Varjo简述VR-1头显的显示技术Bionic Display研发历程

　　(映维网 2019年08月22日)Varjo已于今年2月正式发布了售价的VR-1头显。这款头显为每只眼睛分别采用了不同的显示器：焦点显示器，覆盖视场中心约20度的超高像素密度的显示屏(眼睛自然看到的最清晰区域);情景显示器，填充外围视场的较低像素密度显示屏。

　　这款售价6000美元的产品已经正式开放订购，并支持全球34个国家。日前，Varjo联合创始人兼首席技术官克劳斯·梅拉卡里(Klaus Melakari)撰文概述了公司的发展历程及VR-1头显的开发由来。

　　为了支持在VR中进行设计，创作，工作或训练，你需要能够清晰地看到周遭一切。Varjo VR-1通过独特的显示技术和光学方法实现了这一目标。由于它模仿了人眼，我们将其称之为Bionic Display。

　　我们的眼睛就像一个窄波束扫描仪，大脑用它来收集信息并建立对周围世界的理解。我们最薄弱的环节是外围视觉，我们眼角所能感知的画面质量非常糟糕。但在视场中心，我们眼睛看到的画面非常清晰。

　　Varjo VR-1的分辨率相当于20/20的人眼视力。这是什么意思?想象一下你正站在E视力表前面，而你能够清楚地看到每一个E字母：涵盖虚拟现实和物理现实。虚拟现实与物理现实别无二致。描述人类视力的另一种方式是，定义眼睛可以解析的每度像素数。根据史蒂夫·乔布斯的说法，如果从10英寸-12英尺远观察显示器，每英寸300像素对于普通人而言已经足够。这通常可以转换成每度57个像素。

　　1. 为什么分辨率是关键

　　VR-1显示器中心的最高分辨率达到每度64像素，这比市场中的头显高出大约20倍。Bionic Display可以描绘最微小的细节，而这对专业应用来说具有无与伦比的价值。

　　虚拟现实的关键要求之一是阅读能力。不仅只是文字，同时包括仪表和标签。人们通常不会过于注意周围的文字和符号，但在VR中它们十分重要。如果所有文本和符号都过于像素化，你将如何设计逼真的汽车仪表板呢?如果无法看清按钮文字，你将如何培训飞行员?你又如何指导核电厂运营商应对要求视敏度的危急情况呢?

　　VR-1支持所有这一切场景。如果给定大小和对比度的文本在现实生活中可读，则它在VR中同样可读。所以，单单这个功能就将VR中的模拟提升至全新的水平。

　　人眼分辨VR的另一个关键用例是建筑和工业设计。设计师通常需要花费数小时来研究不同的材料和结构。在当前基于VR的建筑演示中，你可以理解地点和比例，但细节的缺乏可能令人感到沮丧。但借助Varjo VR-1，你可以清楚地看到针织面料或印花面料之间的区别。你可以向客户解释优质材料相较于廉价材料的优点，或者比较光泽度对表面外观的影响。

　　2. 一切的开端

　　在Varjo旅程的伊始，我们专注于开发可兼容现有VR头显的混合现实组件，同时提供低延迟，高分辨率，基于视频的混合现实。但我们很快就意识到，摄像头并非视频透视系统中最薄弱的环节。对于摄像头，只要我们能够从图像信号处理器开发商获取低延迟流式视频处理管道，我们就可以实现现实世界的高质量捕获。更严峻的挑战是，没有一款头显具备混合现实组件所需的分辨率和质量。大多数头显厂商专注于降低价格而非提高质量。

　　这促使我们重新考虑我们最初的落脚点，并开始专注于制作我们自己的头显。对于在2016年只有四个人的公司而言，这是一个相当大胆的宣告，但我们坚信我们可以实现较于其他厂商产品的根本性飞跃。

　　3. 朝人眼分辨率进发

　　在2016年，我们的创始团队预测了允许视频真正挑战光学透视XR所需的元素。我们的想法是，如果我们能够达到四分之一的人眼分辨率(即30像素/度)，这对大多数混合现实用例而言将是一个足够优秀的解决方案。在三年前，几乎没有一款商用头显能够达到10像素/度。所以，分辨率需要实现质的飞跃。

　　我们首先研究了依靠显示器发展来达到足够质量水平的可能性。令人遗憾的是，显示技术缺乏可以达到30像素/度的自然发展曲线，除非我们大幅削减视场。我们感觉这不是正确的取舍。另外，驱动这种高分辨率显示器和渲染内容存在性能方面的挑战。

　　我不记得是哪位创始人最初想到为每只眼睛配备一个显示器的概念，但当出现这个想法后，我们大家都认为这是正确的举措。第一个原型实际上是一个卡板盒，它包含两个图片，一个光学组合器，以及用于照亮图片的两个可控光源。这个原始原型是关键，因为它无可否认地证明了我们的方法是可行的和合理的。

　　4. 从原型到产品

　　Bionic Display的巧妙之处在于它以光学方式将两个显示器组合在一起。外围区域的显示器提供宽视场。另一个焦点显示器则仅覆盖一小块区域，并具有更高的像素密度。接下来，我们使用半透明镜(即光束组合器)来组合这两个显示器的图像。最终结果是视场既宽细节又高。

　　我们需要进行大量的原型设计才能将我们的关键理念变为现实。我们的第一个桌面原型用于证明同时合并两个图像和驱动四个显示器的原理。一个关键的突破是，当我们获得了一个全新的，更大的微型OLED，并为其配备了一个放大透镜。从那时起，我们拥有了一个具有足够大的高密度区域的原型，同时达到超出人眼的分辨率。这种更大的微型OLED能够实现这样的保真度。即便你不是这项技术的发明者，你都能注意到神奇的地方。图像质量远远高于竞争对手。

　　如果两个显示器仅仅只是通过光学方式进行组合，则光学元件的畸变，组件精度，色彩平衡，以及图像感知质量的每个方面都会有所欠缺。所以对于Bionic Display创建高分辨率图像而言，软件创新同样重要。借助现代GPU的强大性能，我们可以通过自动流水线校准进行补偿，我们制造的每个产品都能达到这样的高保真度。