随着计算走向真正的3D，空间计算有望改变我们与设备交互的方式，变革的早期迹象已经开始。虽然苹果推出的Vision Pro为这一领域带来了新的兴奋，但Meta，索尼和Pico等公司以游戏为重点的VR（虚拟现实）耳机已售出数百万台，而Vuzix，Microsoft等公司的AR（增强现实）眼镜在工业中占有重要地位。
2023 年的事件使 IDTechEx 确定了它预计在未来十年 XR 市场中将展开的两个重要叙述：虚拟现实的影响将扩大，因为它感觉更接近“真实现实”，而参与 XR 的大型科技公司的最终目标是标志着他们在旨在取代智能手机的 AR 设备的未来市场中的地位。
01 让 VR 更具沉浸感
2023 年 8 月，Meta 展示了其最新的 Butterscotch 原型 VR 头显。这展示了阻碍VR感觉真实的几个问题的解决方案，让我们得以一窥这些设备在本世纪末可能提供的体验以及这样做所需的硬件。Meta 在解决这些问题方面并不是独一无二的，但原型在将解决方案结合到一台设备中是独一无二的。
问题 1：像素需要消失
Butterscotch的显示系统接近视网膜分辨率，这是大多数人的眼睛无法区分单个像素的像素密度。这减少了用户正在看屏幕的感知，消除了可见像素网格的“纱门效应”。Butterscotch 在用户的视野 （FoV） 中管理每度 56 像素 （PPD），接近通常建议的 60PPD 启发式，但缺点是与大多数其他 VR 头显相比，FoV 大约减半。
生产就绪的系统需要更高的视野，但这需要令人难以置信的高分辨率屏幕和大量的计算需求。芬兰专业市场VR专家Varjo的XR-3头显采用了一种解决方案，即在视觉中心使用更高分辨率的中央凹微型显示器，眼睛可以解析最多的细节，而在视野的其余部分使用较低分辨率的显示器。虽然这使 Varjo 的图像质量有别于市场上的其他产品，但代价是增加了重量、复杂性和成本。
Varjo 的耳机价格处于市场的最高端，但随着技术的成熟，这种方法可能会在未来十年内逐渐消失。更简单的方法可能是在VR中转向更大但更高像素密度的微显示技术，在软件级别进行注视点渲染，节省计算能力，但不会节省显示所需的像素数量。IDTechEx 报告概述了对当今相机取景器中更常用的 OLED 硅显示器的期望，将取代当今使用的 LCD，成为 2030 年代流行的 VR 显示技术，包括京东方在内的公司发布的 VR 专用 OLED 硅基 OLED 已经在 2023 年为此奠定了基础。
问题 2：3D 显示系统扰乱了我们的头脑
Butterscotch 还可以纠正会聚-调节冲突：双目立体显示系统的固定焦距（调节）距离与它通过视差模拟的物体与观看者的不同距离（收敛）之间的不匹配。这种冲突会增加XR头显用户感到的晕动病问题，并降低沉浸感，因为眼睛缺少重要的深度视觉线索。Butterscotch 通过使用红外摄像头跟踪眼睛的视线位置、调整场景渲染以及最重要的是调整动态可调镜头以聚焦头戴式设备的显示屏以匹配会聚和调节距离来解决这个问题。
Butterscotch 中使用的镜头通过电机物理移动以改变焦距，但 Meta 还展示了可用于相同目的的几何相位透镜阵列。这些透镜根据圆偏振输入光的手性从正屈光度切换到负屈光度：将这些透镜与可切换的波片堆叠在一起，可以产生一个极其紧凑、动态可调焦距的透镜，没有移动部件，延迟接近零。尽管图像质量问题仍然存在，但 Meta 似乎更有可能在商用头显中采用这种方法。IDTechEx 的报告预测，这些镜头将成为 VR 市场极其重要的技术，商业引入可能会在 2020 年代末进行。值得注意的是，包括 Valve 和苹果在内的其他参与者已经通过专利和投资证明了对这项技术的兴趣，因此 Meta 并不是唯一一家在这一领域工作的巨头。
02 2034 年 VR 设备的形态
可能需要与Butterscotch类似的功能组合，其中还包括进一步的创新，包括基于头显眼动追踪功能的动态失真校正，以提高VR的沉浸感和舒适度。随着人们对使用VR头戴式设备替代当今工作站的兴趣日益浓厚，这一点尤其如此，因为在长时间处理文本时，这些因素非常重要。这为扩大VR设备的实用性提供了一个真正的机会，更不用说它们的市场规模了，但要做到这一点是一场艰苦的斗争。仅在 2023 年上半年，Meta 就在其专注于空间计算的 Reality Labs 部门上花费了 77 亿美元——当然，并非所有这些都花在了 VR 硬件开发上，但它仍然表明了使 XR 设备有效替代当今计算系统所需的研发工作规模。
03 大型科技公司正在为 AR 奠定基础
虽然 Meta 很早就确立了自己作为 XR 硬件玩家的地位，但 2023 年是苹果终于在这里迈出了期待已久的第一步，宣布了 Vision Pro。这款头显被 IDTechEx 归类为专注于 MR 直通的 VR 头显，是一款令人印象深刻的设备，但它可能只是苹果空间计算游戏的开始。对于XR市场的大型科技公司来说，最终的奖励可能是建立透明的AR设备作为智能手机的最终替代品，直通MR，其中VR头盔上的摄像头将现实世界的视图传递给用户，在这条道路上提供了一个有用的垫脚石。
多年来，大型科技公司一直在投资通过智能手机交付的AR软件内容：谷歌的ARCore和苹果的ARKit在降低开发障碍方面具有很大的影响力，亚马逊在2017年利用后者开发了其最早的AR电子商务项目。智能手机是大多数公众可能体验增强现实或混合现实体验的唯一途径，但随着软件和内容库的更广泛使用，构建软件和内容库现在提供了一个扩展到专用 AR/MR 设备的机会。
直通MR作为垫脚石技术
在 2023 年，即使是成本更低的 VR 设备也通常会包含直通 MR 功能，这开始使更身临其境的 AR/MR 体验民主化：例如，Pico 4 包括彩色直通功能，以帮助用户在房间内定位自己。这款头显的售价为 429 欧元，是 Meta 的 Quest 2 的有力竞争对手：值得注意的是，Pico 归 TikTok 的母公司字节跳动所有。看来，中国科技巨头与美国同行一样，对将自己打造成XR玩家的兴趣不亚于此。IDTechEx 的报告概述了这里的参与者采取的不同方法，同时全面概述了 XR 市场。
直通式 MR 提供了一种商业上就绪的方式来提供迷人的 MR 体验，但社会接受度是一个重大问题，因为即使是最紧凑、最优雅的 VR 设备也总是会隐藏显示器后面的眼睛。Vision Pro使用朝外的显示屏来帮助解决这个问题，但即使是该系统最精致的实现，充其量也可能感觉像是头戴式设备佩戴者的重大障碍。另一个重要的问题是，这些设备是致命的，因此在驾驶、行走、工业环境等时不能佩戴，因为如果出现问题，它们实际上是眼罩。Seethrough AR没有这些问题，它有可能取代智能手机，成为全天可穿戴的计算接入点。然而，到目前为止，这种方法已被证明很难做到正确，即使对于像Microsoft这样的大公司也是如此。这些眼镜应该让眼睛睁开眼睛看到现实世界：用于将图像投射到眼睛同时保持视野清晰的关键组件，即所谓的光学组合器，可以说是 AR 成功的最大技术挑战。
光学器件是AR发展的最大障碍
波导合路器通常看起来像是首选的合路器解决方案，因为它们可以提供相对宽的视场，同时看起来像普通的眼镜片，已被证明是一种具有挑战性的合路器技术。科技和社交媒体公司都对这一领域感兴趣，苹果、Microsoft和Snap都收购了对波导设计感兴趣的公司。一个主要问题是许多设计缺乏光学效率（从显示器进入的流明，对显示器亮度的要求越来越高，因此对电池容量和热管理的要求越来越高：解决这个问题将使紧凑的全天可穿戴AR设备更加可行。
与当今占主导地位的衍射波导相比，使用更高效的反射波导可能会增加使用，这是一种解决方案，但衍射波导制造商反驳说，反射波导的可制造性较差。解决这个（极具争议的）可制造性问题的方法可能是转向模制塑料反射波导。与玻璃基板相比，这具有更好的机械性能，适合近眼使用，但缺点是限制了 FoV，因为这取决于波导材料的折射率，而聚合物在这方面不如玻璃。
04 2034 年 AR 的前景
波导只是对AR设备感兴趣的大型科技公司关注的技术领域之一，更不用说无数较小的公司了。挑战仍然很大，但最终的回报可能是巨大的：AR设备提供了迄今为止最无缝地访问数字内容的潜力，为这些内容的看门人提供了更多的时间在我们眼前。到2034年，我们大多数人似乎不太可能戴上AR眼镜而不是携带智能手机，但到那时，早期采用者可能会开始做出改变。
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