混合现实将至？一款足以媲美人眼分辨率的头戴式VR产品
如果你还没有听说过芬兰这家叫varjo的vr产品开发公司，那么现在是时候了解它了。从2017年6月到现在，他们总共获得了4600万美元的融资，同时也展示了几个产品的原型机。现在他们又向前迈出了一步，推出了他们的第一款头戴式vr产品。
之所以关注这家公司是因为他们刚刚推出了一款足以媲美人眼分辨率的头戴式vr产品。众所周知，这类产品的一个重要问题是其有限的分辨率，目前vr产品的分辨率还不能达到我们视觉系统的分辨能力，严重影响画面效果。如我们所知，人类视觉系统的分辨率并不固定，在视野范围内可能会因为不同的环境而具有可变分辨率。其中，视场中心的最高分辨率小于1弧分，varjo的显示分辨率刚好与此接近，其视角内每度拥有像素超过60个。
varjovr-1给人的感觉――佩戴了“视网膜般的显示屏”。图片出自：joshua goldman/cnet
先看到的是设计图纸软件autodesk制作的汽车设计模型（designmodel）正在“热火朝天”地进行着，最后上色、车轮盖（wheelcap）等等都看起来十分鲜明，感觉就像用最高档的游戏机显示屏（gamemonitor）看到的一样。或者说，跟现实世界看到的一模一样。
然后，通过利用lockheed martin公司（是一家从事飞机、宇宙飞船开发和生产的企业）开发的“prepar 3d” 飞行仿真器(flight simulator)，“坐到”了飞机的驾驶舱里，可以体验到周边的计量器、仪表的信息，一切都是那么完美。
接着，还被带到了由游戏引擎“unity”描绘的日本的山顶、芬兰艺术家tommi toija的工作室等各种地方，工作室是通过极其细腻的、令人难以置信的照片测量方法来刻画的，好几个真实的雕刻作品、超现实的艺术作品展现在笔者面前。客厅的设计不仅配有家具还设计精巧，所以笔者探出身体去感受地毯的质地和织法，完全看不到像素点。只有从极小的角度看，偶尔才能看到龟裂状（polygon）的图像，大部分情况下都是看到真实图像，通过vr头显，并没有看到screendoor（一个个网眼的现象）现象。
图像比较，左边“htc vivepro“，右边”varjovr-1”。图片出自：varjo
优势
笔者虽没有试戴过所有的vr头显，也没有试戴过“pimax 8k”、hp的下一代高精细vr头显“copper”。这些vr头显的像素分辨率都在varjovr-1之上，但是，这款vr头显的像素密度似乎是最出色的，这款vr头显是由原microsoft和nokia research的员工创立的芬兰新兴公司--varjo制作。
varjovr-1用镜子实现，把2块显示屏组合在一起，在显示屏的中心部位，以每度视角有60个以上的像素被显示。据varjo透露，这个像素足够达到人体视网膜级别的“中心窝”的解析度。笔者试戴的vr头显每度视野角有63个像素。据varjo的设计师透露，这个数字根据个体可能有差异，不过都超过了60个像素。作为参考，htc的“vive pro”的像素密度是每度视野角16个像素。
关于这方面，在“road to vr”上刊登了与vr头部的像素密度有关的详细说明。这一问题有点类似于2d智能手机、笔记本电脑以及平板显示器中每英寸像素数目(ppi)的重要性。
不管怎么说，感觉差异还是很大的，特别是在描绘物体的细节方面。作者虽然在高清晰度再现的艺术工作室徘徊，但通过亲身体验，亲身感受了雕塑作品的变化。笔者还试戴了别的样品来体验美术作品，虽然可以对绘画进行近距离接触，却完全没有感觉到像素的存在，而是看到了运笔和颜料的质感。
varjo的设计师都有在nokia和microsoft的从业经验，作为首席执行官（ceo）的nikoeiden先生曾在nokiaresearch从事光学技术的研发工作，其技术被microsoft的“hololens”采用。varjo vr-1的左右显示屏分别由1,920x1,080像素的低残像oled和1,440x1,600像素的低残像oled组成，利用半透明镜把两块显示屏融合在一起，并利用具有高折射率的放大镜在中心区域制出超高精细部分，听起来很奇妙吧，即便我们知道显示屏的中心区域比边缘做得更精细，但是表面看起来却很普通。
varjo公司内部也开发了视线追踪（eyetracking）技术，即“20/20eyetracker”。varjo的设计师透露说，此功能具有极高的性能和精度，要比接下来上场的htc“vive proeye”等竞争对手的产品出色。虽然用样机来验证比较困难，不过，笔者体验了superbright公司开发的模拟航空交通管制系统， superbright是一家从事于vr软件开发的波兰新兴公司。而且，在几台电脑显示屏的“包围”下，我看着飞机滑行在跑道上起飞，当我移动眼球时，圆形屏幕也快速地移动以适应我的视线，时而突出显示显示屏的信息，时而聚焦飞机，时而显示弹出的信息，时而显示飞机的运行轨迹。如果把视线转移到地图上，则会突出显示时区（time zone）。在考虑移动视线之前，有时感觉要看的东西已经展现在我眼前了。
这个eye tracking非常棒，图片出自：joshua goldman/cnet
varjo vr-1仅提供头显，其他配件需要用户自己准备。vr-1被设计成与“steam vr”连接，通过与“steam vr 2.0”互联， 可以用于htc vive的“lighthouse”室内定位（room sensor）以及控制器。但是，定价为5,995欧元（约人民币45,562元），vr-1正在直接面对并响应客户的要求，也就是满足专业领域的、具有完美清晰度的3d制作以及模拟场景。这是一款精心的设计，它是根据airbus、audi、bohemia interactive simulations、foster partners、saab、sellen、volkswagen、volvo这些合作伙伴的反馈做成的。无论怎么说，人们正在设计vr汽车。varjo的头显可以说是豪华显示器的vr版本。
通过eye tracking可以清晰地看到很多细节。图片出自：joshua goldman/cnet
一个简单的计算表明，varjo并不能在整个视野范围内都做到如此高的分辨率，目前来看，达到这样水平的显示器还没有出现。不过即使有，这种产品或者设计也只是浪费显示分辨率。因为根据人类视觉特性，视场周边区域的灵敏度远比中心区域低，这正是varjo技术设计的理念前提。
varjo没有使用超高分辨率的显示器，而是开发了另一种技术，它们将分辨率为fhd的micro-oled显示屏叠加在1440 x 1600 amoled的主显示屏上。amoled显示器称为“背景”屏幕（context screen），可以提供大约87度的视野。这两种显示器没有任何持续性的干扰人类视觉系统的不良视觉效果。这里“背景”屏幕的设计是用来为我们提供视场周边信息的，不过，这些周边信息的显示分辨率和许多其他头戴式vr设备视场中心的显示分辨率一样。
在这个“背景”屏幕的上侧，如前述叠加了一片称为“焦点屏幕”的micro-oled显示屏，它为我们视觉系统的中心部分提供信息输入，也就是提供视场中心的画面。这种显示器，可以提供每度约60个像素的分辨率。结合“背景”屏幕对视场周围信息的显示，就实现了我们常说的20/20视觉效果（20/20 vision）。varjo将这种叠加设计的显示装置专业地称作 “仿生显示（bionic display）”，这个术语很好地说明了其与人类视觉系统的关系。或许某些人眼会有更高的分辨率，不过他们肯定只占总人数很小的一部分。换句话说，大多数人会认为这种产品显示的画面很“真实”。
在“背景”屏幕上叠加第二片显示屏，看起来很简单，不过要知道我们的眼睛是在不断移动的。如果焦点屏幕仅固定在头戴式vr设备的中心，肯定会严重影响观看体验，最终导致眼睛疲劳和其他视觉伪影。varjo正在使用眼动追踪技术将焦点屏幕定位在眼睛的视场中心位置。这个定位动作必须以高精度和非常快的速度完成，varjo声称其目前能做到的精度小于1度，不过他们需要在显示器显示一帧画面的时间内完成定位，这样才可以避免图像模糊。
总而言之，这种设计听起来真得很棒，有几位测试人员反馈说结果令人惊叹。我也希望有机会尝试下效果，不过最终我们还是要看看它的效果是否可以兑现。
缺点
从技术角度来看，这项技术让我们看到了今天还没有发生的一些事情。使用两个叠加显示器的设计当然很聪明，但不过这也增加了整个系统的复杂性和对空间的要求。在如下显示器的分解视图中，你可以看到有几个组件会让该头戴式产品在体积上比其他产品更大，大的尺寸会让外形设计变得很困难。
varjo的视角（87度）比其他主流的vr头显小（vive pro是110度），与其说是展望了辽阔的世界，不如说是通过轮船的“圆窗”观测世界。但是，varjo以各式各样的“画布”作为“交换条件”，为我们提供了高像素密度的体验。据varjo透露，也有用户理解并接受这个trade-off。但是，考虑到价格，应该也有用户不这么想了吧。
在整个视野角度下，varjo vr-1无法达到每度视野角60多个像素的视网膜级别的分辨率。能提供这个分辨率的只有显示器的中心部分，不过，用户一直凝视的时候，基本上所有的物体都在这个范围内。显示屏其他部位的分辨率默认为每度视野角有16个像素。这是和htc vive pro一样的分辨率。此外，在显示屏的高分辨率部分，vr-1的视线追踪功能并不追踪视线，所以用户必须调整所有物体到中心部分。笔者在体验vr-1时，没有在意中心部分和端部的差异，但其缺点依然存在。“bionic”显示屏如果再大一些，或者，在中心部分也有视线追踪功能就好了。
混合现实（mr，mixed reality）到来了
varjo vr-1还具有更换面板（face plate）的功能，总之，这款头显不仅是vr,也是mr。varjo力求在2019年夏季发售，也在致力于开发mr这一附加功能。根据这一附加组件而添加传感器，vr-1的体验堪与hololens、“magic leap”竞争（不过vr-1的价格要贵得多）。虽然不知道mr是如何融入头显的，但是，varjo以与vr相同的87度视角力求实现mr, varjo如果可以做到这一点，它将比magic leap和hololens更优秀。
可以更换面板。图片出自：joshua goldman/cnet
这款头显并非可以提供vr要求的全部功能，但是，它向我们展示了vr可以达到视网膜级别的清晰度，这是很棒的。就让我们耐心等待吧，总有一天我们会以实惠的价格购买并在家里享受它的。
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优势
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varjovr-1用镜子实现，把2块显示屏组合在一起，在显示屏的中心部位，以每度视角有60个以上的像素被显示。据varjo透露，这个像素足够达到人体视网膜级别的“中心窝”的解析度。笔者试戴的vr头显每度视野角有63个像素。据varjo的设计师透露，这个数字根据个体可能有差异，不过都超过了60个像素。作为参考，htc的“vive pro”的像素密度是每度视野角16个像素。
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在这个“背景”屏幕的上侧，如前述叠加了一片称为“焦点屏幕”的micro-oled显示屏，它为我们视觉系统的中心部分提供信息输入，也就是提供视场中心的画面。这种显示器，可以提供每度约60个像素的分辨率。结合“背景”屏幕对视场周围信息的显示，就实现了我们常说的20/20视觉效果（20/20 vision）。varjo将这种叠加设计的显示装置专业地称作 “仿生显示（bionic display）”，这个术语很好地说明了其与人类视觉系统的关系。或许某些人眼会有更高的分辨率，不过他们肯定只占总人数很小的一部分。换句话说，大多数人会认为这种产品显示的画面很“真实”。
在“背景”屏幕上叠加第二片显示屏，看起来很简单，不过要知道我们的眼睛是在不断移动的。如果焦点屏幕仅固定在头戴式vr设备的中心，肯定会严重影响观看体验，最终导致眼睛疲劳和其他视觉伪影。varjo正在使用眼动追踪技术将焦点屏幕定位在眼睛的视场中心位置。这个定位动作必须以高精度和非常快的速度完成，varjo声称其目前能做到的精度小于1度，不过他们需要在显示器显示一帧画面的时间内完成定位，这样才可以避免图像模糊。
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缺点
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这款头显并非可以提供vr要求的全部功能，但是，它向我们展示了vr可以达到视网膜级别的清晰度，这是很棒的。就让我们耐心等待吧，总有一天我们会以实惠的价格购买并在家里享受它的。
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