VR硬件进化史：从“盒子”到“笼子”

    从VR谈到VR硬件 ?
    VR全称为Virtual Reality，翻译成中文就是虚拟现实。从理论上来讲，VR是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，使用户沉浸到该环境中。
    要想体验VR就得用到VR硬件，自从2016年国内诸多VR企业发布新品，VR开始走进国人的视野，时至今日VR硬件经历过多次的迭代升级，用户体验也获得了显著的改善，本期的万花筒将带你了解VR硬件的进化史。??
    外观：从“盒子”到“笼子”
    早期的VR硬件很简单，消费者动手能力强的话，在家拿个纸盒子经过一番改造，配合手机就能低成本体验到“极为先进”的前沿VR科技，以谷歌的Cardboard为代表。
    据悉，Cardboard纸盒内包括了纸板、双凸透镜、磁石、魔力贴、橡皮筋以及NFC贴等部件。按照纸盒上面的说明，几分钟内就组装出一个看起来非常简陋的玩具眼镜。凸透镜的前部留了一个放手机的空间，而半圆形的凹槽正好可以把脸和鼻子埋进去。
    虽然Cardboard只是一副简单的3D眼镜，但这个眼镜加上智能手机就可以组成一个虚拟现实（VR）设备。要使用Cardboard，用户还需要在Google Play官网上搜索Cardboard应用，当时下载安装这个大小为70多M的应用。
    可能是纸盒太过廉价，拉低了VR硬件的逼格，于是经过国内外厂商的改良，纸盒摇身一变成了盒子，其中最有名的是暴风影音的暴风魔镜。
    2014年暴风影音发布了第一代暴风魔镜，售价为99元。用户可以借助其并通过APP，实现对手机上视频内容的3D效果观看，通过迅速迭代产品加上处在虚拟现实的风口，回归A股市场的暴风影音，40天上了37次涨停板，市值超过400亿，成为一代妖股。
    
    无论是Cardboard还是暴风魔镜，它们的用户体验并不好，因为严重依赖手机，晕眩、发热等问题的存在，让身为盒子的VR硬件在用户过了一把“新鲜感”之后，迅速吃灰。
    随着时间的发展，VR硬件从机＋盒子分离，走向了一体化，出现了VR头显一体机，比较有代表性质的是Meta的Quest 2。
    Quest 2采用纯白色机身设计，机身采用全塑料材质，头戴材料为布质，搭载高通骁龙XR处理器，辅以6GB内存，配备USB－C插槽端口用于充电，头显底部设置了音量键，电源按钮位于头显右侧，目前售价为399美元起（早先售价是299美元，至于涨价的原因，可以参见我们往期的《锐评 ｜ 晚买没折扣！Meta Quest 2涨价的背后不简单》）。
    
    得益于Meta的烧钱补贴硬件与砸钱做生态，Quest 2的全球销量已经突破了一千万台。根据IDC发布的报告显示，2022年第一季度全球VR头显出货356．3万台，其中Quest 2的份额占全球VR市场的90％，IDC还预计自从2020年9月正式发售以来，VR一体机Meta Quest 2的全球累计销量已经达到了1480万台。
    要说Quest 2的用户体验如何，也算是仁者见仁智者见智，不过有一点可以肯定，无论从性能还是沉浸感体验度，VR一体机跟先前的Cardboard、暴风魔镜们相比，已经提升了N个档次。
    尽管如此，Quest 2却没法带来人体感官上真实性的体验，所以就出现了比较激进的“笼子”——STEPVR的国承1号。
    相比起一般的VR硬件，国承1号由高性能PC计算单元、只有150g的轻薄头显、震动马甲、动捕手套及全向运动系统的＂套装＂组成，用户可以在约3平米的“笼子”内体验虚拟世界，实现虚拟世界视觉、听觉、触觉、嗅觉及前庭平衡感觉＂五感＂的真实还原。
    
    据官方透露，国承1号这个“笼子”已经批量生产，陆续进入新加坡、韩国市场，第一批产品已快速售罄，并完成交付。目前，该产品正逐步进入国内的社区、商场、体育馆、轰趴馆等场所，如果你在游玩的过程中，碰到了“笼子”，不妨进去体验试试。
    看到这里，你可能在祈祷希望“笼子”不是VR硬件的终极形态，在笔者看来VR硬件的终极形态可能会跟脑机接口结合起来，类似于《刀剑神域》里面的NERvGear。
    据了解，NERvGear是由电子机械制造商ARGUS开发的一款戴在头上的头显设备，能够控制人类的脑神经连接虚拟世界，使得人类终于实现了完全的虚拟实境。
    光学方案：
    从单透镜到Pancake透镜
    市场上的VR头显最先使用到的是单透镜，通过单透镜来改变入射光的形态，再将入射光透过人眼的晶状体，进而改变物体距离人眼7cm以内所发生的失焦，比较有代表性质的产品是索尼的PS VR。
    接下来是菲涅尔透镜，又叫做螺纹透镜，它大多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，也有玻璃制作的，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆，它的纹理是根据光的干涉及扰射以及相对灵敏度和接收角度要求来设计的。相较于单透镜，菲涅尔透镜更轻更薄，但焦距不变，整机总厚度变化不大，代表产品是Oculus Rift S。
    
    最后是Pancake透镜，据中信、光大研报介绍，Pancake是一种折叠光学方案，其利用光的偏振特性，通过半透半反膜、反射偏振片等使光在光学模组中反射多次，达到“折叠”光学路径的目的，能够大幅降低VR头显重量及尺寸，通过调整透镜组位置来直接调节屈光度，极大地方便了近视用户，比较有代表性质的产品的YVR 2。
    图像能力优秀，畸变小，支持屈光度调节，又能通过减重和缩小体积提升VR头显的佩戴舒适度，预计拥有这些优势的Pancake透镜将会成为下一代VR头显的首选光学方案。
    
    定位方式：
    从Outside－in到Inside－out
    VR硬件由于其具备沉浸式的体验，使得其带上后，人们游戏中的一番“手舞足蹈”的操作会对现实的事物造成影响，为了将影响降到最低，于是就需要一种定位方式，告诉沉浸在VR硬件中玩耍的人，别“越界”了，类似于电子围栏。
    最初的定位方式是Outside－in，它需要在环境中布置定位器，实现从外到内的位置计算，比较典型的是HTC Vive，它的Lighthouse室内定位技术使用的是红外激光定位，基本原理就是利用配套定位光塔对定位空间发射横竖两个方向扫射的激光，再通过Vive头盔上的接收器接收光束，之后计算两束光线到达定位物体的角度差，计算出待测定位节点的坐标。
    
    Outside－in的优点是定位精准，缺点也很明显，布置与调整定位器占据使用空间与时间。
    其次是目前主流的定位方式Inside－out，它是基于环境中设备自身的传感器进行周边环境的实时动态感知，通过视觉算法（SLAM算法）计算出摄像头的空间位置，从而实现对目标的位置跟踪。
    Inside－out定位方式比较有代表的是Pico Neo3，优点是不受使用范围限制，缺点是定位精度不高，对硬件的计算性能要求高。
    基于视觉算法的Inside－out定位技术，逐渐成为未来发展趋势，目前各大VR硬件厂商都在投入开发Inside－out追踪技术方案。
    
    Outside－in和Inside－out定位方式对比
    交互方式：
    从3DoF到6DoF
    一些人在购买VR硬件的时候，会发现在产品介绍页会标明支持3DoF或者6DoF，那么这个参数是用来干什么的呢？
    
    Dof的全称是degree of freedom，翻译成中文就是自由度。3DoF是指物体具备在X、Y、Z 三轴上旋转的能力，它可以检测到头部向不同方向的自由转动，但是不能检测到头部的前后左右的空间位移。可以说在3DoF的VR体验中，一切观察的基点都来源于头部的视角，用户就像一个被装在电线杆上可以任意旋转的摄像头，它的主要应用场景是观影。
    
    6DoF则是除了具备在X、Y、Z 三轴上旋转的能力之外，也具备在X、Y、Z三轴上移动的能力，用一句直白的话说，就是6DoF就是在3DoF的基础上增加了位移的能力。6DoF的应用场景主要是游戏，用户可以在游戏中进行跑、躺、蹲等操作。
    目前，主流VR一体机基本采用6Dof作为标配交互方式。
    芯片：从高通到自研
    做电子消费产品，只要需要用到芯片的话，基本上绕不开高通。目前市面上VR硬件搭载的芯片大多数是高通的骁龙系列芯片。例如占据全球VR市场近9成份额的Quest 2用的就是高通骁龙XR2芯片。
    
    尽管高通成了VR硬件的主要芯片供货商，但是一想到智能手机行业被高通芯片支配的恐惧，一些企业早早地为VR硬件布局自研芯片。像瑞芯微生产的RK3288和RK3399芯片，可用于VR领域；全志科技生产的VR9芯片，可用于VR一体机中；华夏芯分别携手皇庭国际和元禾半导体进军AR／VR芯片等。
    
    曾经在基带方面吃过高通亏的苹果，它的VR硬件就大概率会用自研的芯片。据CNET报道，彭博社MarkGurman透露，苹果首款VR硬件或配备自研“M2”芯片，该头显是苹果预计将在明年推出的“大量”新产品之一。
    苹果作为科技行业的风向标，它家的VR硬件都倾向于采用自研的芯片，那么其他厂商大概率会效仿，因此自研芯片可能会是VR硬件的未来发展方向。
    其他
    ①操作方式，从手柄到未知
    目前的主流的VR硬件，大多数会配备手柄，它的主要作用是方便用户对VR的UI界面与游戏应用等操作，类似于鼠标之于电脑，是必不可少的操作方式。
    
    除了手柄这一种操作方式之外，VR硬件行业还在探索其他的操作方式，例如动作捕捉、触觉反馈、眼球追踪、肌电模拟、语音交互等。以眼球追踪为例，它虽然可利用类似tobii眼动仪的设备实现，但是挑战在于它需要通过调整图像来适应眼球的移动，而这些图像调整的算法目前来说都是空白的。
    至于取代手柄的操作方式，会是哪一种？目前在小编看来是没法说清楚的，还需要市场来检验。
    ②屏幕材质方面，主要是在LCD与OLED两大类之间来回转悠
    具体细分又有普通LCD、普通OLED、Super AMOLED、Fast LCD、Micro－OLED、mini LED等。
    目前市面上主流的VR硬件屏幕材质是LCD（含Fast LCD等），有数据显示从2014年到2021 年，该屏幕材质在VR头显中的应用率达到了82％。不过在未来，Micro OLED与mini LED等有望发力取代LCD成为VR硬件屏幕材质的“香饽饽”，苹果、Meta等厂商的VR硬件均被传出使用Micro OLED等屏幕材质的消息，在今年上半年已经有一些VR产品用上了Micro OLED等，例如松下MeganeX等。
    
    ｜写在最后｜
    科技的发展日新月异，VR硬件的进化也从未停止。总体而言，VR硬件会朝着极简、功能强悍的方向发展。有一天当你回头看过去“傻、大、笨、粗”的VR硬件，你会感叹时间过得真快，就像手机从过去只能打电话的“大哥大”到现在几乎无所不能的iPhone一样。
    当然每期的投票环节也少不了，你觉得VR硬件的终极形态会是什么？欢迎投票表达你的态度。如果还有其他观点，也欢迎在下方评论区留言交流。
    文／特拉法尔加罗