Half Dome3用电子变焦实现更紧凑结构 首次实现更人体工程学的设计

Facebook Reality Labs（FRL）首席科学家迈克尔·亚伯拉什今天分享他对虚拟协作工作空间的构想：一个可以自由配置PC显示器质量的虚拟屏幕，全息图和白板来的沉浸式世界。你将能够通过键盘和鼠标来与真实环境进行交互，并来其他用户共享虚拟空间，同时用双手操作真实对象和虚拟对象。

为了实现这一愿景，Oculus需要解决一系列的重大挑战。亚伯拉什指出，要令虚拟显示器的视觉质量媲美物理显示器，我们需要高分辨率和高图像质量，而两者都需要非常高分辨率的显示器和改进的光学性能。我们希望在手臂距离之内实现清晰，舒适的视图，同时又需要更广阔的视场，以便会议中的每个人都可以看到其他所有人。这是有效VR社交和协作的必备条件。

由于这种技术可能会改变我们的工作方式，所以我们同时需要出色的人体工学。为了支持用户一次可以在虚拟现实环境中停留数个个小时，所有组件都必须紧凑且节能。

在OC6大会，亚伯拉什分享了FRL在发明光学未来方面所取得的进展，包括于2018年F8大会首次亮相的Half Dome原型。这款原型头显是多年研究和反复探索的结果。，Oculus拉开了下一步的帷幕。

Half Dome 1（左）结合了具有更宽视场的机械变焦显示器，可改善视觉沉浸感。Half Half Dome 2（中）和Half Dome 3（右）则旨在实现优秀的人体工学和舒适感，涵盖视觉和物理。

Half Dome 1：更高沉浸感且视觉舒适的显示器

Half Dome 1是Oculus首个实现了两个关键里程碑的原型。首先，它采用菲涅尔透镜，支持140度视场；其次，它能够根据眼动追踪来移动屏幕。即便在查看近距离对象时，设备都可以确保图像保持清晰。这是迈向更高沉浸感且视觉舒适的VR显示器的第一步。

今天，Facebook分享了一个全新的变焦概念原型Half Dome 2。这是由Display Systems Research（显示系统研究）团队与FRL其他多支团队紧密合作的成果。

Half Dome 2：打造更舒适，更紧凑的显示器

最初的Half Dome原型优先考虑视觉沉浸感，而Half Dome 2原型则主要瞄准视觉和物理方面的人体工学和舒适性。与最初的Half Dome原型相比，Half Dome 2既小又轻，因为它可以将光路折叠成非常小的体积。

Half Dome 2原型将光路折叠成小体积，从而缩小了头显的尺寸，并且将重量减少了200克。

总体而言，Facebook已经相较于Half Dome 1大幅改善了形状参数，同时减少了200克的重量。尽管Half Dome 2的视场比Half Dome 1窄，但依然比Oculus Quest宽20％。

变焦硬件同样有了长足的进步。左边是Half Dome 2的机械变焦模块；右边是Half Dome 1的机械变焦模块。

机械变焦系统依靠音圈致动器和挠性铰链阵列。它们可以减少摩擦，最大程度地减少噪音，并最大限度地延长机械零件的使用寿命，这是相较于Half Dome 1原型的进步。

Half Dome 3：用电子变焦实现更紧凑的结构

Oculus同时展示了Half Dome系列的电子变焦版本。这个原型采用了新型液晶透镜来代替移动式机械零件。所述的新型液晶透镜是由交替堆叠的两个薄款平面光学元件制成：偏振相关透镜和可切换半波板。

Half Dome 3的电子变焦系统（左）比Half Dome 1原型的机械系统（右）更小，从而进一步减小了头显的整体尺寸。

偏振相关透镜非常特别，因为其焦距会根据偏振态而变化。通过改变施加到可切换板的电压，你可以在两个焦距之间切换。这可能会产生一组优秀的数字双焦点，但不一定能带来舒适的VR体验。通过将一系列偏振相关透镜和可切换半波片堆叠在一起，你可以实现平滑的变焦，并能够舒适，无缝地调整焦点。

下面我们来看一下原型模块。这个GIF动图是由电子变焦透镜模块所记录。这是对摆在植物期房的恐龙玩具的真实拍摄镜头。恐龙离摄像头更近。在左侧，橙色突出说明了透镜处于“开启”状态；当它关闭时，焦点将转移到远方的对象（植物）。

如你所见，液晶透镜在不同深度之间移动焦点。为了实现平滑的变焦，Oculus解决了液晶透镜的堆叠问题，每增加一对透镜，焦平面的数量就会增加一倍。在上面的示例中，6个液晶透镜扫过了64个焦平面。

Half Dome 3用液晶透镜代替了原来Half Dome原型的移动式机械组件，消除了噪音，振动和机械复杂性，并且改善了人体工学。

除了消除了移动式组件之外，这种电子方法较于前代原型同时具有明显更优的形状参数。当Oculus将电子模块集成到完整的原型头显中时，它定义了VR人体工学的最新技术水平。

当然，这依然属于研究阶段，在左侧关闭变焦的情况下，磁带会变得模糊不清，但在右侧，电子方法能够在所有深度复刻机械系统的平滑变焦体验。这显示出非常大的潜力。

Half Dome系列原型的最新版本以数字方式在大量焦点状态之间切换。与机械变焦显示器一样，众多的焦点状态看起来都是连续发生。Oculus表示：“我们首次实现了更符合人体工程学的设计，并且大大减轻了重量。这为我们开启了未来之门。届时，我们一次将可以在虚拟现实中工作数小时，并使用遍布理想虚拟工作空间的任意数量数字白板来与其他用户合作。尽管Half Dome依然是在研发之中，但我们很高兴看到我们的变焦研究已经将我们带到了下一步。”

编辑：hfy