新的AR眼镜解决方案让我们看到了元宇宙的曙光。
编辑| Light
出品|科技智谷
近期，来自英伟达的一则消息给热闹的元宇宙再加了一把火。根据外媒ZDNet报道，前不久英伟达在在斯坦福大学（Stanford University）的帮助下，提出了全新的VR眼镜解决方案——全息眼镜（Holographic Glasses）。
据悉，英伟达的这款AR眼镜原型厚度仅为十分之一英寸，重量仅60克，其原型与3D电影院中的镜片夹片类似，可以贴在普通的眼镜架上。值得注意的是，英伟达提出AR眼镜新方案，它不仅可以把一些天气信息等2D图像投射在镜片上，而且还能支持3D图像的投射，这些3D图像允许专注于场景的某些区域，并随着佩戴者的移动而调整。
在过去，AR眼镜的解决方案基本都出自Google Glass一脉，无论是微软还是Meta（原Facebook），各家的AR眼镜长得都差不多，虽然轻薄化一直是各大主流厂商共同的追求，但在原有的技术路线下，是很难做到与正常眼镜基本无异的，那么此次英伟达携斯坦福大学提出的“全息眼镜”AR眼镜解决方案，它是如何实现轻薄化的？
如何打造一台轻薄的AR眼镜
英伟达和斯坦福大学本次论题的作者Jonghyun Kim、Manu Gopakumar、Suyeon Choi、Yifan Peng、Gordon Wetzstein和Ward Lopes在论文中阐述到：“全息眼镜是一种厚度仅为几毫米的全息近眼显示系统，可以为每只眼睛提供2D或3D图像信息，而实现这些的背后是几个尖端的硬件组件以及新颖的软件方法的有机结合。”
全息近眼显示系统的硬件首先由Kim和团队设计和论证结构，然后再通过3D打印将其制作成可穿戴眼镜原型部件，而这一切都围绕着一个问题展开：如何使眼镜变得更薄。研究团队认为其关键是要减少用户眼睛和他们眼前的屏幕之间的距离，而这个问题之所以关键，是因为是因为屏幕和位于晶状体和眼睛之间的透镜之间需要一定的“焦距”。
目前一般商用VR显示器都是基于放大镜原理，用镜头放大微显示器的图像，以创建用户在一定距离内感知的虚拟图像。这就产生了一种权衡：“放大镜成功地提供宽广的视野，但镜头和显示器之间的大距离导致笨重的设备外形。
而英伟达与斯坦福大学的研究人员想到了一个办法，作者将三个波导、空间光调制器与几何相位透镜基本组件放在一起，既实现了传统AR眼镜的功能，又大大缩小了镜头与图像之间的距离。其中波导接受激光束并将光衍射在狭小的空间内；空间光调制器从波导中射出的光束投射图像；而几何相位透镜将来自调制器的光聚焦以适合人眼，其工作原理大致是顶部的光从激光进入波导，离开波导并击中空间光调制器，在那里它被液晶操纵并发送回波导，一部分光再次从波导中出来，通过几何相位透镜到达眼睛的瞳孔。
同时还了解到，新颖的设计不仅让AR眼镜变得更轻薄了，而且还使得其具备了两个传统AR眼镜不具备的新特征，研究人员将其称为“动态眼盒”与“高衍射阶”，这两个功能可以改善人们所看到的东西。
具体来说，动态眼盒是指能够引导投影全息图像的方向，通过改变光进入波导时的角度，全息图像撞击眼睛的角度也可以移动，以模拟空间中物体的形状，以实现3D效果；高衍射阶允许优化人们看到的图像，质量可能受到一个人的瞳孔相对于衍射阶之间间隔的大小的影响，衍射阶是光到达瞳孔的角度的函数，通过用算法对高衍射阶次之间的间隔进行优化（创建了“Pupil-HOGD”），使其比瞳孔直径更宽，这意味着所有瞳孔尺寸下都能产生最佳质量图像。
轻薄AR设备难在哪里？
其实，除了英伟达这次联手斯坦福大学提出的“全息眼镜”AR眼镜解决方案外，在此之前一家名为Mojo Vision的AR初创企业就曾展示过一款AR隐形眼镜，这款AR隐形眼镜内装有多个电子设备，包括一个捕捉外部世界的相机、用于处理图像的微型计算机芯片、控制显示器（14000 ppi MicroLED）、与手机等外部设备进行信息传输的无线通信模块、一款可捕捉用户眼球运动轨迹的运动跟踪器，基本能够实现现有AR眼镜的所有功能。
看到这里是不是感觉制造轻薄的AR设备并不困难？的确，当前AR眼镜的各个部件都已经十分强大了，例如当前的菲涅尔透镜其单眼分辨率已经达4K，而更先进的Pancake方案分辨率更高（6K甚至8K），并且还有着220°的视场角。可以说，当前AR眼镜每个部件都可以做到极为优秀，除了电池。
本次英伟达与斯坦福大学的研究人员也表示：“尽管示例规格看起来很漂亮，但这里有很多注意事项。其中最大的问题是功耗，根本没有得到解决。可穿戴设备一直受到限制，不仅受到造型大小的限制，而且还受到电源体积与电池寿命不足的限制。”而电池问题已困扰整个行业，前不久高通推出的AR眼镜设计方案即便已为眼镜配备75千瓦时的大电池，但用起来也只能坚持不到一个小时，可以这么说，电池技术不得到突破，轻薄AR眼镜就永远只能是玩具而不是生产力。
