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苹果VisionPro的外屏是有裸眼3D效果吗?怎么实现的?

2024-01-15数码
*图为苹果Vision Pro产品

据公开资料来看,Vision Pro 的显示外屏确实具有裸眼3D显示效果。

在苹果官网我们不难发现 Vision Pro 搭载了 EyeSight 的功能,即「双向透视」。通过这个功能,用户可以与外界进行眼神双向交流,即现实中的人可以通过Vision Pro看到佩戴者的眼睛,反之佩戴者也可以看到现实中的身边人。

苹果 Vision Pro 也是全球首个实现双向透视的 VST(VR) 眼镜。

虽然目前还未有关于该项功能的真实使用反馈,但随着这一技术逐渐曝光和拆解,也使得一个名为「光栅」的光学器件和显示原理引发了热议。

Vision Pro外屏Eyesight:采用透镜光栅技术

苹果公司技术开发部副总裁 Mike Rockwell 曾作出解释:「 我们还认真考虑了佩戴 Vision Pro 时如何与他人互动的问题。EyeSight 利用独特的弧形 OLED 面板和透镜光栅,将眼睛的正确视角投射到每个注视你的人身上。这就是 3D 显示屏的效果,它让设备看起来是透明的。

*Vision Pro外屏上竖向条纹为透镜光栅结构

而在美国专利商标局(USPTO)已公布的苹果专利中,就有一项与光栅显示屏有关的授权专利,再次印证了苹果对这一光学器件的研发与应用。据该专利介绍,光栅显示器可以在像素阵列上形成透镜光栅薄膜,实现显示屏的立体效果,使观看者能够感知三维图像。

*图片截自AR圈发布的苹果Vision Pro拆解报告

这项专利的名称也很直观「Displays With Viewer Tracking」,就是跟随观看者视角的显示系统。这项技术有几个特点:
1. 基于摄像头捕捉确定观看的角度
2. 观看者双眼接收到不同的图像信息
3. 整个视角细分为14个区,屏幕可以给14个区提供不同的图像
4. 不同视角观看亮度分布不同,可以是阶梯函数或高斯函数分布,可以省电,避免伪影等
5. 每个微棱镜可覆盖1-10多个像素大小

光栅是什么?为什么可以实现裸眼3D效果?

由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学器件称为光栅(grating)。一般常用的光栅是在玻璃片上刻出大量平行刻痕制成,刻痕为不透光部分,两刻痕之间的光滑部分可以透光,相当于一狭缝。

柱镜光栅则是由一系列平行的柱面透镜组成的光学元件,每个柱面透镜都可以看作是一个小的凸透镜或凹透镜。当光线经过柱镜光栅时,每个柱面透镜都会对光线进行聚焦或发散作用,使得光线在不同的方向上发生衍射,从而达到不同的效果。柱镜光栅在光谱分析、激光光束整形、光学测量、以及新型 3D 显示等领域都有重要的应用。

*图片截自AR圈发布的苹果Vision Pro拆解报告

那柱镜光栅为什么可以实现裸眼3D效果呢?这就不得不提我们人眼产生立体视觉的原理了: 双目视差

人双眼之间的距离约为 65mm,当双眼同时观察同一个物体时,因为两只眼睛的观看角度各不相同,获取到的图像也各不相同,这种左右眼的视觉差异,被称为双目视差。我们大脑可以将两幅视差图像进行融合后形成一幅完整的立体图像,从而得到最真实的立体视觉。

网络上常见的平行眼、市面上的 VR 眼镜、以及电影院的 3D 眼镜都是利用了这个原理,即分别为双眼提供不一样的视差图,从而让我们产生立体视觉。

*图片截自AR圈发布的苹果Vision Pro拆解报告

柱镜光栅同样也可以实现这个效果,利用透镜对光线进行折射,就可以让光线具有了方向性,从而进行定向控光。我们只需要在显示面板上加一层透镜阵列,即可将不同视差图的光线折射到不同方向,形成多个视点,并分别提供给观看者的左右眼。根据双目视差的原理,就能让观看者看到具有纵深感的立体图像。

图为裸眼3D光场屏的显示原理

光栅技术:广泛应用于裸眼3D新型显示

总的来说 Vision Pro 外屏采用的是基于光栅显示原理的专利技术,而这种特殊的「光栅」结构,除了被应用在 Vision Pro 的外屏,也被广泛应用于不少 3D 显示领域的高科技产品。如索尼的裸眼 3D 显示屏 ELF-SR2,Google 的裸眼3D双向视频通讯 Project Starline 等等,但这些 3D 显示产品,均采用摄像头进行人眼追踪来辅助呈现不同角度下的 3D 内容,所以仅支持单人观看的使用场景。

*图为Google的Project Starline


值得一提的是,国内一家专注光场显示技术的企业——臻像科技虽然同样将这项技术运用在显示产品中,但与只有14个显示区域 VisionPro 光栅显示屏不同,臻像科技推出的光场全息屏具有超密集视点分布,在同一块屏幕上视点分布多达96个,并且无需依赖摄像头进行人眼追踪,就能还原每个角度和方向的真实物体信息。不仅能让观看者在大范围内观看到自然流畅的立体画面,还支持多人多视角同时观看。

*图片截自臻像科技在B站发布的产品多视角展示

这是臻像科技自主研发的高精度柱透镜光栅结构实现的,通过在空间中构建密集的体像素来重构原始物体的光场分布,呈现出具有真实物理深度的高清3D立体内容。臻像光场全息屏通过还原真实光场分布,带来更自然、舒适的观看体验的同时,更匹配用户的观看习惯,有效缓解3D头显类设备引起晕动症。

*图片截自臻像科技发布的产品实拍三视图

与此同时,臻像自研光场全息技术有效弥补了市面裸眼3D显示设备存在观看视角不足、显示尺寸小、边缘深度翻转、深度不足等短板,突破行业技术瓶颈,最高可达100度立体视角和100cm立体深度,真正实现了超大视角、高清晰度、大深度的3D显示效果,产品单项和综合指标均处于全球领先地位。

当苹果 Vision Pro 推出 EyeSight 功能来弥补用户与现实环境的「断联」,裸眼3D光场屏则因无需佩戴头显设备,时刻保持了观看者与外界的沟通和联系。并且因为支持多观众同时沉浸式观看3D内容,在家庭影院,多人会议、数字化展览的应用场景都有得天独厚的优势。

全球的显示技术正全面3D化升级,虚拟与现实的边界也趋于模糊,当更沉浸式的体验场景正悄然改变人们的生活,比起让「虚拟」取代「现实」,或许让「虚拟」和「现实」融洽无间的裸眼3D光场屏,才更接近未来的3D显示终局。

欢迎关注<臻像科技>公众号,带你了解更多前沿裸眼3D光场技术