混合現實將至？疊加Micro-LED和AMOLED，給你一個視網膜清晰度體驗的「Varjo-VR1」

科技 03-04

如果你還沒有聽說過芬蘭這家叫Varjo的VR產品開發公司，那麼現在是時候了解它了。從2017年6月到現在，他們總共獲得了4600萬美元的融資，同時也展示了幾個產品的原型機。現在他們又向前邁出了一步，推出了他們的第一款頭戴式VR產品。

之所以關注這家公司是因為他們剛剛推出了一款足以媲美人眼解析度的頭戴式VR產品。眾所周知，這類產品的一個重要問題是其有限的解析度，目前VR產品的解析度還不能達到我們視覺系統的分辨能力，嚴重影響畫面效果。如我們所知，人類視覺系統的解析度並不固定，在視野範圍內可能會因為不同的環境而具有可變解析度。其中，視場中心的最高解析度小於1弧分，Varjo的顯示解析度剛好與此接近，其視角內每度擁有像素超過60個。

Varjo VR-1給人的感覺――佩戴了「視網膜般的顯示屏」。圖片出自：Joshua Goldman/CNET

先看到的是設計圖紙軟體Autodesk製作的汽車設計模型（Design Model）正在「熱火朝天」地進行著，最後上色、車輪蓋（Wheel Cap）等等都看起來十分鮮明，感覺就像用最高檔的遊戲機顯示屏（Game Monitor）看到的一樣。或者說，跟現實世界看到的一模一樣。

然後，通過利用Lockheed Martin公司（是一家從事飛機、宇宙飛船開發和生產的企業）開發的「Prepar 3D」飛行模擬器(Flight Simulator)，「坐到」了飛機的駕駛艙里，可以體驗到周邊的計量器、儀錶的信息，一切都是那麼完美。

接著，還被帶到了由遊戲引擎「Unity」描繪的日本的山頂、芬蘭藝術家Tommi Toija的工作室等各種地方，工作室是通過極其細膩的、令人難以置信的照片測量方法來刻畫的，好幾個真實的雕刻作品、超現實的藝術作品展現在筆者面前。客廳的設計不僅配有傢具還設計精巧，所以筆者探出身體去感受地毯的質地和織法，完全看不到像素點。只有從極小的角度看，偶爾才能看到龜裂狀（Polygon）的圖像，大部分情況下都是看到真實圖像，通過VR頭顯，並沒有看到Screen Door（一個個網眼的現象）現象。

圖像比較，左邊「HTC Vive Pro「，右邊」Varjo VR-1」。圖片出自：Varjo

優勢

筆者雖沒有試戴過所有的VR頭顯，也沒有試戴過「Pimax 8K」、HP的下一代高精細VR頭顯「Copper」。這些VR頭顯的像素解析度都在Varjo VR-1之上，但是，這款VR頭顯的像素密度似乎是最出色的，這款VR頭顯是由原Microsoft和Nokia Research的員工創立的芬蘭新興公司--Varjo製作。

Varjo VR-1用鏡子實現，把2塊顯示屏組合在一起，在顯示屏的中心部位，以每度視角有60個以上的像素被顯示。據Varjo透露，這個像素足夠達到人體視網膜級別的「中心窩」的解析度。筆者試戴的VR頭顯每度視野角有63個像素。據Varjo的設計師透露，這個數字根據個體可能有差異，不過都超過了60個像素。作為參考，HTC的「VIVE Pro」的像素密度是每度視野角16個像素。

關於這方面，在「Road to VR」上刊登了與VR頭部的像素密度有關的詳細說明。這一問題有點類似於2D智能手機、筆記本電腦以及平板顯示器中每英寸像素數目(ppi)的重要性。

不管怎麼說，感覺差異還是很大的，特別是在描繪物體的細節方面。作者雖然在高清晰度再現的藝術工作室徘徊，但通過親身體驗，親身感受了雕塑作品的變化。筆者還試戴了別的樣品來體驗美術作品，雖然可以對繪畫進行近距離接觸，卻完全沒有感覺到像素的存在，而是看到了運筆和顏料的質感。

Varjo的設計師都有在Nokia和Microsoft的從業經驗，作為首席執行官（CEO）的Niko Eiden先生曾在Nokia Research從事光學技術的研發工作，其技術被Microsoft的「HoloLens」採用。Varjo VR-1的左右顯示屏分別由1,920x1,080像素的低殘像OLED和1,440x1,600像素的低殘像OLED組成，利用半透明鏡把兩塊顯示屏融合在一起，並利用具有高折射率的放大鏡在中心區域制出超高精細部分，聽起來很奇妙吧，即便我們知道顯示屏的中心區域比邊緣做得更精細，但是表面看起來卻很普通。

Varjo公司內部也開發了視線追蹤（Eye Tracking）技術，即「20/20 Eye Tracker」。Varjo的設計師透露說，此功能具有極高的性能和精度，要比接下來上場的HTC 「VIVE Pro Eye」等競爭對手的產品出色。雖然用樣機來驗證比較困難，不過，筆者體驗了Superbright公司開發的模擬航空交通管制系統， Superbright是一家從事於VR軟體開發的波蘭新興公司。而且，在幾台電腦顯示屏的「包圍」下，我看著飛機滑行在跑道上起飛，當我移動眼球時，圓形屏幕也快速地移動以適應我的視線，時而突出顯示顯示屏的信息，時而聚焦飛機，時而顯示彈出的信息，時而顯示飛機的運行軌跡。如果把視線轉移到地圖上，則會突出顯示時區（Time Zone）。在考慮移動視線之前，有時感覺要看的東西已經展現在我眼前了。

這個Eye Tracking非常棒，圖片出自：Joshua Goldman/CNET

Varjo VR-1僅提供頭顯，其他配件需要用戶自己準備。VR-1被設計成與「Steam VR」連接，通過與「Steam VR 2.0」互聯，可以用於HTC VIVE的「Lighthouse」室內定位（Room Sensor）以及控制器。但是，定價為5,995歐元（約人民幣45,562元），VR-1正在直接面對並響應客戶的要求，也就是滿足專業領域的、具有完美清晰度的3D製作以及模擬場景。這是一款精心的設計，它是根據Air Bus、Audi、Bohemia Interactive Simulations、Foster Partners、Saab、Sellen、Volkswagen、Volvo這些合作夥伴的反饋做成的。無論怎麼說，人們正在設計VR汽車。Varjo的頭顯可以說是豪華顯示器的VR版本。

通過Eye Tracking可以清晰地看到很多細節。圖片出自：Joshua Goldman/CNET

一個簡單的計算表明，Varjo並不能在整個視野範圍內都做到如此高的解析度，目前來看，達到這樣水平的顯示器還沒有出現。不過即使有，這種產品或者設計也只是浪費顯示解析度。因為根據人類視覺特性，視場周邊區域的靈敏度遠比中心區域低，這正是Varjo技術設計的理念前提。

Varjo沒有使用超高解析度的顯示器，而是開發了另一種技術，它們將解析度為FHD的Micro-OLED顯示屏疊加在1440 x 1600 AMOLED的主顯示屏上。AMOLED顯示器稱為「背景」屏幕（Context Screen），可以提供大約87度的視野。這兩種顯示器沒有任何持續性的干擾人類視覺系統的不良視覺效果。這裡「背景」屏幕的設計是用來為我們提供視場周邊信息的，不過，這些周邊信息的顯示解析度和許多其他頭戴式VR設備視場中心的顯示解析度一樣。

在這個「背景」屏幕的上側，如前述疊加了一片稱為「焦點屏幕」的Micro-OLED顯示屏，它為我們視覺系統的中心部分提供信息輸入，也就是提供視場中心的畫面。這種顯示器，可以提供每度約60個像素的解析度。結合「背景」屏幕對視場周圍信息的顯示，就實現了我們常說的20/20視覺效果（20/20 vision）。Varjo將這種疊加設計的顯示裝置專業地稱作「仿生顯示（Bionic Display）」，這個術語很好地說明了其與人類視覺系統的關係。或許某些人眼會有更高的解析度，不過他們肯定只佔總人數很小的一部分。換句話說，大多數人會認為這種產品顯示的畫面很「真實」。

在「背景」屏幕上疊加第二片顯示屏，看起來很簡單，不過要知道我們的眼睛是在不斷移動的。如果焦點屏幕僅固定在頭戴式VR設備的中心，肯定會嚴重影響觀看體驗，最終導致眼睛疲勞和其他視覺偽影。Varjo正在使用眼動追蹤技術將焦點屏幕定位在眼睛的視場中心位置。這個定位動作必須以高精度和非常快的速度完成，Varjo聲稱其目前能做到的精度小於1度，不過他們需要在顯示器顯示一幀畫面的時間內完成定位，這樣才可以避免圖像模糊。

總而言之，這種設計聽起來真得很棒，有幾位測試人員反饋說結果令人驚嘆。我也希望有機會嘗試下效果，不過最終我們還是要看看它的效果是否可以兌現。

缺點

從技術角度來看，這項技術讓我們看到了今天還沒有發生的一些事情。使用兩個疊加顯示器的設計當然很聰明，但不過這也增加了整個系統的複雜性和對空間的要求。在如下顯示器的分解視圖中，你可以看到有幾個組件會讓該頭戴式產品在體積上比其他產品更大，大的尺寸會讓外形設計變得很困難。

Varjo的視角（87度）比其他主流的VR頭顯小（VIVE Pro是110度），與其說是展望了遼闊的世界，不如說是通過輪船的「圓窗」觀測世界。但是，Varjo以各式各樣的「畫布」作為「交換條件」，為我們提供了高像素密度的體驗。據Varjo透露，也有用戶理解並接受這個Trade-off。但是，考慮到價格，應該也有用戶不這麼想了吧。

在整個視野角度下，Varjo VR-1無法達到每度視野角60多個像素的視網膜級別的解析度。能提供這個解析度的只有顯示器的中心部分，不過，用戶一直凝視的時候，基本上所有的物體都在這個範圍內。顯示屏其他部位的解析度默認為每度視野角有16個像素。這是和HTC VIVE Pro一樣的解析度。此外，在顯示屏的高解析度部分，VR-1的視線追蹤功能並不追蹤視線，所以用戶必須調整所有物體到中心部分。筆者在體驗VR-1時，沒有在意中心部分和端部的差異，但其缺點依然存在。「Bionic」顯示屏如果再大一些，或者，在中心部分也有視線追蹤功能就好了。

混合現實（MR，Mixed Reality）到來了

Varjo VR-1還具有更換面板（Face Plate）的功能，總之，這款頭顯不僅是VR,也是MR。Varjo力求在2019年夏季發售，也在致力於開發MR這一附加功能。根據這一附加組件而添加感測器，VR-1的體驗堪與HoloLens、「Magic Leap」競爭（不過VR-1的價格要貴得多）。雖然不知道MR是如何融入頭顯的，但是，Varjo以與VR相同的87度視角力求實現MR, Varjo如果可以做到這一點，它將比Magic Leap和HoloLens更優秀。