岁。
活动人士认为，在已经处于早期发展阶段的元宇宙中，未成年人可能会面临骚扰和虐待。Meta 必须等待更多关于元宇宙潜在风险的研究，以确保儿童和青少年的安全。[2023/4/14 14:04:55]
Butterscotch探索分辨率技术、Starburst探索HDR技术、Holocake 2探索VR头显的轻薄外形打造技术、Half Dome 系列探索变焦技术。这四款原型机分别代表了Meta在四个VR头显研发领域取得的最新进展。
此前，Meta的CEO马克·扎克伯格曾提出视觉图灵测试（Visual Turing test）的概念。简单来说，视觉图灵测试的考核标准就是虚拟图像能否以假乱真，让人眼无法分辨出虚拟图像与真实图像。扎克伯格表示，视觉图灵测试有两个重点，即照片级真实感和临场感。
不同VR头显分辨率对比
而让图像更加逼真的方法之一，就是尽可能地提升图像的分辨率。为此，Meta研发了原型机Butterscotch，其特点就是具有“视网膜级别”的分辨率。
Butterscotch的PPD达到55，很接近每1度角60像素的“视网膜分辨率”水平，其分辨率是Quest 2的2.5倍，Meta Reality Labs科研部门DSR团队光学科学家Yang Zhao说，Butterscotch的定制透镜模组中，有两个高精度玻璃镜片，镜片的表面质量更高，但也更重。此外，还有一个可衍射光线的特制透镜。玻璃透镜与衍射透镜组合后，即可呈现清晰的图像。
Starburst原型机
Starburst原型机的特点是具备高HDR（高动态范围成像）功能，其背光的最大亮度可达20000nit，是现有VR头显Quest 2的200倍。Meta Reality Labs团队开发Starburst的目的是在虚拟环境中还原完整的室内照明，并探索能让用户实现最佳沉浸体验的理想亮度。
Starburst采用COB LED（常用于车灯上的LED）取代原来的LCD屏幕背光，这在很大程度上提高了LCD的背光亮度，但也产生了更多的热量。因此，Starburst还配备了风扇和3D打印散热底架。但是设备整体比较笨重，且耗电严重。在四项技术中，这项技术离上市的距离最远。
Metallicus成立银行监管与合规专家顾问委员会:金色财经报道，数字资产技术公司Metallicus宣布成立其顾问委员会，该委员会由美国联邦储备局、货币监理署的前高级官员以及在主要金融机构的监管合规和内部审计方面拥有经验的高管组成。（businesswire）[2022/8/5 12:04:36]
Holocake 2原型机
Holocake 2原型机的特点是轻薄，可以提升VR头显的佩戴舒适度。Holocake 2是一款PC VR设备，虽然它的外形轻薄，但是它需要额外的计算和电池组件空间，采取分体式设计。
Half Dome发展史
Half Dome是基于Oculus Rift改造的VR头显原型机，其特点是采用可变焦透镜。从第三代开始，Half Dome的透镜从机械系统升级为电子变焦系统，减少了机械噪音和震动。Half Dome 3有32个可切换的焦点平面。据体验者透露，通过Half Dome的动态变焦玩《Lucky’s Tale》等游戏时，视野里的图像焦点可以根据手柄移动的距离而变化。
Starburst峰值亮度为20000nit
是Quest 2的200倍
在本月举办的计算机图形顶会SIGGRAPH 2022上，外媒Auganix的记者Sam Sprigg特别体验了主打HDR功能的VR原型机Starburst。Oculus Quest 2是Meta迄今推出的VR一体机巅峰之作，去年出货量突破千万台，是史上最畅销的VR产品，而Starburst的峰值亮度足足有Quest 2的200倍。
在展会现场，两台Starburst被挂在一个框架上供参与者体验。Starburst的重量约为2.5公斤，这个数字对于头戴式设备而言，有点太大了。Sam Sprigg说：“它太重了，你无法把它戴在头上，只能把它举到脸前。”并且，Starburst需要大量电力支持其高亮度显示，所以它被固定在了框架上。
两台Starburst被悬挂在一个架子上
Starburst的亮度是用“nit”来衡量的，Sam Sprigg称，室内环境的亮度超过10000nit，而Starburst的峰值亮度为20000nit。而Meta曾表示，Quest 2的峰值亮度约为100nit，Starburst的峰值亮度是Quest 2的200倍。
比特币市值被Meta超越，以太坊市值被阿里巴巴超越:金色财经报道，据 8marketcap 最新数据显示，比特币市值已被 Meta 超越，当前比特币市值约为 5212.9 亿美元，而 Meta 市值为 5396 亿美元。此外，以太坊市值也大幅下跌并被阿里巴巴超越，当前阿里巴巴市值约为 2276.3 亿美元，以太坊市值约为 2267.1 亿美元。值得一提的是，苹果公司因隔夜美股大跌收跌5.18%，遗憾失去全球市值第一宝座，石油巨头沙特阿美超越苹果公司，成为全球市值最高上市公司。[2022/5/12 3:10:08]
而20000nit的峰值也可以在一定程度上解释Starburst的“笨重”。高亮度也会产生高热量，为了散热，Starburst配备了大型的铝散热器。Meta的显示系统研究团队（Display Systems Research，DSR）的研究科学家Nathan Matsuda说，铝散热器至少占了设备重量的50%。此外，设备顶部有一个大型风扇，可以吸收散热器中的热量。
Starburst由36个零部件组成
不过，Starburst的分辨率较低，约为2560x1620像素，比Quest 2略低。不过，这也可以让人接受。因为Starburst主要展示HDR的解决方案，至于高分辨率，那是Butterscotch该探索的方向。
Starburst同时使用彩色和单色LCD（液晶显示器）。Matsuda表示，这是因为单个LCD在低光下的对比度较差，而两个彩色LCD又会吸收大部分光线，降低显示效果。因此，将彩色和单色LCD串联使用，就可以获得最佳的显示效果。
为了专注探索HDR技术，Starburst在画面的刷新率和视野方面做出了妥协。不过，Sam Sprigg称，这种妥协并没有影响Starburst在HDR和亮度方面的表现。
Sam Sprigg“戴着”Starburst
Starburst演示的第一部分就是在虚拟空间设置一个光源，再放置一些球体来显示反射光源。Sam Sprigg称，在10000nit显示范围下，这与Quest 2的体验相同，没有什么特别的地方。
但是，当亮度上升到10000nit时，他能感受到更明显的亮度。展示10000nit光线时，演示切换到了海洋日落景观。太阳穿过云层，光线打在海洋的波浪上，水面波光粼粼。然后，光线上升到了峰值20000nit，画面中有一个虚拟的太阳。Sam Sprigg称，他觉得自己仿佛看到了真实的太阳，因为光线实在太亮了。最后，太阳落山时，海浪发出了微弱的反光。这个演示令人印象深刻。
前 Meta 加密货币项目 Novi 主管加入数字支付公司 Checkout.com:12月17日消息，Meta（前Facebook）加密货币项目高管 Meron Colbeci 近日已离开Meta，加入总部位于英国的数字支付公司 Checkout.com，后者是欧洲最大的私人控股的金融科技公司之一，估值达150亿美元。据悉，Meta内部于上周宣布Colbeci离职的消息，本周Colbeci开始为Checkout.com工作。?
Colbeci于2018年加入Meta，担任产品管理总监，帮助开发Novi加密货币钱包和其他支付项目。Colbeci最近担任Novi的消费产品管理主管，与该部门即将离职的主管David Marcus密切合作。继Marcus上月底宣布将离开Facebook后，Colbeci也宣布离职消息。[2021/12/17 7:46:12]
放置球体测试光源
Sam Sprigg称，他在Starburst中直视20000nit的光源可能跟盯着60瓦灯泡的感觉差不多。但是，VR中的光源距离他的眼睛只有几英寸，这个距离很近。他认为，这种亮度显示可以为用户带来更加真实且富有沉浸感的体验。
但是，Sam Sprigg也指出，功率、热量、外形是限制VR头显发展HDR技术的重要阻碍。他认为，我们可能还需要很长的时间，才能等到能够输出20000nit的成熟上市产品。
困难重重
VR头显面临十大技术挑战
目前Meta虽然在VR头显上已经取得了一些技术进展，但仍然遇到了很多目前无法解决的技术瓶颈。在SIGGRAPH大会的演讲中，Meta显示系统开发负责人Douglas Lanman为我们提供了一些参考方向——要想将VR体验提升到新的高度，目前有十大挑战亟待解决！
谁能率先攻破这些挑战，谁就有望在愈演愈烈的元宇宙硬件入口抢夺赛中，争得先机。
1、分辨率：Meta开发Butterscotch原型机，致力提高分辨率
为了提高用户的沉浸感，让虚拟世界看起来更加逼真、清晰，VR头显必须拥有更高的分辨率。目前的VR头显分辨率离人类视觉水平还非常遥远。
Meta表示，他们的初步目标是实现单眼8K分辨率和60PPD（像素密度）。但是目前Quest 2只达到了单眼2K分辨率和20PPD，距离这一目标还有较远距离。
为了提高VR头显的分辨率，Meta开发了专注探索分辨率的Butterscotch原型机。在这方面，高分辨率显示器的开发和生产并不是难点，难点在于如何为高分辨率显示器配备相应的计算能力。Lanman指出，注视点渲染（Foveated Rendering）和云流送（Cloud streaming）两种技术或许有助于提升计算能力，但是这两种技术本身的研发难度也很大。
CryptoBriefingSimetri的月度精选报告投资回报率超250%:加密资产研究机构CryptoBriefing旗下的付费报告Simetri发布了一周年特别报告，总结分析Simetri过去一年内推荐的项目及代币/交易信号的投资回报率（ROI）情况。基本数据如下：1）12份月度精选报告，其中有8个成功的选择（如THORchain）和4个失败的选择（如Harmony和RSK），总ROI为+251.4％。2）27份B级及以上（长期投资）报告，其中有13份是盈利的，13份是亏损的，1份不赔不赚，总体盈利83.4%。3）35种潜力代币的交易建议（CoinsontheMove），其中有19个盈利的，14个亏损的，2个不赔不赚的，总ROI为+185%。4）14份BTC交易建议（ProBTCTrader），其中4个盈利的，4个亏损的，6个不赔不赚的，总ROI为+31.9%。[2020/6/27]
上面是普通模糊处理的VR效果，下面是注视点渲染技术模糊效果
2、视场角：VR头显视场角比人眼小一倍
人类的平均水平视场角为200度，而目前大多数商用VR头显的水平视场角为100度。这意味着VR头显的视野范围比我们在真实环境中看到的更窄。此外，在垂直视场角方面，VR头显也有改进的余地。
视野越宽，VR头显呈现的像素也越多。这就要求更高的功率和更多的废热（waste heat）。此外，视线范围变宽后，视线范围边缘的图像容易失真。因此，更宽的视线范围需要更好的透镜技术支持。并且，研究人员还要确保镜头和显示器的构建方式不会增加VR头显的外形尺寸。
3、人体工程学（Ergonomics）：VR头显佩戴舒适度不够
目前大多数VR头显都会略显“笨重”，例如Quest 2的重量超过500克，其设备厚度（从面部突出的距离）达8厘米。这样的设备显然不会为用户带来很好的佩戴体验。理想的VR设备应该更轻薄，能让用户舒适地长时间佩戴。
Pancake透镜和全息透镜或许会对减小头显体积有所帮助，目前Meta的Holocake 2原型机正在往此方向探索，但其尚未发展到大规模生产的水平。
“太阳镜”是Holocake 1原型机，透明的是2016年的Oculus Rift
4、视力矫正显示屏：还未找到成本低廉的视力矫正显示屏
更好的VR头显应该具备视觉矫正功能，让用户不必在VR头显下还带着常规眼镜。这个问题可以通过特殊的镜头附件解决，但这不是理想的解决方案。最佳方案是头显的显示器自带视觉矫正功能，这样头显设计师就不再需要考虑适配眼镜等问题。
但挑战就在于，如何才能找到一种制造成本低廉，且不会额外增加头显重量的解决方式呢？
具有视力矫正功能的镜头附件已经存在，但它们并不是理想的解决方案
5、变焦：Meta原型机Half Dome可实现人眼变焦
在自然环境中，为了看清不同距离的画面，人眼可以自然变焦。但在VR头显中，因为人眼与屏幕之间的距离没有改变，所以人眼无法变焦，也无法看清远近景物之间的差别。这其中存在视觉辐辏调节冲突（vergence-accommodation-conflict）问题。所以有时用户会感到眼睛疲劳，甚至出现头痛和呕吐现象。
为了解决这个问题，Meta的研究人员开发了一系列支持“渐进式视觉”（progressive vision）的原型机Half Dome。Half Dome可以模拟不同的焦点平面，呈现出不同的模糊程度，从而帮助人眼在虚拟世界里调整焦距。
瞳孔会随着物体距离变化
6、眼动追踪：难以适配所有人的眼部情况
眼动跟踪是虚拟现实中的一项关键技术。它是众多其他重要VR技术的基础，如变焦、畸变校正等。通过这项技术，用户可以在虚拟世界中实现与其他用户的眼神交流，拥有更加真实的社交体验。
但问题在于，每个人都有不同的瞳孔形状、每个人眼睑和睫毛的生长情况也不同，所以目前眼动追踪技术还无法很好地适配所有用户。因此，Lanman团队将广泛收集更多的用户数据，以此升级眼动追踪技术技术，努力让它与更多人适配。
瞳孔的形状因人而异，这对眼动追踪技术来说是一个挑战
7、畸变校正：Meta研发失真模拟器，加快算法迭代速度
瞳孔的运动会引起图像的失真，进而降低用户的沉浸感，这种现象在配合变焦技术使用时尤其明显。为了开发校正算法，研究人员必须在实物头显上进行调整测试，但生产头显可能会耗费数周甚至数月，这大大拖延了算法的迭代时间。
为了解决这个问题，Meta研究团队开发了一种失真模拟器（distortion simulator）。有了这种模拟器，无需生产测试头显和特殊镜头，研究人员就能测试校正算法。
红色光线未校正，蓝色光线是校正后的结果
8、高动态范围（HDR）：Starburst原型机峰值亮度为20000nit
物理对象和环境的亮度远远高于VR头显，为了解决这个问题，Meta创造了Starburst原型机。Starburst的亮度峰值为20000nit，是现存Quest 2的200倍。
Starburst可以更真实地模拟封闭空间和夜晚的照明状况，让虚拟环境看起来更加真实。不过，目前Starburst很重，并且十分耗能。
Meta认为，HDR对视觉真实感的贡献要大于分辨率和变焦，但这项技术距离实际应用最为遥远。
Starburst原型机特写
9、视觉逼真度（Visual realism）：透视（Passthrough）技术尚不成熟
更好的VR头显应该还能让VR用户与现实世界保持互动。VR头显可以记录真实环境信息并在虚拟现实中显示为视频图像。这种称为“透视”（Passthrough）的技术已经在商用VR头显中实现，但其质量很差。例如，Quest 2提供了一种黑白相间的透视模式，而Meta的即将推出的高端VR头显“Quest Pro”旨在追求更高的分辨率和彩色透视功能。
然而，VR头显尚未实现物理环境的完美重建。透视技术捕捉到的画面视角在空间上与眼睛存在偏差，用户在长时间使用时可能会感到不适。所以，Meta正在研究人工智能辅助的视线合成，该技术能实时生成视角正确的视点，并具有高视觉保真度。
此外，Meta还在研究一种“反向透视”（Reverse Passthrough）功能，该功能可以让现实用户看到VR用户的眼镜和脸部，进而进行眼神交流。但是目前这项技术在视觉上不协调、不自然，还远未为市场做好准备。
左边是一个Oculus Rift，它挡住了VR用户的视线，右侧是早期的反向“透视”原型机
10、面部重建：Meta开展“虚拟化身”项目研究
Meta希望未来人们在虚拟环境中见面就像在现实中一样真实。为此，Meta正在展开了名为虚拟化身（Codec Avatars）的研究项目，该项目致力于为人们在虚拟环境中创建3D数字化身。
目前，VR头显可以实时读取VR用户的面部表情，并将其转移到虚拟现实中。据悉，即将推出的Quest Pro或将成为Meta第一款提供面部跟踪（face-tracking）的设备。
Quest Pro可以识别面部表情并将其传输到VR设备上
结语：Meta的VR技术已有突破
但仍需继续攻克技术难题
Lanman在SIGGRAPH 2022上提出了目前VR头显面临的十大挑战，我们可以从中看到目前Meta取得的进展和尚未解决的问题。Meta发布了四款原型机，目的是解决VR头显在分辨率、变焦、轻薄外形、HDR四个方面的问题。这四款原型机各有所长，在各自领域获得了初步的技术进展。此外，Meta开展了虚拟化身项目助力VR头显的面部重建功能、开发了失真模拟器加速算法迭代。
这些原型机展现了现在Meta在VR单项技术领域能达到的最高水准，但这些技术远远不足以打造出一个成熟的VR头显。目前仍存在一些Meta暂时无法攻克的技术问题。例如VR头显的视场角比人眼更窄、VR头显佩戴的舒适度不够、VR头显还未配备视力矫正功能、VR头显的眼动追踪技术不能适配所有人、VR头显的“透视”技术尚不成熟等等。
细数目前Meta在VR头显上的探索，我们可以发现，Meta已经在VR头显探索的路上走了很长的一段距离。但是，Meta离这条路的终点还很远。目前，VR头显相关的各项技术都在积极开发中，但这些技术还远未成熟，离上市商用还有一段距离。从这个角度来看，VR的爆发潮还很远。
来源：Auganix、Mixed
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