Intel新研究：180°横向FOV的曲面VR光学模组，体积缩减二分之一

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Esther｜编辑
Oculus Quest的供不应求，让我们看到了6DoF VR一体机在C端市场的发展潜力，同时，一体化的便携式设计也会成为未来VR头显的发展趋势之一。
但你们是否还记得，VR一体机原型Santa Cruz（Quest前身）在2016年首次公开后，其实Oculus并不是市面上唯一投资研发6DoF一体机的公司？除了Oculus和高通（为骁龙835推出VR一体机参考设计）外，Intel当时也有自己的VR一体机项目：Project Alloy。
据了解，Alloy是Intel为其他硬件厂商打造的VR一体机参考设计，其搭载英特尔处理器，运行Windows系统，特点是主打接近“混合现实”的体验。Alloy配备的RealSense 3D相机，可用于支持inside-out定位和手势识别。
不过很可惜，在2017年的时候Intel正式取消Alloy项目，原因似乎是合作伙伴对于采用其参考设计的兴趣不高。的确，当时VR一体机技术还不够成熟，这可能也是为什么更多硬件厂商后来选择了用微软Windows MR（PC VR）来设计头显产品。
Intel也并不满意Alloy VR一体机的续航、外观、成本和性能，因此取消项目后开始投资研发WiGig技术，通过VR与PC串流的方式，实现性能更稳定的无线化VR体验。
不过自2017年之后，Intel将精力放在了VR内容、直播等技术上，很少公开与VR头显相关的研究。而今天，据外媒报道Intel在2020年IEEE VR会议上公开了一项VR透镜模组相关论文，还获得了最佳期刊论文奖。这是否意味着，Intel距离突破当年Alloy存在的技术局限，已经越来越近了呢，让我们一起来了解一下。
大视场角、小体积VR透镜
据悉，该论文由Intel实验室提交，主要描述了一种由曲面微型透镜阵列和曲面屏组成的光学模组方案：ThinVR。Intel认为，ThinVR方案的出现，展示出缩小VR光学透镜模组、并提升视场角是可行的。
上为Pimax 5K+光学模组，下为ThinVR
目前，Oculus Rift S等主流VR头显的视场角在110°左右，只有包括Pimax、StarVR、XTAL等在内的少数高端VR头显才具备更大的视场角。ThinVR光学模组的横向视场角可达180°，而与横向视场角170°的Pimax 5K+的光学模组相比，体积几乎仅为后者的二分之一。
Intel科研人员指出，市面上大视场角VR头显通常采用两个形成角度的屏幕，这样的缺点是看起来过于笨重，余光部分也存在图像扭曲等问题。而透镜方面，传统VR头显使用的透镜体积也比较大，想要更大的视场角，体积也会随之变大。为了维持高分辨率，焦距也需要变长，意味着透镜和屏幕之间的距离变长（要想在VR中模拟1-3米远的虚拟图像，透镜与显示屏之间的距离跟眼球与透镜之间的距离差不多），头显体积也会更大。
相比之下，ThiinVR的一大创新是采用了曲面的光学模组设计，包括两块曲面透镜阵列和两块曲面显示屏。这样的好处是，可以更贴合人脸，符合人体工学。而且在实现大视场角同时，不会让头显体积过大。
具体来讲，ThinVR所采用的曲面透镜模组由大约50个微型透镜组成（5x10），为了缩小制作成本，科研人员以三个垂直排列的微型透镜为基础，通过上下左右复制的方式，形成整个模组。透镜弯曲的角度不是随机的，而是围绕着圆柱形排列，简洁的排列大大降低设计难度。
此外，ThinVR方案所采用的微型透镜并非完全相同，最小的可复制单元为三个。这样做的好处是，可减少单一透镜阵列会出现的边缘模糊现象。然后，Intel还结合自研的图像优化算法，来控制透镜阵列可能产生的伪影和边缘模糊。
制作工艺方面，ThinVR采用亚克力材质，通过电脑数值控制器来制作，可将成本控制得更低，制造效率也更高。不过受工具直径限制，可能会出现一些误差。
为了验证透镜阵列的效果，Intel科研人员设计了两种光学模组原型：1，透镜+静态图（2032PPI）；2，透镜+动态显示屏（屏幕拆解自三星Galaxy S9手机），分辨率达570 PPI（2960x1440）。与静态图方案相比，显示屏可动态调节图像，弥补透镜带来的模糊问题。
但实际测验结果显示，ThinVR依然存在一些有待解决的问题。如果说，Intel解决了VR光学模组体积、制造成本、视场角等问题，那么接下来他们还需要解决分辨率、适眼距等一系列问题。
适眼距示例图
据悉，与市面上主流VR头显相比，ThinVR方案的分辨率仅为前者的65%，而eyebox范围中最宽的距离只有19.13毫米（另一边12.37毫米）。科研人员表示：这两点未来可分别通过眼球追踪（注视点渲染）和IPD调节功能来解决。另外，市面上还没有适合ThinVR的显示屏（集成驱动器的柔性OLED），而且现在该方案也不适合戴眼镜的人使用。另外一点，未来透镜阵列的形状可能需要更复杂的定制，才能更符合人体工学。
Intel又将重回VR头显市场？
Intel公开这项研究，令人吃惊的不仅是创新的光学设计，还有就是相当于表明并未放弃对VR头显的探索。
自放弃Alloy之后，Intel一直持续VR业务，不过主要围绕在体育直播、内容应用等领域，拥有包括True VR和True View在内的多项技术。在2018年南昌VR大会上，英特尔体育Sankar Jayaram就曾表示：Intel将与产业同盟合作，致力于完善AR/VR生态系统，即使花上25年，也要让这项技术落地消费级市场。
而Intel在VR头显市场“消失”的这些年，形势发生了哪些变化呢？在XR芯片领域，高通已经占据了较大市场，目前使用高通芯片平台的VR/AR头显数量已经超过30款（包括Quest、Go、Vive Focus等一体机）。而且其XR专用SoC已经更新至第二代，性能大幅提升同时，还支持5G网络接入，目前已经推出三款AR/VR头显参考设计。
Project Alloy
而当年同为Alloy竞争对手之一的Windows MR，至今仍未得到更新，优势似乎逐渐被更高端的PC VR和VR一体机所取代。不过在一体机市场，Oculus已经占据较大份额，目前第二代Quest也在研发中。
那么，Intel现在再次公开VR头显相关研究，是否意味着将重回VR头显市场？虽然答案无法确定，但若Intel进一步完善ThinVR的创新光学方案，才更有可能杀回VR头显市场。
当然，当年Alloy一体机存在的技术局限，可能还需要一些时间才能得到解决。尽管市面上已经出现越来越多的曲面屏、柔性屏技术，实现ThinVR方案不是不可能，但Intel Labs接下来还需要解决分辨率、适眼距等问题，才能让我们看到更完善的大视场角、曲面VR头显方案。
参考：
https://ronaldazuma.com/ThinVR_2020.html
（ END）

 
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