Esther｜编辑
2019年CES上，由欧洲核子研究委员会CERN前工程师Tomas Sluka和Tomas Kubes创办的CREAL3D展示了一款基于广场技术的3D显示系统，其特点是支持动态变焦，小字可以清晰显示，可缓解AR/VR晕动症问题。
去年初，CREAL又公布了基于光场显示的AR和VR头显原型参考设计《Creal首次公布光场显示AR、VR头显原型》，看起来比市面现有的AR/VR头显体积大不少，那么具体显示效果如何呢？近期，外国博主Skarredghost对其进行了独家上手体验，他表示：CREAL的两款原型头显代号分别为Sue和Zorya，其采用的光场系统让AR/VR图像更生动、立体，动态变焦效果好，不过现有的原型还需要优化重量、设计、混合显示屏等问题。
关于CREAL光场技术
据了解，CREAL主要目标是解决AR/VR中动态对焦，以及人眼焦距和画面焦距不匹配的问题。自然的人眼视觉效果，通常是视觉中心的物体清晰，而周围的物体看起来模糊。如果显示屏直接在你眼前模拟3D图像，整个画面都在聚焦，而不是随着深度和注视点变化来渲染每一部分画面的焦距变化。这种视觉体验并不自然，不符合人眼观看真实环境的视觉规律，同时也会造成视觉疲劳、眩晕等问题。
这种对焦差异不仅出现在VR中，在HoloLens等AR眼镜中也存在。比如，当你用手托住AR眼镜在近处渲染的虚拟小鸟，会发现如果对焦在小鸟上，手就看起来模糊，如果注视点对焦在手上，那么小鸟看起来就模糊。这是因为小鸟是AR头显渲染的，而手是真实光线透入人眼的，尽管二者在同一个位置，但并不在一个焦点平面上。
传统的AR/VR光学是利用固定距离的显示屏来渲染图像，通过模拟双目视差来营造立体感，因此你看到的所有内容都来自显示器所在的位置。其缺点是缺少动态变焦，无法模拟人眼注视点快速移动时的视觉效果。然而在真实场景中，你眼前看到的画面包含了来自多个方向、深度的光线，是自然的立体感。

左：错误对焦；右：正确对焦
那么，如果模拟自然环境中光线传播的规律，在物理环境中显示3D物体，然后再让你用肉眼看到，效果是否会更自然呢？目前，做到这一点的有两种方案：全息技术和光场技术。
相比于AR/VR显示屏，光场系统可以更好的解决动态对焦问题，因为它的原理是在物理空间中投射高密度的光线集合，相当于用光来重建3D物体，而不是模拟视觉立体感。当你在CREAL中看到3D模型，那种体验就像在观看有体积的实物那样。也就是说，CREAL的目标是预测物理场景中每一道光线的特性，以模拟出自然的光场环境。
CREAL AR头显体验
Skarredghost体验的AR头显代号为Sue，其外壳由3D打印的蓝白塑料材质组成，外壳下方有两个光学透镜。此外，Sue配备物理IPD和适眼距调节，使用时需要连接电脑来运行。
初次体验时，他以为和HoloLens差不多，因为Sue显示的3D AR也是半透明的，而且视场角也有限（对角线FOV 50°到60°），超出视场角的图像会被切割。
从近处观看AR图像的视觉体验自然，可以清晰对焦。此外，在观看3D化身向他伸手时，他表示AR图像从远处移动到近处的动态变化足够逼真（虚拟手和身体处于不同的位置，因此焦点平面也动态变化），视觉效果震撼，就像是人从电视屏幕走出来的感觉。
Sue通过配备的Intel RealSense深感模块来定位AR，允许使用者从多个角度查看同一个位置的3D物体。而通过Ultraleap手势识别技术，你也可以和AR互动。
那么，CREAL的光场技术和HoloLens、Magic Leap又有什么不一样呢？Skarredghost表示：在思考过后才发现，之前没发现CREAL的特别之处，是因为它带来的3D AR效果足够自然，并不会让我感觉到异样。也就是说，其体验感足够沉浸，大脑可能会认为眼前的AR是真实的。因此实际上，其显示效果要优于市面上的AR眼镜。
当体验者近距离观看3D物体时，发现可以识别物体深度的细微变化（比如表面结构的起伏），效果看起来甚至比普通的3D图像更立体、更生动，仿佛为AR/VR增加了额外的维度。CREAL与现有AR/VR技术的区别，就像是2D和3D电影，分辨率差不多，但是3D电影增加了额外的立体感、逼真度。
此外，当体验者近距离观察AR小鸟时，即使它已经非常靠近，也并没有变模糊，双眼仍然可以聚焦。总体来讲，其视觉效果与观看真实场景足够接近，因此难以察觉虚拟和现实之间的差距。
而且，CREAL的动态变焦效果足够自然，你的注视点放在哪里，哪里就清晰，而余光部分则变得模糊。而如果观看同一个位置的虚拟和真实画面，也不会产生焦点平面不匹配的问题。
Skarredghost表示：在体验CREAL时，我的大脑和双眼好像被欺骗了，甚至以为AR是真实的。
需要改进的部分：
  • FOV有限；
  • 体积大、佩戴感不舒适；
  • AR透光度比HoloLens更重，或与光组合器有关，
  • AR图像还需要降噪；
  • 人眼聚焦在AR上依然会产生视觉疲劳；
  • 设置过程复杂。
CREAL VR头显体验
Skarredghost体验的VR头显代号Zorya，他表示：Zorya非常笨重，像是在头上戴了个砖头。在调节好IPD等功能后，他却改变了对Zorya的第一印象，发现其体验有点类似于Varjo，即FOV 30°的视觉中心用光场技术来显示，而其他部分则用标准VR显示屏来显示，通过缩小光场显示的范围，来降低硬件体积。余光部分对视觉清晰度的要求略低，因此使用普通的VR显示屏。
CREAL VR头显体验感同样自然，光场显示足够逼真，3D虚拟图像生动、清晰、细节，动态变焦自然，且文字也可以清晰显示。
据称，Zorya采用的VR屏幕来自于Vive Pro，通过对比Vive Pro显示屏和光场图像之间的切换效果，可以明显看到余光图像从不够立体到中央变得越来越立体。尽管Vive Pro显示屏单目分辨率1440x1600，已经足够清晰，但和光场显示效果还差很多。
CREAL是一家在瑞士洛桑理工学院（EPFL）孵化的科技公司，其成立于2017年，致力于研发光场技术，创始人为Tomas Sluka。目前，该公司成员达到20人，包括一些来自Intel、Magic Leap等科技公司的行业专家。这家公司的目标是，创造一种高效的光场显示系统，可以让你用肉眼看到虚拟像素，让AR/VR显示效果更逼真。
实现光场显示有多种方案，比较常见的是结合微型透镜阵列和显示屏，通过弯曲像素发出的光，将像素变成定向光线投射到用户眼球中。通过组合光线，便可以形成肉眼可见的立体虚拟像素合集。
在此基础上，CREAL针对AR/VR头显进一步优化光场显示技术，比如：由于人眼在头显中移动范围有限，余光看到的通常是模糊的，因此可以减少需要计算的光线，限制显示范围。也就是说，只清晰显示你眼前能看到的光场部分，而余光只有几个位置渲染高分辨率光场。
其硬件方案包含针灯、光调节器（用于弯曲光线）等等。
需要改进的部分：
  • 光场部分的FOV只有30°；
  • 光场显示区域和非光场显示区域边界明显，缺少自然过渡；
  • VR画面中央亮度不够高；
  • 近距离可以看到明显的视觉噪点；
  • 依然会引起视觉疲劳；
  • 体积大、重量大；
  • 设置复杂。


Creal路线图
总之，CREAL展现了具有前景的AR/VR光场显示技术，比现有的AR/VR头显效果更逼真、生动，同时也解决了视觉辐辏调节冲突的动态变焦问题。不过，目前其产品还处于原型开发阶段，还需要进一步优化。
参考：
skarredghost.com/2021/10/22/creal-ar-vr-lightfields/
www.creal.com/
（ END）
   推荐阅读
每天五分钟，轻松了解前沿科技。
—— 青亭网
继续阅读
阅读原文