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Meta公布四款VR原型机，提出“视觉图灵测试”概念
hi188 | 编辑
今年的F8大会虽然被取消，但是Meta仍在不断向外界传递最新的研发进展。在Meta AI部门Inside the Lab活动将定期向媒体公开，最近的一次关于头显原型展示的主题可谓是信息量爆炸，似乎就是F8的重现。
与去年Connect上宣布的Project Cambria不同，它们往往是准量产机型，并即将发售。今天展示的更多是技术原型，在这段约30分钟的视频中共展示四款原型机，可以让我们更全面地了解到Meta在VR头显中采用的最新技术和设计方向。
扎克伯格原型机展示视频
本次的Inside the Lab公开视频由扎克伯格和Meta首席科学家Michael Abrush共同主讲，最新公布的四款原型机代号分别为：Butterscotch、Starburst、Holocake 2、Mirror Lake。
这四款原型机分别代表着VR产品不同的演进方向，如Butterscotch以高分辨率/高清显示为核心，在产品体积和重量上就会有取舍；Starburst像是更前沿的技术研究，以HDR和超高亮度为核心；Holocake 2更像是轻量化的准量产机，以小巧、轻薄为；Mirror Lake特点则更显示将各种新技术融合在一起的轻量化VR眼镜。
Meta VR原型展示墙
提出“视觉图灵测试”概念
扎克伯格和Michael Abrush同时表示，Meta的最终目标是打造出可以满足所有视觉要求的VR硬件，让你的视觉系统认为“足够真实”。
扎克伯格表示：未来VR显示技术的发展，将远超过传统2D屏幕，我们不是要研究已经应用在手机、显示器中的屏幕技术，而是要做新的探索，探索人类视觉系统如何感知世界，探索“物理显示”如何与人眼协同工作。
毫无疑问，如今的VR系统在视觉上还有很大进步空间，而为了解决这些问题，Meta Reality Labs提出一个“视觉图灵测试”（Visual Turing Test）的概念。
“图灵测试”由艾伦·麦席森·图灵提出，是通过对话的方式进行机器思考能力的一项测试，通过图灵测试代表测试者不能在机器和真人的回答中分别出来，从而“欺骗”测试者。
而“视觉图灵测试”同理，即看测试者是能够从VR显示的环境和真实世界进行区分。Michael Abrush表示：截至目前，还没有任何VR技术能够通过“视觉图灵测试”。也就是说，让VR在视觉上能够“欺骗”人类视觉，让你完全相信“通过VR看到的视觉是真实可信的”。
而Meta显示系统研究团队（简称：DSR），进一步对视觉图灵测试提出四大硬性要求，必须满足四个条件才能通过测试，分别是：
1，自然变焦显示系统，类似人眼般的聚焦，支持视力矫正； 2，达到视网膜级别的分辨率，PPD都足够高； 3，矫正透镜带来的畸变、色散、鬼影等显示问题； 4，支持HDR能力，亮度更高，色域更广、对比度更高等。
满足上述条件并可适应人眼视觉的VR显示开启全新的可能，1，增加社交临场感，可以充分感觉到和其他人同处一个虚拟空间；2，带来全新的视觉体验，提供全新的视觉表达方式。
扎克伯格谈到：这将是一个综合的技术进步，除了显示技术自身外，对VR头显的软件、芯片、传感器等硬件来说需要做到无缝协同。
变焦显示原型Half Dome
在2018、2019年Meta就多次展示过Half Dome原型机，其中重点提到了自然的变焦显示能力。因为现阶段的VR屏幕显示的都是2D平面图，而一旦和人眼的视觉冲突就会导致潜在的模糊、眼睛不适、甚至眩晕、恶心等情况，也就是所谓的视觉辐辏冲突（VAC）。
根据最新消息，初代变焦显示原型创建于2015年，但体积非常大；后在2017年开发Half Dome 0代，外观上类似于Rift。
直到2019年的Half Dome 3有了重大突破，通过多层薄薄的液晶透镜模组，实现64个焦平面的平滑切换，同时体积可以做到更小。
虽然在此之后，并没有Half Dome的进展，但该系列原型机证实了变焦显示可以带来巨大的益处。
Butterscotch原型机
前面提到视网膜级别的VR显示，那么在Meta眼中到底要达到什么水准呢？
Meta提到，想要达到视觉上的“以假乱真”，VR头显需要达到单眼8K分辨率，以及60PPD的水平。而Quest的单眼在2K分辨率，PPD也仅20左右。
Michael Abrush还谈到：相比当前的笔记本电脑、电视机而言，VR头显对亮度、色域、对比度要求明显更低。因此，从细节和真实感角度看，VR无法真正达到我们对2D显示屏所期待的水平。
Butterscotch是目前Meta最新的关于视网膜显示的原型机，也是对外公布的第一款视网膜VR原型机。参数规格方面，Butterscotch的PPD达到了55，虽然较Quest 2有大幅提升，但是同样有所取舍。
比如，为了实现这么高的PPD，Meta采用全新的混合透镜，FOV仅仅是多数VR头显的一半，也就是50度左右的水平（官方未公布）。
通过上图也能看出，Butterscotch体积庞大，当前还不足以应用到商用产品中来。不过Michael Abrush表示：它确实体现了高分辨率对VR的积极作用，比如用它可以看清楚树叶上的细节。
基于模拟器的预失真研究
光学失真包括：图像畸变、色散、鬼影等等，通常是因为VR的光学透镜导致，对视觉的影响相当大。在现有的VR如Quest 2中，是通过软件算法进行补偿和矫正，也就是说原始图像是经过矫正的图像，通过透镜来模拟正常图像显示效果。
Michael Abrush表示：虽然通过软件算法可以得到一个不错的近似值，但是实际应用的结果并不算理想。因为，人眼是朝着不同方向在看，而图像失真也会因此而变化。完美的失真矫正应该是动态的，根据眼球运动自适应的。
目前Meta在失真矫正上研发了一个新的模拟器，通过模拟器可以在几分钟内模拟和评估失真情况。而在此之前，往往需要几个月时间来评估，效率大大提升。
Michael Abrush谈到：这个失真模拟器的原理是，通过3D电视显示虚拟图像+眼球追踪技术来重现/模拟不同光学方案的VR中看到的失真效果。它的好处是不需要开发真正的原型机，即可针对不同光学方案的设计进行失真矫正算法设计。
Starburst：HDR原型机
在2D屏幕下，我认为HDR提升比2K到4K的视觉提升体验更大。而在VR中同样如此，和真实中看到的类似，颜色逼真，明亮环境亮度足够，而黑暗环境则尽可能以黑色显示。
以亮度为例，传统2D显示屏对HDR的要求在1000nit，作为对比Quest 2亮度也就100nit左右。
为了实现HDR显示能力，Meta DSR团队开发了一种基于液晶屏+高强背光的显示模组。目前已经应用在Starburst原型中，它的亮度可以达到20000nit，这种亮度足以模拟各种环境。
扎克伯格表示：第一代HDR原型机的缺点也很明显，有线设计，体积庞大、笨重，而且还是手持式的设计，更多用于测试和研究，远达不到商业化的水平。
Holocake 2原型机
与前面的原型相比，Holocake 2体积更小巧，外观更时尚，也更像是准量产机，外观上和Project Cmabria也有一些相似之处。不同的是，Holocake 2是一款PC VR头显。
Holocake 2的特别之处在于，将全息透镜和Pancake透镜结合，分辨率、FOV、Eyebox和Quest 2基本一致，但是却实现了轻薄的外观，和更小巧的体积。当然，因为是PC VR头显Holocake 2没有内置计算模组和散热模块，否则体积同样也会更大。
光学方面，Holocake 2的光学模组可以看作是Pancake的升级。从上图来看，传统透镜、Pancake透镜、以及Holocake透镜在透镜模组的厚度上不断减小，为实现更小的机身提供帮助。
Holocake 2在屏幕上也做了优化，为了保证高亮度和极佳的色彩显示，它采用了激光显示方案，取代LED屏幕。当然，激光模组的一个特点是尚未达到量产阶段，无法大规模展开部署。
Michael Abrush表示：在Holocake 2上面还有很多工作要做，比如要确保激光模组足够安全、成本可控，显示效率足够高，并且可以与轻薄的VR头显集成在一起。如果激光显示技术Ready，那么打造一台太阳镜版的VR就不难了。
Mirror Lake原型机
上面提到的几款原型机，在显示能力方面都有不同的研发倾向，各有特色。而最终，Meta的目标是将这些技术应用到一台VR头显中，并且保证具备轻薄的外形和较低的功耗。
Mirror Lake原型机的目的正是如此，也正因为这是一个多元技术的综合体，本次并没有实际展示，仍然处于设计和论证阶段。
根据说明，Mirror Lake还提供了直通显示能力，即机身外部会显示佩戴者的眼神和面部细节，避免与外部人士交流产生割裂感。类似的技术Meta此前进行过公布，甚至有消息苹果也有类似功能的VR原型机。
看过之后，愈发感觉Meta在厚积薄发，毕竟大量人力、资金投进去，结果也是显而易见的。这些结果中，主要还是以显示进化为主，同时不断的改进产品体积、功耗等。同时可见，尽管其他科技巨头在AR上加大力度，但VR仍然是Meta持续发力的方向，未来的体验会越来越好。
参考：
https://www.youtube.com/watch?v=2zHDkdkqd1I
https://www.facebook.com/zuck
https://mixed.de/next-gen-vr-meta-zeigt-neue-vr-prototypen/
https://www.roadtovr.com/meta-vr-headset-prototypes-visual-fidelity-indistinguishable-from-reality/
（ END）
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