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新创 2016-8-17 09:30

为什么 1500 美金的 Google Glass 停产,而 3000 美金的 HoloLens 却公开大卖?

去年 1 月份,Google 宣布 Google Glass 停产,一款彰显科技感的人工智能语音助(玩)手(具)就此谢幕。

而同年 10 月,微软 HoloLens 开发者版本亮相,作为全息设备的首个版本,售价达 3000 美元。

曾经的 Google Glass 再风靡全球,也只活了两年。这一次,新生的 HoloLens 又会有怎么的命运呢?我们不敢妄下断言,但在此之前,不妨回顾两款设备的基本参数。

硬件、功能、体验大 PK

HoloLens 是一款独立使用的 AR 头显,搭载 Windows 10 系统,传感器由陀螺仪、磁强仪、6 个摄像头(包括深度摄像头)、红外发射、位置红外定位灯及光线传感等组成。

Google Glass 则基于 Android 系统,部分功能需借助有蓝牙功能的智能手机实现,如语音电话功能。它的传感器由三轴陀螺仪、三轴加速计、三轴三轴磁强计、环境光传感器和距离感应器等组成。

从表中可以看出 HoloLens 内置了 CPU、GPU 和一个专门的全息处理器(HPU)。这款 AR 头盔,在黑色的镜片上包含了透明显示屏,并且立体音效系统的嵌入,让用户不仅看到,同时也能听到来自周围全息景象中的声音。

其他硬件参数,不妨参考以下表格:

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再来看 Google Glass,它在眼镜前方悬置了一台摄像头,镜框右侧为电脑处理器装置,配备的摄像头像素为 500 万,可拍摄 720p 视频。镜片上配备了一个头戴式微型显示屏,它可以将数据投射到用户右眼上方的小屏幕上,显示效果如同 2.4 米外的 25 英寸高清屏幕。

通过以上对比不难发现,虽然两款设备使用系统、处理器及传感器等都不一样,但是在组成部分上它们却是一样的,都是由微型显示器、传感器、电路控制设备及外形框架等组成。

但是,只要这些就能打造一款 AR 设备了吗?如果这样,Google Glass 为何失败?HoloLens 之路还要怎么走?

你必须先了解 AR 设备的基本原理。

AR 设备的组成与原理

目前大多数的 AR 系统,采用透视式头盔显示器实现虚拟环境与真实环境的融合。AR 头盔显示装置一般有两种设计方案:

视频穿透式

视频透视式头盔显示器,是通过摄像头来采集真实场景的图像,计算机通过场景图像理解和分析,将所要添加的信息和图像信号,叠加在摄像机的视频信号上,并将计算机生成的虚拟场景与真实场景进行融合,最后通过类似于浸没式头盔显示器的显示系统呈现给用户。

Google Glass 采用的就是视频穿透式,它通过摄像头采集视频信息,然后显示在右边镜片前的一个微型显示器上。

光学穿透式

Hololens 则采用的是光学穿透式,通过安装在眼前的一对半反半透(楼下有专业名词详解)玻璃,融合呈现出真实场景和虚拟场景。与视频透射式不同的是,光学透视式的“实”来自于真实的光源,经过透视光学系统直接进入眼睛,计算机生成的“虚”则经过光学系统放大后反射进入眼睛,最后两部分信息汇聚到视网膜上从而形成虚实融合的成像效果。

(插播背景知识)半反半透玻璃就是 5:5 的分光镜,分光镜是一种特制的可以改变光的透射量和方向的镜片。这相当于正在照镜子的我们,既可以看见镜中的自己,又可以看见镜后的景物。

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无论是视频穿透式还是光学穿透式,它们都由以下几部分组成:

● 图像信息显示源
● 图像成像的光学系统
● 定位传感系统
● 电路控制及连接系统
● 头盔及配重装置

目前的重点和难点,聚焦在了前两部分:图像信息显示源和图像成像的光学系统。定位传感系统、电路控制系统及配重装置部分,各家厂商实现的都还不错。

这前两部分,统称为头盔显示器的光学系统。光学系统的设计不仅关系到成像质量的好坏,还影响到头盔显示器的体积和重量。

下面将以自拍的例子,为大家介绍这个光学系统。

头盔显示器的光学系统主要由四部分组成
● 图像源
● 中继光学系统
● 准直系统
● 光学组合器

看到这些专有名词有点懵?别担心,打开美颜相机,向上 45° 角,咔嚓一下~

哎呀,手机上出现了一张国字脸……

这时手机屏幕就相当于图像源,它显示的是摄像头传来的照片,而图像源上显示的是由虚拟工作站送来的虚拟图像;

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看着自己照片不忍直视,赶紧传到美图秀秀上进行削脸、亮眼……

此时把照片传到美图秀秀上加p图的过程,就类似于中继光学系统。中继光学系统是将图像源上的图像,传递给后继的光学系统(光学组合器、准直系统),由于像在通过镜片时会产生偏离(即像差),中继光学系统传输图像的过程中也会矫正像差;

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经过一番努力,照片终于能看,但是太单调了,得拉个明星合照。于是就加了张爱豆贴图……

添加贴图就是图像融合。经中继光学系统经矫正过的图像,传输到光学组合器和外部世界的图像进行融合;

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看着不错,嘿嘿~赶紧发朋友圈!

这一系列,正是一套拍出照片太丑没法发票圈、不得不加工的过程。同样的在光学系统中,光线经过各种透镜后产生形变和色变等,人眼无法直接观看,此时准直系统会将加工好的图像光线捋直后以平行的形式送入人眼。

以上就是虚拟信息叠加在真实信息上的过程。

尽管听上去很容易,实现起来却并不简单。1500 美元的 Google Glass 停产,3000 美元的 HoloLens 热卖,这说明价格并不是最主要问题,提高用户体验、丰富内容才是王道。

当时,Google Glass 开发目的并不明确,普通用户也不确定这款产品到底能有什么用。佩戴时,用户右眼球必须盯着视野右上方的投影仪微光,才能看清楚数据与文字,但这样可能会造成用户注意力分散,带来潜在危险。续航时间短、佩戴容易头晕、声音控制功能差等等特点,都和它停产密切相关。

然而,HoloLens 一开始就针对开发者发布,很明确的为开发者们提供了一个全新开发平台,从底层慢慢着手内容匮乏问题。同时,它还具备实时三维计算和图像识别功能,还包括延时低、定位准、Demo 酷炫等等。

不过,Google Glass 虽停产,但 Google 并没有停下追随黑科技的脚步。据悉,他们又有一个 50 人的团队在密谋着一项新技术,具体何时问世还不曾得知。

HoloLens 虽然比较火热,但它的续航时间太短(开发者版本在 1-3 小时左右),并且视场角太小,仅有 30°左右。

尽管困难重重,也抵挡不住人类不屈不挠的精神,AR 头盔研究仍然非常火热。万一,某天你也想开发一款 AR 头盔?以下的设计要点也许能帮上你。

AR 设备的设计要点

视场

上文提到的 HoloLens 视场角太小,说的就是这个。

视场这里指视野范围。一般人的裸眼可见水平视场为 200 度,垂直视场为 100 度。由于人眼主要对中心 20 度的视场比较敏感,所以在设计时,应保证中心 20 度的像的质量。

重量

由于头盔式显示器在使用中会长时间佩戴在头部,所以头盔重量一定得控制。如果头部受力不均衡,可能产生头晕、目眩、恶心等不适。HoloLens 为 579 克,但戴在头上的话还是有点偏重,所以在这一方面仍需改进。

● 分辨率

人眼最小分辨率约为 0.5m rad。头盔显示器的分辨率,取决于图像源的分辨率和光学系统的像差。因此,提高分辨率可以从这两个方面入手。

出瞳距离

出瞳距离是指光学系统的边缘到人眼瞳孔的最小距离。也就是瞳孔到观看屏幕的的距离。
为了保证佩戴者方便,出瞳距离应大于 15mm,如果允许用户使用时佩戴眼镜的话,则要求出瞳距离大于 25mm。

出瞳大小

人眼瞳孔在正常状态下的直径为 2mm 左右,在黑暗环境下会适当放大。为了允许人眼眼球有一定范围的移动,一般要求出瞳直径在 8mm 以上。
就像猫的眼睛,在白天和晚上瞳孔明显的不一样,人也是一样的,瞳孔大小随着光的强弱而变化。

● 瞳距

大多数的头盔由两个对称的光学系统组成,它们各自出瞳主光线的距离为瞳距。

人眼的瞳距一般在 54-70mm 之间,但每个人的出瞳距离不同,因此设计头盔时应注意出瞳距离的可调性。

Google Glass 做到了这一点,只不过由于它的显示器只有一个,所以实现调节很简单。而 HoloLens 就不一样了,细微的调节都会影响成像。

● 光能利用率

光在经过光学系统后会有损耗,设计时应考虑图像源发出的光和外界光,经过光学系统投射后的光能损失。举个反例,大家经常戴的太阳镜就是减小光能利用率。

以上七点为设计头盔显示器的一些重要指标,这些因素之间并不孤立,存在相互制约。例如,增加视场或出瞳距,光学元件将增大,整体重量增加;视场增加,角分辨率下降。所以在进行设计时,应根据实际运用找到一个较好的平衡点。

题图来源:autodesk

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