VR眼镜，EM3的超轻薄秘密与未来“大计”

    文／VR陀螺 小钻风
    一直以来，价格、轻薄、清晰度、内容等都被视为VR大规模在C端普及的核心因素，其中轻薄几乎是所有硬件公司现阶段排在首位解决的问题。
    而想让VR头显变得轻薄，目前业内比较主流的方案都是短焦，也就是Pancake折叠光路实现的轻薄化产品。我们从今年发布的新品也能看出一些端倪，包括Meta（Facebook）的Cambria以及松下、和硕3M、arpara、傲雪、HTC VIVE FLOW等等VR新品不约而同都采用短焦方案。可以预见，接下来的几年会是短焦的主场。
    但轻薄的VR眼镜唯有依靠Pancake吗？虚拟现实技术公司EM3（北京意链科技）给了“超纲”的答案，他们用一款非短焦光学方案的VR眼镜，刷新了VR产品领域对轻薄一词的认知。
    
    EM3 Ether VR眼镜
    厚度6．8mm，重量仅35g，探索VR眼镜轻薄极限 
    今年5月，EM3发布首款AR眼镜STELLAR，其轻薄、炫酷的造型已十分接近普通墨镜。不过仅仅半年，EM3再次对外公布一款代号为Ether的超薄VR眼镜原型机，轻薄程度甚至超出了大家对VR眼镜的认知。
    
    图源：EM3
    看到Ether的第一瞬间不由得感叹“太酷了！”简直不敢相信这是一个VR眼镜。
    眼镜整体采用黑色哑光材质，外型设计极其简约，弧形镜框一气呵成，镜框类似Google Glass极其轻薄简约，酷似科幻电影中特工的黑科技眼镜。
    与普通眼镜左、右眼严格分为两块镜片不同，从外侧看，Ether左右镜片连成一片，左、右镜腿为一体式设计，置于眼镜顶部。眼镜正前方左侧纵向排列着两枚摄像头，据了解可用于全彩透视。
    
    图源：EM3
    据了解，Ether整机厚度仅6．8mm，重量仅35g（含镜腿），这也是至今为止陀螺君所知的最为轻薄的VR近眼显示设备。此外，其内置两块Micro－oled微显示屏，单眼分辨率达2．5K，并且可实现90°大视场角（下一个迭代版本有望提升至110°）。
    不论是体积重量还是显示参数，其都远比现在市场上的大部分VR产品要更胜一筹。
    此外，该设备据称还能够支持1000度的屈光度调节，无需额外搭配近视镜片，方便近视人群使用。
    为了保证眼镜极度轻薄，因此Ether采用了分体式设计，可通过Type－C接口连接计算单元或者手机、PC，加上内置的六轴轴陀螺仪，可以观看全景视频或者体验轻度的VR互动内容。
    据EM3 COO 袁野称，这款原型更多是探索VR眼镜厚度极限，根据需求可在其基础上增加传感器来支持Slam定位、裸手交互功能，整体重量也可控制在55克以内。
    在探索VR头显轻薄化的路上，前有华为VR Glass，将产品厚度降至26mm左右，重量166g；Meta也在前几年的OC（Oculus Connect大会，后更名Facebook Connect大会）上多次公开其短焦产品Half Dome的进展，在历经三代之后，也终于将在明年发布其最新的Cambria产品。
    
    Facebook Half Dome原型机
    从目前已曝光的视频以及官方公布的信息来看，Cambria采用的也是Pancake光学，其厚度似乎相比Quest 2缩小一半以上，猜测其重量将超过200g（Quest 2重量为507g）。
    
    Cambria
    HTC Vive也在不久前发布其最新的短焦VR产品——Vive Flow，相对于Vive之前的所有VR产品都要更轻薄，厚度和重量都降低了三分之二。
    
    Vive Flow
    几乎所有VR硬件企业都在解决VR头显轻薄化的问题，而为了在这么多巨头都在重金投入的赛道上，EM3这家初创公司为何能脱颖而出，实现巨头都没有做到的事？
    轻薄秘诀：利用全息技术控制每一条入眼光线的相位 
    据VR陀螺了解，目前VR头显的光学主要分为三种，采用菲涅尔透镜的“大个头”形态、多层透镜折射式光学以及折叠光路Pancake方案，三种形态各有优劣，并且体积从大到小，即便是最薄的Pancake方案厚度也有25mm左右，再往下降极其困难。
    
    图源：VR陀螺
    Ether这款VR头显为何能如此轻薄？据袁野透露，实现这样轻薄效果的光学方案，并非“瘦身良器”短焦，更非菲涅尔透镜，而是其自研的“NEO－M 超薄透镜”。
    眼睛与屏幕之间需要一定距离才能实现对焦。所以通常来说VR头显通过一组凸透镜实现成像，需要保持屏幕与人眼50mm以上的间隔才能看清屏幕，菲涅尔透镜方案的VR头显大多如此。
    而基于Pancake技术方案的VR眼镜，图像源进入半反半透功能的镜片之后，光线在镜片、相位延迟片以及反射式偏振片之间多次折返，最终从反射式偏振片射出，比如华为VR Glass通过3次折叠从而让眼镜体积大幅缩小。虽然折叠光路能缩小体积，但由于每折叠一次都会50％亮度，因此需要高亮度屏幕（需达到2000尼特），但屏幕亮度高又会带来相应的功耗和发热，因此仍然有许多亟待解决的问题。
    
    图源：VR陀螺
    Ether厚度仅6．8mm，屏幕几乎就在眼前。正常来说是几乎不可能看清屏幕，就如手机屏幕直接贴在眼前，眼睛完全无法聚焦。
    EM3用一组实验图片展示了NEO－M的成像效果，实验用一部手机屏幕作为图像来源，另一部手机的摄像头模拟人眼，当镜头距离手机200mm时，可以清晰地看到屏幕上的内容；而当镜头距离屏幕15mm时，屏幕一片模糊，镜头完全无法聚焦；而当镜头与屏幕之间加上一层EM3研发的超薄透镜后，即便在极限微焦距离也能够清晰成像。
    
    图源：EM3
    这款“超薄透镜”所利用的光学原理与传统透镜甚至是短焦的光学方案并不相同，它利用亚波长体结构堆叠、让光产生衍射从而改变方向，可以将其简化理解为“衍射透镜”。
    据袁野介绍，“传统透镜利用折射来汇聚光线，当屏幕离眼睛太近时，屏幕边缘的光线超出了透镜折射能力，无法准确地进入人眼，从而导致图像模糊，并造成视野损失。而衍射技术能让光路进行大幅度的改变，即使是距离很近，也可以清晰成像，并保证足够大的FOV。“
    这一套原理听起来不难理解，但实现难度非同一般。
    “我们要对每一条光线的路径进行控制，通过设计体衍射器件去对其光路进行调节。对于色散、衍射透镜的离轴畸变等理论设计问题、以及电子束加工工艺等重要问题，无论是仿真计算还是生产工艺的优化，都需要调动巨大的研发资源。我们在很久之前就开始了相关研究，历经多种技术方案。但是图像级产品的要求是极其苛刻的，最终公司基于在车载显示方面的长期技术积累基础上、形成新方案，并在今年年初实现了技术突破。“我们也希望在不远的未来，配合高亮度micro LED面板，该技术在AR显示方面应用落地。
    袁野表示，目前核心的光学器件已经达到了量产标准，但真正投入市场，还需要解决产品定义和诸多工程问题。
    “轻薄毫无疑问是VR设备的关键，但我们认为光有轻薄不足以成为用户买单的理由，目前这款原型机更多是为了验证光学系统的能力，接下来我们会进一步明确产品的场景用途，把轻薄的价值发挥到最大。我们确实也看到了不少难点，比如目前这么轻薄的机身已经很难再塞入更多的传感器和电路板，产品的散热、耐用性等等也都需要经过严格的测试，这些工作都在紧锣密鼓地推进中，预计会在2022年推出第一个量产版本。”
    目标：软硬一体，改变人们未来社交方式  
    不得不说Ether这款产品形态令人欣喜，作为VR硬件领域的后起之秀，EM3可以说是一鸣惊人，接下来只需静静等待这款产品上市。
    虽然目前EM3对外公布的产品以硬件为主，但他们并没有把自己定位成一家纯硬件公司。
    在之前VR陀螺与EM3的对话中创始人曾经提到，“EM3的硬件是为了人与人的沟通这个场景而设计。”
    袁野也表示，Ether定位并非观影，研发硬件产品也只是其未来计划中的一环而非全部。
    硬件方面如今已经积累了STELLAR、Ether等产品，而在软件方面，据了解EM3正在构建一个名为HOLA的跨平台系统，目标是改变未来人们的社交方式，就像Facebook的Horizon一样。
    定位VR社交，很意外EM3对于现在爆火的“元宇宙”持比较冷静的态度。对于元宇宙和虚拟世界，EM3显然有自己的看法和规划：
    “我们的初衷并不是创造一个乌托邦，让你逃离这个世界，沉浸在一个新的世界，而是希望利用虚拟技术帮你把现实生活过得更好，解决生活中的问题，其实还是在围绕真实生活中的交叉点和真实生活去做补充。”
    “所以我们做的所谓的社交平台，并非像《我的世界》一样去搭建一个想象世界，而是希望能够还原真实的社交方式，希望想见面的时候用这种方式去见面，这是我们目前的对于这套系统，包括对于Metaverse的理解，它是对于现实世界的补充，而不是一个替代或者说是一个另外的东西。”
    据了解，HOLA围绕远程沟通和虚拟社交展开，AR更多关注【人－信息－机器－人】之间的交互，而VR关注【人－信息－环境－人】之间的交互，这两者的主要区别在于，你是更想在现实场景的数字孪生中和对方沟通、并发起与感知器执行器（机器）的交互，还是需要和其他人一起进入一个虚拟的场景进行人和人之间的交互。
    在这样的愿景下，从某种程度上也影响了EM3产品的形态，以及硬件各个版块的优先级。在社交场景下，包括远程协同的场景下，裸手可能是一个更好的交互方式，同时，也需要好的算力与电力支持，所以Ether选择了分体式设计。
    
    图源：EM3
    “硬件服务于场景”，袁野表示，硬件形态差异的背后，是用法与性能之间的平衡，同时也是基于用户需求优先层级做出的选择。不同使用场景下，设备的偏好性能有差异。比如VR游戏，对灵活性、大范围移动的要求比较高，无线一体机就是一个好的选择。
    如果是更为严肃的应用场景，比如开会，一体机的形态反而会带来一些板短。因为无论是办公、社交，还是教育，并不需要大范围的移动，同时手柄过于面向游戏，在上述场景下，裸手交互以及分体机的形态，或许会是更自然和稳健的选择。
    以目前的技术能力，包括处理器、显卡、芯片等技术还没有办法做到调和算力、续航等多方面的需求。因此不同的目标用户，不同的应用场景，决定了厂商会选择怎样的形态。
    在其看来，“从EM3的角度来出发，是希望未来能够自己做出一个虚拟世界，并且把硬件融入到呈现世界的这样一个终端载体上去。而硬件的形态，无所谓VR或AR或MR。”