CREAL访谈：将推出光场验光方案，AR眼镜仍是长期目标

自首次在CES亮相，CREAL陆续展示出光场显示方案优秀的3D动态变焦效果，并在去年用这项技术打造了AR和VR头显原型。两款头显体积相对较笨重，CREAL的目标是在今年第四季度推出体积更小的AR版本。

Tomas Sluka

不过，在近期接受The AR Show采访时，CREAL联合创始人兼CEO Tomas Sluka透露，接下来将出售一款视力测验仪器，尽管开发AR眼镜是最终的目的，但考虑到AR硬件体积和成本等限制，现阶段主要面向专业级应用场景，而轻量化的AR眼镜则成为更长远的规划。

在这次采访中，Tomas进一步解释了光场显示的原理，以及研发背后的灵感、未来的发展路径等等。

光场显示的优势

Tomas表示：在2014年体验过首款商用VR头显后，便决定优化VR的视觉疲劳和沉浸感问题，于是开始研发基于广场方案的3D动态变焦。

在研发过程中，他发现人眼工作原理就像是3D扫描仪，人眼对视觉的感知在大脑中建立。对于理想的AR/VR，显示屏分辨率也许不需要达到8K或16K分辨率，只要能营造一种清晰、立体的视觉观感，体验感就足够好。也就是说，不需要很大的屏幕，尤其是对AR眼镜来讲，屏幕尺寸越小越好。

当被问及现有的VR视觉效果与真正的3D最大的差距体现在哪里？是像素质量，还是3D立体感等方面？等问题时，Tomas的回答是：VR的痛点是整体视觉体验不够舒适，会引起视觉疲劳，尤其是在观看近距离的画面时。另外一点，就是缺少景深变化，因此现有的VR技术并不能算作真正的3D。

为了解决困扰VR的VAC问题，首先要避免在人眼近处显示内容。拿相机镜头距离，当镜头在2米到20米之间变焦，图像差距变化很小，而在20-50厘米近距离变焦时，图像变化看起来更明显。

在VR中，你的注意力通常放在远处的内容上，应用中的交互通常也设定在与用户有一定距离的位置。而在手势识别模式中，不管你的手如何靠近眼前，虚拟手看起来都比较清晰，没有明显的聚焦变化，而这并不符合物理规律，因此可能会打破沉浸感。

实际上，微软在HoloLens文档中就曾提到，将AR内容显示在1-2米距离时，视觉效果更理想。

Tomas表示：这是一个避免问题的办法，并不是解决方案。目前有两种解决方向，一种是基于工程设计，比如利用眼球追踪数据来控制机械移动的屏幕，来动态改变屏幕与人眼的距离，实现变焦。或是利用数字方案，来模拟图像中的动态聚焦和模糊效果。不过这种方案依赖于准确、低延迟的眼球追踪技术，而且计算方案也比较复杂。

另外一种方法更加完整，就是渲染具有完整景深的光场，人眼在不同角度可以看到3D视觉变化。一种基础的方案，是在2D屏幕上叠加透镜阵列，透镜将像素投射到不同的方向，从而实现3D观感。但这种方案大大降低了分辨率，每个视角大概只能观看到三分之一像素，或者一个虚拟像素需要由60个实际像素组成（将分辨率降低60倍），光学效率低。

如果采用相位空间光调制器来实现3D全息，理论上可模拟与现实光100%接近的效果，不过现有的方案实际效果不佳，受到调制器的运行速度限制。

Tomas认为，提升VR的画质，才能颠覆整个行业。在成立CREAL之前，Tomas的目的是解决3D光学难题，在离开实验室后，他开发了原型设备，并根据体验者的反馈，决定为其成立公司。

利用人眼视觉特性

当被问起可否描述一下光场显示有哪些不同时，Tomas回答：光场是一个广泛的术语，它已经不是新的技术，简单来讲指的就是一种拥有多视角的立体显示。在工程、商业等领域有多种不同的应用。而在物理学中，光场主要指的是我们周围的环境光，在每一个点上，光都在向周围任意方向传播。而在工程领域，光场通常指的是多视图显示，可呈现支持多视角观看的3D场景。

相比之下，CREAL的区别在于，它是一种更实用、更有效的光场方案。

通过探索光场视觉技术，CREAL发现了两个常被人忽视的真相，即人体70%受体位于视网膜，大脑90%的感官检测任务来自于视觉。因此，大脑每天接收到的绝大多数信号都是通过人眼来捕捉的，相当于输入带宽最高的一个接收器。另外一点，就是人眼能接收到的清晰信号很少，只有视网膜中央凹处看得最清晰，因此人眼高清视觉的区域小，在看文字时常常需要高速移动眼球，来浏览整句话。

而中央凹之外的余光部分，视觉清晰度大幅降低，几乎难以辨别色彩。

也就是说，人眼其实不需要太多数据，依靠大脑来处理视觉感官，就能营造清晰的视觉效果。实际上，人眼的原理类似于3D扫描仪，而人脑则根据人眼接收的3D数据来构建视觉。

对于AR/VR来讲，因为人眼并不需要大量视觉数据，所以可能也不需要8K、16K分辨率，只需要提供人眼所需的分辨率即可（甚至可能低于手机屏幕分辨率）。

而就光场显示来讲，业内认为这项技术需要运行大量数据，才能渲染高分辨率图像。然而，现有光场显示技术的瓶颈是因为没有充分利用人眼视觉原理。

​Tomas表示：人眼视觉形成原理，是通过一定序列叠加周围各种视角来合成。瞳孔本身的尺寸只有几毫米，将左右眼瞳孔识别到的图像结合后，形成了3D视图。即使只有10-20度视角的图像快速进入人眼，也足以营造自然立体的观感。

利用这样的原理，CREAL的方案包含了光源、光组合器（某种反射镜），组合器可以将光以特定的角度投射到人眼中。这种观感有点类似于，当你透过小孔来观看世界的感觉。通过小孔观看世界的好处是，视觉通常比较清晰，受到变焦影响不大。

如果人眼透过多个小孔看世界，那么视觉观感会更加自然，小孔的边缘对视场角的截断并不明显。在此基础上，CREAL将这些小孔集合在一起，也就是说将透过小孔的光整合在一起投射到人眼中，来形成立体自然的图像。

有趣的是，CREAL的光场显示系统目前未结合眼球追踪，也就是说不需要根据人眼视角变化去动态渲染，也能实现立体观感。同时，也在测试与眼球追踪结合的效果，目的是实现某种注视点渲染效果，仅渲染人眼看到的图像帧，从而节省功耗。

关于技术路径

CREAL早期展示的硬件为桌面原型设备，外观非常笨重。后来，在前Magic Leap员工的帮助下，他们进一步缩减了AR和VR方案的体积，打造了AR和VR头显原型。与之前的桌面原型相比，CREAL AR和VR头显的主要区别是缩减了电子元件。

实际上，CREAL研发的AR和VR头显原型，在硬件结构上和其他AR/VR头显差别不大，都包含显示驱动、显示器/光源等等。主要的不同是，为了缩减AR/VR头显体积，CREAL自研了显示驱动芯片、组合器（尺寸为7x7mm）、光学元件和组合器。

而在过去一年半时间，CREAL的主要工作是设计一款体积更小的AR/VR眼镜。其中的组合器设计实际上已经完成，预计在8月开始测试首批样机。

Tomas提到，CREAL无法采用现有的光波导组合器，因为大多数光波导方案基于瞳孔复制原理，每束光线都是从不同的角度进入人眼，这无法形成光场，视觉效果还是平面的。

CREAL设计的组合器结构足够简单，主要结构是全息胶片和透镜，而这种全息胶片可以叠加在屈光镜片，与普通眼镜结合。Tomas指出，Intel Vaunt、North Focals也采用相似的方案，CREAL的区别是眼动范围更大。

据了解，此前展示的CREAL头显原型采用有线设计。当被问及这种设计是否必要，未来能否实现无线化时，Tomas回答：实际上，生成基础光场（文字或箭头等）并不需要过多算力，因此为了缩减AR眼镜的体积，还是需要采用外置电池来供电。目前，CREAL头显连接笔记本或PC的原因是，更复杂的光场内容需要更多算力来运行。

光场显示的关键应用

Tomas认为，需要光场显示的应用场景包括：复杂的3D可视化、高保真AR，适用于工业、医疗等领域。

CREAL现阶段验光设备

目前，CREAL正在开发一款视力检测仪器，其特点是以数字方式模拟镜片，可同时校正多个视觉问题。相比于线下验光程序，基于光场的视力检测仪器可自动运行，无需测试和调整度数。

未来该技术可集成于AR/VR头显，无需佩戴额外的眼镜即可实现屈光调节。

那么为什么CREAL不推出AR/VR头显，而是视力检测仪器呢？

CREAL坦然表示：因为开发AR/VR眼镜是一个长期的目标，需要投入上亿美元研发成本，而且产品的成本也相当高。如果要专注于AR/VR这个长期愿景，CREAL可能会面临很多风险。

CREAL验光过程

与此同时，CREAL在研发光学产品的过程中衍生了视力检测仪器这样的产品，其目标是颠覆传统的视力保健行业。该产品的体积可能比高端VR头显略大，不过常见的视力检测仪器本身笨重，因此体积重量并不是很大的限制。实际上，CREAL已经具备开发视力检测仪器的能力，接下来只需要设计外壳、调整参数便可以很快发布。

当然，CREAL的长期愿景依然是AR，这也是未来不可避免的发展方向。目前来看，CREAL的AR头显体积较大、成本较高，因此目标群体是一些专业场景，比如工业、医疗保健等等。随后还将进一步缩小头显尺寸，以实现全天候穿戴设计。另外，也将与其他厂商合作，以实现量产（更像是技术授权商，提供参考设计，而不是自己制造）。参考：The ARShow