撰文 | 馬文佩

編輯 | 王葉琳

“蘋果XR頭盔會成為整個(gè)行業(yè)的標(biāo)桿，XR設(shè)備走進(jìn)每家每戶，就像是手機(jī)一樣普及”。

在六月份舉行的一場元宇宙主題論壇上，肖偉發(fā)現(xiàn)蘋果發(fā)布的頭戴顯示器Vision Pro成為了行業(yè)討論的焦點(diǎn)。

作為一家元宇宙基礎(chǔ)設(shè)施提供商的技術(shù)負(fù)責(zé)人，他非常理解市場對于這臺蘋果耗費(fèi)七年研發(fā)的頭戴顯示設(shè)備的熱情：從上半年元宇宙“退燒”開始，不少大廠都戰(zhàn)略放棄了元宇宙，創(chuàng)業(yè)企業(yè)處境更加艱難。

“如果不是政府的大力支持，我們肯定堅(jiān)持不到現(xiàn)在，Vision Pro現(xiàn)在就是一根新的救命稻草?！?/p>

作為一款價(jià)格高達(dá)3500美元的XR設(shè)備，Vision Pro顯然并不是一款消費(fèi)級產(chǎn)品，但它的出現(xiàn)給了整個(gè)XR行業(yè)一針強(qiáng)心劑。作為2021到2022年互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)最熱門的概念，“元宇宙”也在兩年間經(jīng)歷了從資本熱捧、大廠入局到回歸理性的生命周期。

和元宇宙緊密相關(guān)的XR設(shè)備，出貨量在2021年增長了超過90%，突破一千萬臺，達(dá)到了1095萬臺。隨著元宇宙概念降溫，2022年全球XR設(shè)備出貨量降低到了960萬臺。

除了元宇宙概念退潮外，體驗(yàn)不佳、價(jià)格高昂、缺乏內(nèi)容是XR設(shè)備市場難以維持增長趨勢的主要原因。鏡片、處理器、電池、傳感器……XR設(shè)備設(shè)計(jì)的每個(gè)環(huán)節(jié)都直接關(guān)系到最終的用戶體驗(yàn)，試圖設(shè)計(jì)一款能夠兼顧舒適和效果的XR設(shè)備需要在每個(gè)環(huán)節(jié)都投入大量的資源，這注定是一場少數(shù)廠商的游戲。

作為行業(yè)龍頭的蘋果，經(jīng)過七年打磨的XR產(chǎn)品獲得相關(guān)行業(yè)、用戶的高度關(guān)注是理所當(dāng)然的，但XR廠商都并非在期待蘋果的技術(shù)方案——用什么樣的方式繞過用戶體驗(yàn)、性能和成本的“不可能三角”。

減不掉的重量

佩戴的舒適程度是XR設(shè)備的第一道門檻。

“雖然廠商都在努力讓頭盔戴起來更舒服，但用久了還是會感覺太重，”VR設(shè)備制造從業(yè)者張力告訴《銀杏科技》。

目前市面上主流的VR頭盔重量都不超過600克，Oculus Quest重571克，HTC Vive重468 克，Pico4重586克，堪堪脫離了沉重的范疇，但依然會讓用戶感覺“壓臉”，因此不得不設(shè)計(jì)多條綁帶將頭盔“綁”在用戶頭上，降低不適感。

短期，處理器、傳感器、光學(xué)原件和外殼等核心部件讓減重并不容易，尤其是光學(xué)部件。

目前主流的VR光學(xué)方案是Pancake，利用多組特殊的鏡片將圖像多次折射最終進(jìn)入人眼，可以大幅降低光學(xué)部件的重量和體積。

以PICO 4上的Pancake光學(xué)方案為例，與應(yīng)用菲涅爾透鏡的前代產(chǎn)品相比，前端主體重量降低了26.2%，厚度減少了38.8%。張力表示，相較于不到20元一片的菲涅爾透鏡和不到10元一片的非球面透鏡，Pancake方案更精巧也更昂貴，單個(gè)光學(xué)模組的價(jià)格達(dá)到了近200元。

“近年以盛波光電為代表的Pancake部件提供商在資本市場上獲得了大量關(guān)注，實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)后的Pancake方案才便宜到能夠用在中低端VR顯示器上，”張力說，“比Pancake更好的方案最近幾年不會出現(xiàn)，還停留在實(shí)驗(yàn)室里，光學(xué)原件體積和重量基本已經(jīng)壓縮到最小了?！?/p>

在難以繼續(xù)縮小的光學(xué)部件之外，用于計(jì)算、散熱、供能的部分占據(jù)了一臺VR顯示器的大部分空間。

尤其是對于采用精巧昂貴的Pancake方案的頭盔來說，由于將圖像在透鏡間進(jìn)行了多次反射，圖像的亮度損失極高，制造商就只能選用更大功率的顯示器，這讓目前市面上的VR頭盔續(xù)航成為了一個(gè)嚴(yán)重的問題。

Oculus Quest2電池容量4500mAh，續(xù)航約兩小時(shí)，Pico 4電池容量6000mAh，續(xù)航約三小時(shí)，HTC VIVE Focus 3電池容量5300mAh，續(xù)航約兩小時(shí)。在長時(shí)間使用的過程中，用戶往往需要將頭盔與電源連接起來。

為了讓擁有兩顆芯片的Vision Pro顯示器更輕，蘋果將電源從頭盔中單獨(dú)取出成為一個(gè)用線材連接的獨(dú)立部件。為了保證顯示效果和續(xù)航，更強(qiáng)的計(jì)算能力會要求更多的散熱空間和更大的電池，這會讓頭盔變得太重。

把電池拆出來，這個(gè)“返璞歸真”、對于率先將手機(jī)一體化的蘋果來說可以稱得上是“違背祖宗”的設(shè)計(jì)純屬無奈之舉，但卻不失是一種可接受的解決方案。

Oculus 聯(lián)合創(chuàng)始人帕爾默?拉基在接受采訪時(shí)曾表示：“需要明確的一點(diǎn)是，電池外置是推進(jìn)頭顯的正確方式，我在 Oculus 時(shí)就一直倡導(dǎo)這樣做，但無奈的是我在后續(xù)的權(quán)力爭奪中敗陣”。

除去光學(xué)部件、電源之外，計(jì)算芯片、散熱結(jié)構(gòu)、外殼等部分組成了一臺XR設(shè)備的其他的部分。如何平衡這些重量和體積，讓用戶戴得舒適是XR設(shè)備廠商的重點(diǎn)關(guān)注的問題，也是廠商核心競爭力的體現(xiàn)。

去不掉的成本

擺在XR廠商面前的第二個(gè)問題是成本，這里不僅僅是XR設(shè)備的生產(chǎn)成本，還包含了XR設(shè)備的使用成本。

VR設(shè)備需要有什么樣的顯示效果？2016年，AMD公布的一份文件中通過計(jì)算人眼視野范圍和顯示器像素密度得出的結(jié)論是，最理想的VR顯示效果要達(dá)到單眼144Hz以上的刷新率和16K的分辨率。

圖：AMD VR技術(shù)方案

放在目前的科技水平下，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)還是難以企及，但常見的4K、120幀的圖像質(zhì)量已經(jīng)足夠能夠讓用戶獲得較好的VR體驗(yàn)了。

萬物數(shù)創(chuàng)CTO黃一告訴《銀杏科技》，本地渲染的內(nèi)容越少就需要更高的帶寬進(jìn)行傳輸，帶寬需求越低就需要越高的渲染能力。

但如前文所述，在保證佩戴舒適度的情況下，廠商很難將性能更加優(yōu)秀的芯片塞進(jìn)顯示器里。芯片制造行業(yè)如果不發(fā)生技術(shù)飛躍，顯示器的計(jì)算性能很難突破當(dāng)前的極限。

將渲染放在云端是可行的嗎？可行，但高成本很難支持大規(guī)模應(yīng)用。

黃一認(rèn)為，將渲染放在云端的問題在于成本過高。他算了一筆賬，目前的網(wǎng)絡(luò)背景下，高清內(nèi)容的傳輸是可以實(shí)現(xiàn)的。以Vision Pro的顯示效果來計(jì)算，Vision Pro分辨率可以達(dá)到單眼4k，刷新率為90幀每秒，可以實(shí)現(xiàn)較為優(yōu)秀的顯示效果，在正常使用的時(shí)候可以達(dá)到視網(wǎng)膜屏的顯示水平。

4k、2d、60幀視頻的帶寬要求是10MB/s，即80Mbps。目前內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（CDN）的流量費(fèi)用為1Gb約0.8-1.2元，一分鐘數(shù)據(jù)傳輸量約4.8Gb，即每分鐘傳輸成本約4.5元。用戶觀看一部90分鐘長的電影，僅產(chǎn)生的分發(fā)流量費(fèi)用就超過400元。

換句話說，相比大多數(shù)僅需要5Mbps帶寬的1080P視頻，VR視頻的播放成本提高了16倍，這對于VR內(nèi)容提供商來說是極高的負(fù)擔(dān)，尤其是對于為VR設(shè)備提供內(nèi)容配套的廠商來說負(fù)擔(dān)更重。

一個(gè)典型的商業(yè)案例是VR直播。作為Pico VR的內(nèi)容配套，抖音在2022年4月就上線了VR直播功能，用戶可以使用Pico系列設(shè)備觀看最高8K的3DVR直播內(nèi)容。如果將8K、3D、60幀的直播流全部通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，至少需要640Mbps帶寬，成本則攀升到了1080P直播的128倍。

目前通過Pico觀看抖音VR直播是不需要額外付費(fèi)的，意味著這部分成本全部都由字節(jié)跳動(dòng)承擔(dān)——作為推廣VR設(shè)備的成本。

如果抖音希望通過類似愛奇藝的付費(fèi)會員制度來盈利，將30元/月作為標(biāo)準(zhǔn)，要保持同樣的利潤率，會員每個(gè)月需要付3840元來觀看VR視頻。

當(dāng)然，廠商并不會將視頻流全部通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸，VR一體機(jī)的計(jì)算芯片能夠極大的降低帶寬的使用量，這里就涉及到XR設(shè)備制造的最后一個(gè)門檻：性能。

提不高的性能

計(jì)算性能的提高必然伴隨著體積和重量的提高。在保證舒適性的情況下，能塞進(jìn)XR設(shè)備的計(jì)算芯片選擇其實(shí)相當(dāng)有限。因此，擺在XR廠商面前的核心問題是，如何利用盡量少的帶寬和有限的計(jì)算能力，盡可能的為用戶帶來更好的顯示效果？

主流的解決方案主要是通過算法降低渲染成本，節(jié)省性能和帶寬。

一個(gè)較為成熟的方案是利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)將低分辨率、低幀數(shù)的圖像轉(zhuǎn)化為高分辨率、高幀數(shù)的圖像。

按照前文的計(jì)算，4k、2d、60幀視頻的帶寬需求約為80Mbps，將幀數(shù)降低為30幀，帶寬的需求就能降低一半。在使用VR顯示器時(shí)，低幀數(shù)難免會帶來拖拽和卡頓感，因此需要用到“插幀”技術(shù)將30幀視頻擴(kuò)充到60幀，即在每兩幀之間插入一幀由本地生成的圖像，以提高幀數(shù)和顯示效果。

這種技術(shù)并不新鮮，在多個(gè)不同的領(lǐng)域都有應(yīng)用，而在VR平臺上最典型的是針對Quest 系列顯示器推出的應(yīng)用AppSW 和ASW，它們允許頭盔中顯示的VR應(yīng)用以實(shí)際顯示刷新率的一半進(jìn)行渲染。

類似的，深度學(xué)習(xí)還能使機(jī)器通過渲染一部分像素來推算出整個(gè)圖像。典型的代表是英偉達(dá)DLSS ，即Deep Learning Super Sampling（深度學(xué)習(xí)超級采樣）技術(shù)，該技術(shù)已經(jīng)沿革到第三代，也針對VR應(yīng)用推出了相應(yīng)的版本，在理想狀態(tài)下可以僅渲染11%的像素來還原整個(gè)圖像。

另一個(gè)方案是注視點(diǎn)渲染Eye Tracked Foveated Rendering（ETFR）。注視點(diǎn)渲染指的是通過眼球追蹤來識別用戶在VR中的注視點(diǎn)，從而動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)VR屏幕的清晰度。

正在針對該技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)的哈爾濱工業(yè)大學(xué)教授范曉鵬告訴《銀杏科技》，用戶在使用XR設(shè)備時(shí)并不會經(jīng)常大范圍的轉(zhuǎn)動(dòng)視線，視覺焦點(diǎn)會比較穩(wěn)定地盯住一個(gè)方向。

“所以我們就是利用這一點(diǎn)，把觀察者正面看到的這些圖像渲染的好一些，壓縮比低一些，讓它看起來清晰一些，其他的部分質(zhì)量可以差一些。當(dāng)使用者轉(zhuǎn)頭的時(shí)候，因?yàn)槿搜塾幸恍┭舆t，利用這個(gè)延遲調(diào)整高質(zhì)量渲染的位置，就可以減少數(shù)據(jù)的傳輸量?！?/p>

按照2021年NVIDIA與眼動(dòng)追蹤技術(shù)服務(wù)商Tobii公布的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，注視點(diǎn)渲染技術(shù)可將顯示效果最高提升57%。

但需要注意的是，該技術(shù)基于眼動(dòng)追蹤功能，這需要在頭盔中塞入更多的傳感器和電池，同時(shí)設(shè)備的價(jià)格也會水漲船高。不支持該功能的Pico4官方售價(jià)為2800元，安裝了眼動(dòng)追蹤和面部捕捉傳感器的Pico4 Pro售價(jià)則來到了3800元。

定義下一個(gè)風(fēng)口

綜合這些技術(shù)，性能不足的VR設(shè)備的使用成本終于來到了勉強(qiáng)可接受的程度，但距離成熟的確還有不小的距離。

被業(yè)界寄予厚望的蘋果Vision Pro在舒適度、性能和成本的三角中，蘋果選擇了舒適度和性能。

高達(dá)3500美元的售價(jià)讓蘋果能夠從容地選擇最好的設(shè)計(jì)方案打造一個(gè)標(biāo)桿產(chǎn)品——這個(gè)過于昂貴的方案對于大多數(shù)XR廠商來說，最大價(jià)值在于教育市場，讓更多投資和人才進(jìn)入XR領(lǐng)域，吸引更多XR內(nèi)容創(chuàng)作者，完善XR上下游產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)。

市場上并不缺乏一個(gè)頂級XR設(shè)備生產(chǎn)商，缺乏的是一個(gè)像蘋果一樣能夠定義下一個(gè)十年最好的科技產(chǎn)品的企業(yè)。

從技術(shù)的角度來看，更好的消費(fèi)級的XR產(chǎn)品大概還離我們很遠(yuǎn)，但Vision Pro的出現(xiàn)無疑讓它來得更快了一些。