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蘋果VisionPro的外屏是有裸眼3D效果嗎?怎麽實作的?

2024-01-15數位
*圖為蘋果Vision Pro產品

據公開資料來看,Vision Pro 的顯示外屏確實具有裸眼3D顯示效果。

在蘋果官網我們不難發現 Vision Pro 搭載了 EyeSight 的功能,即「雙向透視」。透過這個功能,使用者可以與外界進行眼神雙向交流,即現實中的人可以透過Vision Pro看到佩戴者的眼睛,反之佩戴者也可以看到現實中的身邊人。

蘋果 Vision Pro 也是全球第一個實作雙向透視的 VST(VR) 眼鏡。

雖然目前還未有關於該項功能的真實使用反饋,但隨著這一技術逐漸曝光和拆解,也使得一個名為「光柵」的光學器件和顯示原理引發了熱議。

Vision Pro外屏Eyesight:采用透鏡光柵技術

蘋果公司技術開發部副總裁 Mike Rockwell 曾作出解釋:「 我們還認真考慮了佩戴 Vision Pro 時如何與他人互動的問題。EyeSight 利用獨特的弧形 OLED 面板和透鏡光柵,將眼睛的正確視角投射到每個註視你的人身上。這就是 3D 顯示器的效果,它讓裝置看起來是透明的。

*Vision Pro外屏上豎向條紋為透鏡光柵結構

而在美國專利商標局(USPTO)已公布的蘋果專利中,就有一項與光柵顯示器有關的授權專利,再次印證了蘋果對這一光學器件的研發與套用。據該專利介紹,光柵顯視器可以在像素陣列上形成透鏡光柵薄膜,實作顯示器的立體效果,使觀看者能夠感知三維影像。

*圖片截自AR圈釋出的蘋果Vision Pro拆解報告

這項專利的名稱也很直觀「Displays With Viewer Tracking」,就是跟隨觀看者視角的顯示系統。這項技術有幾個特點:
1. 基於網路攝影機捕捉確定觀看的角度
2. 觀看者雙眼接收到不同的影像資訊
3. 整個視角細分為14個區,螢幕可以給14個區提供不同的影像
4. 不同視角觀看亮度分布不同,可以是階梯函式或高斯函式分布,可以省電,避免偽影等
5. 每個微棱鏡可覆蓋1-10多個像素大小

光柵是什麽?為什麽可以實作裸眼3D效果?

由大量等寬等間距的平行狹縫構成的光學器件稱為光柵(grating)。一般常用的光柵是在玻璃片上刻出大量平行刻痕制成,刻痕為不透光部份,兩刻痕之間的光滑部份可以透光,相當於一狹縫。

柱鏡光柵則是由一系列平行的柱面透鏡組成的光學元件,每個柱面透鏡都可以看作是一個小的凸透鏡或凹透鏡。當光線經過柱鏡光柵時,每個柱面透鏡都會對光線進行聚焦或發散作用,使得光線在不同的方向上發生繞射,從而達到不同的效果。柱鏡光柵在光譜分析、雷射光束整形、光學測量、以及新型 3D 顯示等領域都有重要的套用。

*圖片截自AR圈釋出的蘋果Vision Pro拆解報告

那柱鏡光柵為什麽可以實作裸眼3D效果呢?這就不得不提我們人眼產生立體視覺的原理了: 雙目視差

人雙眼之間的距離約為 65mm,當雙眼同時觀察同一個物體時,因為兩只眼睛的觀看角度各不相同,獲取到的影像也各不相同,這種左右眼的視覺差異,被稱為雙目視差。我們大腦可以將兩幅視差影像進行融合後形成一幅完整的立體影像,從而得到最真實的立體視覺。

網路上常見的平行眼、市面上的 VR 眼鏡、以及電影院的 3D 眼鏡都是利用了這個原理,即分別為雙眼提供不一樣的視差圖,從而讓我們產生立體視覺。

*圖片截自AR圈釋出的蘋果Vision Pro拆解報告

柱鏡光柵同樣也可以實作這個效果,利用透鏡對光線進行折射,就可以讓光線具有了方向性,從而進行定向控光。我們只需要在顯示面板上加一層透鏡陣列,即可將不同視差圖的光線折射到不同方向,形成多個視點,並分別提供給觀看者的左右眼。根據雙目視差的原理,就能讓觀看者看到具有縱深感的立體影像。

圖為裸眼3D光場屏的顯示原理

光柵技術:廣泛套用於裸眼3D新型顯示

總的來說 Vision Pro 外屏采用的是基於光柵顯示原理的專利技術,而這種特殊的「光柵」結構,除了被套用在 Vision Pro 的外屏,也被廣泛套用於不少 3D 顯示領域的高科技產品。如索尼的裸眼 3D 顯示器 ELF-SR2,Google 的裸眼3D雙向視訊通訊 Project Starline 等等,但這些 3D 顯示產品,均采用網路攝影機進行人眼追蹤來輔助呈現不同角度下的 3D 內容,所以僅支持單人觀看的使用場景。

*圖為Google的Project Starline


值得一提的是,國內一家專註光場顯示技術的企業——臻像科技雖然同樣將這項技術運用在顯示產品中,但與只有14個顯示區域 VisionPro 光柵顯示器不同,臻像科技推出的光場全像屏具有超密集視點分布,在同一塊螢幕上視點分布多達96個,並且無需依賴網路攝影機進行人眼追蹤,就能還原每個角度和方向的真實物體資訊。不僅能讓觀看者在大範圍內觀看到自然流暢的立體畫面,還支持多人多視角同時觀看。

*圖片截自臻像科技在B站釋出的產品多視角展示

這是臻像科技自主研發的高精度柱透鏡光柵結構實作的,透過在空間中構建密集的體像素來重構原始物體的光場分布,呈現出具有真實物理深度的高畫質3D立體內容。臻像光場全像屏透過還原真實光場分布,帶來更自然、舒適的觀看體驗的同時,更匹配使用者的觀看習慣,有效緩解3D頭顯類裝置引起暈動癥。

*圖片截自臻像科技釋出的產品實拍三檢視

與此同時,臻像自研光場全像技術有效彌補了市面裸眼3D顯示裝置存在觀看視角不足、顯示尺寸小、邊緣深度翻轉、深度不足等短板,突破行業技術瓶頸,最高可達100度立體視角和100cm立體深度,真正實作了超大視角、高解析度、大深度的3D顯示效果,產品單項和綜合指標均處於全球領先地位。

當蘋果 Vision Pro 推出 EyeSight 功能來彌補使用者與現實環境的「斷聯」,裸眼3D光場屏則因無需佩戴頭顯裝置,時刻保持了觀看者與外界的溝通和聯系。並且因為支持多觀眾同時沈浸式觀看3D內容,在家庭影院,多人會議、數位化展覽的套用場景都有得天獨厚的優勢。

全球的顯示技術正全面3D化升級,虛擬與現實的邊界也趨於模糊,當更沈浸式的體驗場景正悄然改變人們的生活,比起讓「虛擬」取代「現實」,或許讓「虛擬」和「現實」融洽無間的裸眼3D光場屏,才更接近未來的3D顯示終局。

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