蘆偉

光場(chǎng)解決虛擬現(xiàn)實(shí)困境

Magic Leap成立于2011年，在2014年10月谷歌牽頭對(duì)它進(jìn)行了5.42億美元投資后名聲大振，在此之前大部分人甚至都沒(méi)聽(tīng)過(guò)這家公司。2016年2月Magic Leap又完成了C輪融資，金額7.94億美元，由阿里巴巴領(lǐng)投，谷歌與高通風(fēng)投公司參投，F(xiàn)idelity Investments、JP摩根、摩根斯坦利、T Rowe Price也投入了部分資金。

完成這輪融資后，Magic Leap的估值已達(dá)45億美元。拿到大筆的錢(qián)后的Magic Leap依然顯得很神秘，很少接受媒體采訪，沒(méi)發(fā)布過(guò)、甚至沒(méi)演示過(guò)任何產(chǎn)品，唯一做得只是展示了幾個(gè)DEMO視頻而已，但大家對(duì)它的期待仍然很高。不久前Magic Leap創(chuàng)始人羅尼·阿博維茨首次向外透露，Magic Leap至今已經(jīng)花了10億美元開(kāi)發(fā)原型設(shè)備，并正投資1.5億美元在佛羅里達(dá)建造生產(chǎn)線，最快會(huì)在未來(lái)18個(gè)月推出產(chǎn)品。

Magic Leap的產(chǎn)品與當(dāng)前市面上的虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品最大的不同就是采用了光場(chǎng)技術(shù)，Magic Leap官方的說(shuō)法是“數(shù)字光場(chǎng)顯示（Dynamic Digitized Lightfield Signal）技術(shù)”。其能呈現(xiàn)比 Oculus Rift 更具現(xiàn)實(shí)感的 3D 體驗(yàn)，可將虛擬圖像直接用光場(chǎng)的形式投射在人的視網(wǎng)膜上，而用戶除了能看到虛擬圖像，還能感知其位置，這種體驗(yàn)如同建立在真實(shí)世界之上，且不會(huì)產(chǎn)生任何不適感。這正好解決了目前虛擬現(xiàn)實(shí)所面臨的一些問(wèn)題。

眾所周知，傳統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)是通過(guò)雙目視差的方法來(lái)產(chǎn)生3D景深效果，這會(huì)造成成像不逼真，無(wú)法實(shí)現(xiàn)看遠(yuǎn)處景物清晰則近景模糊、看近景清晰則遠(yuǎn)景模糊這一效果，不符合自然人眼接收?qǐng)D像的規(guī)律。長(zhǎng)時(shí)間佩戴這種技術(shù)的VR設(shè)備，沉浸感不足，會(huì)導(dǎo)致大腦產(chǎn)生混亂，從而產(chǎn)生疲勞眩暈等感覺(jué)，一些人甚至?xí)霈F(xiàn)惡心、嘔吐等不適癥狀。如果按照現(xiàn)有的虛擬實(shí)現(xiàn)成像原理這些問(wèn)題是無(wú)法得到很好解決的，這也是造成2016年虛擬現(xiàn)實(shí)先火后冷的主要原因之一。

但隨著光場(chǎng)技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)面臨的技術(shù)困境有望得到解決。這種技術(shù)可讓使用者實(shí)現(xiàn)接近真實(shí)的立體視覺(jué)，讓眼睛能以更舒適情況體驗(yàn)高清晰度、大視場(chǎng)角的虛擬實(shí)境呈現(xiàn)效果，避免了用戶在佩戴過(guò)程中產(chǎn)生頭暈、嘔吐等不適的情況，給虛擬現(xiàn)實(shí)用戶帶來(lái)更好的體驗(yàn)效果。

什么是光場(chǎng)

那么到底什么是光場(chǎng)呢？所謂光場(chǎng)，就是指光在每一個(gè)方向通過(guò)每一個(gè)點(diǎn)的光量，自由空間中某一點(diǎn)沿著一定方向的光線輻射度值，該空間所有的有向光線集就構(gòu)成了光場(chǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)。簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)，光場(chǎng)就是指定空間內(nèi)所有光線信息的總和，包括顏色、光線亮度、光線的方向、光線距離等等。光場(chǎng)技術(shù)除了可以像普通屏幕那樣顯示基本的圖像信息外，還能顯示景深信息，因此可以避免視覺(jué)系統(tǒng)的失衡和暈動(dòng)癥的產(chǎn)生。通過(guò)光場(chǎng)顯示技術(shù)，人們可以真正感受到畫(huà)面物體間的相對(duì)距離，比如看遠(yuǎn)處的物體時(shí)，近處的物體會(huì)因?yàn)檠矍蚴Ы苟：唇飼r(shí)，遠(yuǎn)景也會(huì)被虛化，從而更接近真實(shí)的觀看體驗(yàn)。

光場(chǎng)并不是Magic Leap造出來(lái)的新概念，其早在上世紀(jì)80年代就已經(jīng)開(kāi)始受到一些科研機(jī)構(gòu)的關(guān)注，并展開(kāi)了持續(xù)的研究。但由于光場(chǎng)技術(shù)涉及多個(gè)交叉學(xué)科，技術(shù)難度高，因此發(fā)展并不快。光場(chǎng)相機(jī)應(yīng)該算是近年來(lái)光場(chǎng)技術(shù)最商品化的應(yīng)用了，其中最為知名的光場(chǎng)相機(jī)廠商為L(zhǎng)ytro。

光場(chǎng)相機(jī)廠商轉(zhuǎn)型

Lytro是一家位于硅谷的科技公司，2006年創(chuàng)立，它的核心業(yè)務(wù)就是銷售光場(chǎng)相機(jī)。利用光場(chǎng)技術(shù)原理，Lytro推出的光場(chǎng)相機(jī)能夠完整地記錄光場(chǎng)信息，拍照后可以任意地調(diào)整照片焦點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)“先拍照后對(duì)焦”的效果。與普通數(shù)碼相機(jī)相比，光場(chǎng)相機(jī)拍照的時(shí)候只需要考慮構(gòu)圖即可，不需要對(duì)焦，無(wú)論拍的照片模糊與否，只要在相機(jī)的焦距范圍內(nèi)，對(duì)焦點(diǎn)可以在拍完之后隨意選擇，因?yàn)橄鄼C(jī)在拍照的時(shí)候就把焦距范圍內(nèi)所有光學(xué)信息都記錄在內(nèi)了。

此外，由于采用與數(shù)碼不同的成像技術(shù)，光場(chǎng)相機(jī)沒(méi)有數(shù)碼相機(jī)上復(fù)雜的聚焦系統(tǒng)，整體體積較小，操作也比較簡(jiǎn)單；同時(shí)由于不用選擇對(duì)焦，拍攝的速度也更快。但光場(chǎng)相機(jī)也有不足，就是由于紀(jì)錄了太多信息，照片的容量比較大。2011年6月，Lytro在獲得5000萬(wàn)美元投資后推出了第一款光場(chǎng)相機(jī)，然而照片的質(zhì)量不佳，受到了用戶和媒體的批評(píng)。2014年7月，Lytro又推出了第二代產(chǎn)品Lytro Illum。

針對(duì)前代產(chǎn)品出現(xiàn)的畫(huà)質(zhì)問(wèn)題，Lytro Illum采用4，000萬(wàn)像素鏡頭和f/2.0大光圈來(lái)提升照片質(zhì)量，同時(shí)還配備大量實(shí)體按鍵來(lái)改善相機(jī)的易用性。然而問(wèn)題依舊沒(méi)有得到很好解決，因?yàn)長(zhǎng)ytro Illum實(shí)際拍照時(shí)的有效像素有限，導(dǎo)致照片畫(huà)質(zhì)提升不高，實(shí)際效果甚至不如高端智能手機(jī)。更嚴(yán)重的是，Lytro Illum還暴露出新的問(wèn)題，由于配備了高像素、大尺寸鏡頭，成像速度非常緩慢。

而此時(shí)，相機(jī)市場(chǎng)已經(jīng)開(kāi)始不斷萎縮，智能手機(jī)取代數(shù)碼相機(jī)成為超級(jí)終端的趨勢(shì)十分明顯。其他曾經(jīng)涉足光場(chǎng)相機(jī)的廠商要不已銷聲匿跡，要不已放棄轉(zhuǎn)做其他項(xiàng)目，備受產(chǎn)品市場(chǎng)不佳和成本控制等問(wèn)題的Lytro也開(kāi)始尋求轉(zhuǎn)型。

當(dāng)時(shí)市場(chǎng)對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)正在產(chǎn)生興趣，但視覺(jué)上的不適感一直沒(méi)有找到合適的解決辦法。對(duì)此斯坦福大學(xué)進(jìn)行了研究，他們認(rèn)為光場(chǎng)技術(shù)或許可以改善虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的這個(gè)缺陷，不久后其公開(kāi)了一臺(tái)原型機(jī)，稱該設(shè)備通過(guò)一種創(chuàng)新型疊加顯示來(lái)獲得自然光場(chǎng)，從而可有效降低VR暈動(dòng)癥的影響。

受此啟發(fā)，Lytro決定試水虛擬現(xiàn)實(shí)，2015年11月發(fā)布了名為L(zhǎng)ytro Immerge的VR攝像設(shè)備。Lytro Immerge外觀看起來(lái)像一個(gè)安裝在三腳架上的沙灘球，這一設(shè)備中包含數(shù)百個(gè)微小鏡頭和圖像傳感器，可以捕捉和記錄周圍的影像。但與其他VR設(shè)備不一樣的是，除了記錄色彩和光線強(qiáng)度，Lytro Immerge還會(huì)記錄光線的行進(jìn)方向，這就是Lytro賴以成名的光場(chǎng)技術(shù)，這一技術(shù)能幫助VR開(kāi)發(fā)者記錄諸如景深、光線方向等更多信息，也能夠構(gòu)建更逼真的效果。

Lytro Immerge不僅可以讓VR場(chǎng)景變得更加清晰和立體感，用戶還可以在這個(gè)VR場(chǎng)景中走動(dòng)，雖然這個(gè)由Lytro Immerge創(chuàng)造的能四處行走的VR空間大概只有一個(gè)立方米左右，但這樣的行走效果過(guò)去一般只能通過(guò)電腦生成素材，且場(chǎng)景的逼真程度很有限。Lytro希望能夠創(chuàng)建一個(gè)端到端的VR系統(tǒng)：它包含一個(gè)光場(chǎng)技術(shù)的攝像頭陣列、專用的服務(wù)器和編輯工具、存儲(chǔ)在云端的流信息、以及為已經(jīng)購(gòu)買(mǎi)了各種頭盔的終端用戶使用的App。

蓄勢(shì)啟動(dòng)

光場(chǎng)技術(shù)對(duì)于目前稍顯疲軟的虛擬現(xiàn)實(shí)可謂是利好，對(duì)于光場(chǎng)技術(shù)本身來(lái)說(shuō)，也終于找到了用武之地。如今國(guó)外不少公司，如Magic Leap、Lytro、NextVR、OTOY、MicroVision等都在積極推進(jìn)光場(chǎng)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程，而國(guó)內(nèi)公司在此方面也毫不放松，緊緊相隨，這其中包括蟻視科技，光場(chǎng)視覺(jué)公司等。

據(jù)推測(cè)，Magic Leap投資1.5億美元建立的生產(chǎn)線最先推出的可能是頭戴式光場(chǎng)顯示器，但最終產(chǎn)品應(yīng)該是一副眼鏡。當(dāng)戴上設(shè)備后，它會(huì)阻擋視野，硬件直接將圖像投射到視網(wǎng)膜。在半透明的眼鏡內(nèi)有一套光學(xué)系統(tǒng)，圖像通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)投射。產(chǎn)品不會(huì)傷害眼球，當(dāng)觀看時(shí)，產(chǎn)品不會(huì)強(qiáng)迫用戶盯住屏幕，而是像平時(shí)觀察世界一樣觀看。硬件持續(xù)收集信息，掃描房間中的物件，傾聽(tīng)聲音，追蹤眼球動(dòng)作，觀察手部移動(dòng)。最終虛擬環(huán)境中的對(duì)象可以理解環(huán)境，可以與真實(shí)世界互動(dòng)。

NextVR目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了光場(chǎng)攝像技術(shù)，配備了光場(chǎng)技術(shù)的鏡頭，可以同時(shí)捕捉到整個(gè)背景的光場(chǎng)，拍攝的圖像可以隨意改變焦點(diǎn)，移動(dòng)視角，相當(dāng)于捕捉了某個(gè)瞬間的全部影像。而這意味著，當(dāng)我們?cè)谶@種鏡頭拍攝的影片中移動(dòng)時(shí)，圖像也會(huì)隨之變化，感受起來(lái)就像在一個(gè)真實(shí)的世界中行走。這大大提高了虛擬現(xiàn)實(shí)的浸入體驗(yàn)，并且不管在哪個(gè)角度，這種體驗(yàn)都不會(huì)失真。

OTOY是一家專注于光場(chǎng)數(shù)據(jù)渲染與壓縮的公司。由于VR畫(huà)面需要后期進(jìn)行大量圖形渲染，而光場(chǎng)技術(shù)恰好可以將真實(shí)拍攝和虛擬構(gòu)造的3D信息進(jìn)行數(shù)字化保存，因此可以通過(guò)后期處理，讓VR電影和VR游戲達(dá)到最逼真的效果。不過(guò)想得到優(yōu)秀的渲染畫(huà)面，同樣要付出代價(jià)，撇開(kāi)光場(chǎng)設(shè)備的價(jià)格不說(shuō)，光是拍攝文件的大小已經(jīng)讓現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)帶寬吃不消了。龐大數(shù)據(jù)量導(dǎo)致存儲(chǔ)和傳輸出現(xiàn)困難，不利于光場(chǎng)技術(shù)的有效普及。不過(guò)OTOY公司宣稱，通過(guò)他們的復(fù)雜算法壓縮后，僅僅需要1.5Mb/s的速度就可以對(duì)單個(gè)演員的光場(chǎng)信息進(jìn)行傳輸，就連智能手機(jī)也完全能勝任這項(xiàng)艱巨的任務(wù)。

國(guó)內(nèi)方面，蟻視科技早在2012年就光場(chǎng)相關(guān)技術(shù)申請(qǐng)了國(guó)際專利。蟻視科技的創(chuàng)始人覃政表示：光場(chǎng)顯示技術(shù)，通俗一點(diǎn)說(shuō)就是它能同時(shí)呈現(xiàn)多個(gè)顯示平面。目前蟻視的光場(chǎng)顯示技術(shù)已經(jīng)能同時(shí)顯示10個(gè)平面，因而能夠顯示出具有連續(xù)體積感的實(shí)體，在空氣中產(chǎn)生全息的效果。蟻視的光場(chǎng)眼鏡，有一個(gè)明確的要點(diǎn)，就是圖像的顯示效果一定要真實(shí)逼真。透過(guò)眼鏡看到的虛擬場(chǎng)景和真實(shí)場(chǎng)景，都是由計(jì)算機(jī)處理過(guò)的，因此看起來(lái)效果是一樣的。而傳統(tǒng)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)或透過(guò)式顯示技術(shù)，顯示出來(lái)的虛擬圖像，一般都是半透明地浮在空中的，而且亮度極高。利用蟻視的光場(chǎng)顯示技術(shù)，就有可能顯示出亮度跟自然物體一樣的虛擬物體，因而真正能做到分不清真實(shí)和虛擬。

前不久，光場(chǎng)視覺(jué)公司剛剛發(fā)布了光場(chǎng)眼鏡這一品牌LOGO，不過(guò)產(chǎn)品并未亮相。光場(chǎng)視覺(jué)CTO王一中表示這款產(chǎn)品目前還在進(jìn)行最后的完善中，預(yù)計(jì)明年春節(jié)后將會(huì)推出開(kāi)發(fā)者版本。這款光場(chǎng)眼鏡能夠達(dá)到視網(wǎng)膜級(jí)清晰度、無(wú)色散、不失真、最高可達(dá)150°+的全視野VR沉浸感和AR真實(shí)感，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)VR/AR模式切換，即是VR又是AR，重量方面最低可以做到80克左右，可適合長(zhǎng)時(shí)間佩戴。

商業(yè)化尚需時(shí)日

雖然目前各個(gè)光場(chǎng)技術(shù)廠商都摩拳擦掌，不少投資者也紛紛下注投入，但要實(shí)現(xiàn)光場(chǎng)技術(shù)在虛擬現(xiàn)實(shí)的商品化、產(chǎn)品的規(guī)?；源嬖谝恍├щy。原因在于：首先，光場(chǎng)數(shù)據(jù)量太大，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸都將面臨問(wèn)題，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)帶寬還無(wú)法實(shí)現(xiàn)流暢的光場(chǎng)內(nèi)容分享。好在已有一些廠商如OTOY等正在研發(fā)壓縮光場(chǎng)技術(shù)，試圖降低數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量，但實(shí)際效果還有待考證；其次，光場(chǎng)顯示的計(jì)算量也是是傳統(tǒng)2D影像的好幾倍，現(xiàn)有的移動(dòng)端通用處理器難以負(fù)擔(dān)如此大的計(jì)算量，現(xiàn)階段的光場(chǎng)處理仍然依賴電腦，小型化便攜性實(shí)現(xiàn)困難，除非設(shè)備體積和光場(chǎng)顯示效果之間尋找平衡點(diǎn)，才能在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)小型化；第三，除了光場(chǎng)效果影像需要大量硬件資源來(lái)進(jìn)行渲染，堆棧式的屏幕也需要更高的分辨率和更強(qiáng)的背光。這就是為什么Magic Leap花了十億美元至今仍推不出一個(gè)成形產(chǎn)品，Lytro在2015年11月就發(fā)布了VR光場(chǎng)攝影機(jī)Immerge，但等了接近一年后的2016年9月才展示了Immerge拍攝的第一支樣片的根本原因。然而即使如此，大家仍然對(duì)光場(chǎng)技術(shù)充滿期待，因?yàn)樗粌H對(duì)于VR虛擬現(xiàn)實(shí)，對(duì)于AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、MR混合現(xiàn)實(shí)的發(fā)展同樣意義重大，雖然商業(yè)化還面臨困難，但仍然值得等待和投入。相信過(guò)不了幾年，光場(chǎng)必將擔(dān)當(dāng)大任。