自首次在CES亮相，CREAL陸續展示出光場顯示方案優秀的3D動態變焦效果，並在去年用這項技術打造了AR和VR頭顯原型。兩款頭顯體積相對較笨重，CREAL的目標是在今年第四季度推出體積更小的AR版本。

Tomas Sluka

不過，在近期接受The AR Show採訪時，CREAL聯合創始人兼CEO Tomas Sluka透露，接下來將出售一款視力測驗儀器，儘管開發AR眼鏡是最終的目的，但考慮到AR硬體體積和成本等限制，現階段主要面向專業級應用場景，而輕量化的AR眼鏡則成為更長遠的規劃。

在這次採訪中，Tomas進一步解釋了光場顯示的原理，以及研發背後的靈感、未來的發展路徑等等。

光場顯示的優勢

Tomas表示：在2014年體驗過首款商用VR頭顯後，便決定優化VR的視覺疲勞和沉浸感問題，於是開始研發基於廣場方案的3D動態變焦。

在研發過程中，他發現人眼工作原理就像是3D掃描儀，人眼對視覺的感知在大腦中建立。對於理想的AR/VR，顯示屏解析度也許不需要達到8K或16K解析度，只要能營造一種清晰、立體的視覺觀感，體驗感就足夠好。也就是說，不需要很大的屏幕，尤其是對AR眼鏡來講，屏幕尺寸越小越好。

當被問及現有的VR視覺效果與真正的3D最大的差距體現在哪裡？是像素質量，還是3D立體感等方面？等問題時，Tomas的回答是：VR的痛點是整體視覺體驗不夠舒適，會引起視覺疲勞，尤其是在觀看近距離的畫面時。另外一點，就是缺少景深變化，因此現有的VR技術並不能算作真正的3D。

為了解決困擾VR的VAC問題，首先要避免在人眼近處顯示內容。拿相機鏡頭距離，當鏡頭在2米到20米之間變焦，圖像差距變化很小，而在20-50厘米近距離變焦時，圖像變化看起來更明顯。

在VR中，你的注意力通常放在遠處的內容上，應用中的交互通常也設定在與用戶有一定距離的位置。而在手勢識別模式中，不管你的手如何靠近眼前，虛擬手看起來都比較清晰，沒有明顯的聚焦變化，而這並不符合物理規律，因此可能會打破沉浸感。

實際上，微軟在HoloLens文檔中就曾提到，將AR內容顯示在1-2米距離時，視覺效果更理想。

Tomas表示：這是一個避免問題的辦法，並不是解決方案。目前有兩種解決方向，一種是基於工程設計，比如利用眼球追蹤數據來控制機械移動的屏幕，來動態改變屏幕與人眼的距離，實現變焦。或是利用數字方案，來模擬圖像中的動態聚焦和模糊效果。不過這種方案依賴於準確、低延遲的眼球追蹤技術，而且計算方案也比較複雜。

另外一種方法更加完整，就是渲染具有完整景深的光場，人眼在不同角度可以看到3D視覺變化。一種基礎的方案，是在2D屏幕上疊加透鏡陣列，透鏡將像素投射到不同的方向，從而實現3D觀感。但這種方案大大降低了解析度，每個視角大概只能觀看到三分之一像素，或者一個虛擬像素需要由60個實際像素組成（將解析度降低60倍），光學效率低。

如果採用相位空間光調製器來實現3D全息，理論上可模擬與現實光100%接近的效果，不過現有的方案實際效果不佳，受到調製器的運行速度限制。

Tomas認為，提升VR的畫質，才能顛覆整個行業。在成立CREAL之前，Tomas的目的是解決3D光學難題，在離開實驗室後，他開發了原型設備，並根據體驗者的反饋，決定為其成立公司。

利用人眼視覺特性

當被問起可否描述一下光場顯示有哪些不同時，Tomas回答：光場是一個廣泛的術語，它已經不是新的技術，簡單來講指的就是一種擁有多視角的立體顯示。在工程、商業等領域有多種不同的應用。而在物理學中，光場主要指的是我們周圍的環境光，在每一個點上，光都在向周圍任意方向傳播。而在工程領域，光場通常指的是多視圖顯示，可呈現支持多視角觀看的3D場景。

相比之下，CREAL的區別在於，它是一種更實用、更有效的光場方案。

通過探索光場視覺技術，CREAL發現了兩個常被人忽視的真相，即人體70%受體位於視網膜，大腦90%的感官檢測任務來自於視覺。因此，大腦每天接收到的絕大多數信號都是通過人眼來捕捉的，相當於輸入帶寬最高的一個接收器。另外一點，就是人眼能接收到的清晰信號很少，只有視網膜中央凹處看得最清晰，因此人眼高清視覺的區域小，在看文字時常常需要高速移動眼球，來瀏覽整句話。

而中央凹之外的餘光部分，視覺清晰度大幅降低，幾乎難以辨別色彩。

也就是說，人眼其實不需要太多數據，依靠大腦來處理視覺感官，就能營造清晰的視覺效果。實際上，人眼的原理類似於3D掃描儀，而人腦則根據人眼接收的3D數據來構建視覺。

對於AR/VR來講，因為人眼並不需要大量視覺數據，所以可能也不需要8K、16K解析度，只需要提供人眼所需的解析度即可（甚至可能低於手機屏幕解析度）。

而就光場顯示來講，業內認為這項技術需要運行大量數據，才能渲染高解析度圖像。然而，現有光場顯示技術的瓶頸是因為沒有充分利用人眼視覺原理。

Tomas表示：人眼視覺形成原理，是通過一定序列疊加周圍各種視角來合成。瞳孔本身的尺寸只有幾毫米，將左右眼瞳孔識別到的圖像結合後，形成了3D視圖。即使只有10-20度視角的圖像快速進入人眼，也足以營造自然立體的觀感。

利用這樣的原理，CREAL的方案包含了光源、光組合器（某種反射鏡），組合器可以將光以特定的角度投射到人眼中。這種觀感有點類似於，當你透過小孔來觀看世界的感覺。通過小孔觀看世界的好處是，視覺通常比較清晰，受到變焦影響不大。

如果人眼透過多個小孔看世界，那麼視覺觀感會更加自然，小孔的邊緣對視場角的截斷並不明顯。在此基礎上，CREAL將這些小孔集合在一起，也就是說將透過小孔的光整合在一起投射到人眼中，來形成立體自然的圖像。

有趣的是，CREAL的光場顯示系統目前未結合眼球追蹤，也就是說不需要根據人眼視角變化去動態渲染，也能實現立體觀感。同時，也在測試與眼球追蹤結合的效果，目的是實現某種注視點渲染效果，僅渲染人眼看到的圖像幀，從而節省功耗。

關於技術路徑

CREAL早期展示的硬體為桌面原型設備，外觀非常笨重。後來，在前Magic Leap員工的幫助下，他們進一步縮減了AR和VR方案的體積，打造了AR和VR頭顯原型。與之前的桌面原型相比，CREAL AR和VR頭顯的主要區別是縮減了電子元件。

實際上，CREAL研發的AR和VR頭顯原型，在硬體結構上和其他AR/VR頭顯差別不大，都包含顯示驅動、顯示器/光源等等。主要的不同是，為了縮減AR/VR頭顯體積，CREAL自研了顯示驅動晶片、組合器（尺寸為7x7mm）、光學元件和組合器。

而在過去一年半時間，CREAL的主要工作是設計一款體積更小的AR/VR眼鏡。其中的組合器設計實際上已經完成，預計在8月開始測試首批樣機。

Tomas提到，CREAL無法採用現有的光波導組合器，因為大多數光波導方案基於瞳孔複製原理，每束光線都是從不同的角度進入人眼，這無法形成光場，視覺效果還是平面的。

CREAL設計的組合器結構足夠簡單，主要結構是全息膠片和透鏡，而這種全息膠片可以疊加在屈光鏡片，與普通眼鏡結合。Tomas指出，Intel Vaunt、North Focals也採用相似的方案，CREAL的區別是眼動範圍更大。

據了解，此前展示的CREAL頭顯原型採用有線設計。當被問及這種設計是否必要，未來能否實現無線化時，Tomas回答：實際上，生成基礎光場（文字或箭頭等）並不需要過多算力，因此為了縮減AR眼鏡的體積，還是需要採用外置電池來供電。目前，CREAL頭顯連接筆記本或PC的原因是，更複雜的光場內容需要更多算力來運行。

光場顯示的關鍵應用

Tomas認為，需要光場顯示的應用場景包括：複雜的3D可視化、高保真AR，適用於工業、醫療等領域。

CREAL現階段驗光設備

目前，CREAL正在開發一款視力檢測儀器，其特點是以數字方式模擬鏡片，可同時校正多個視覺問題。相比於線下驗光程序，基於光場的視力檢測儀器可自動運行，無需測試和調整度數。

未來該技術可集成於AR/VR頭顯，無需佩戴額外的眼鏡即可實現屈光調節。

那麼為什麼CREAL不推出AR/VR頭顯，而是視力檢測儀器呢？

CREAL坦然表示：因為開發AR/VR眼鏡是一個長期的目標，需要投入上億美元研發成本，而且產品的成本也相當高。如果要專注於AR/VR這個長期願景，CREAL可能會面臨很多風險。

CREAL驗光過程

與此同時，CREAL在研發光學產品的過程中衍生了視力檢測儀器這樣的產品，其目標是顛覆傳統的視力保健行業。該產品的體積可能比高端VR頭顯略大，不過常見的視力檢測儀器本身笨重，因此體積重量並不是很大的限制。實際上，CREAL已經具備開發視力檢測儀器的能力，接下來只需要設計外殼、調整參數便可以很快發布。

當然，CREAL的長期願景依然是AR，這也是未來不可避免的發展方向。目前來看，CREAL的AR頭顯體積較大、成本較高，因此目標群體是一些專業場景，比如工業、醫療保健等等。隨後還將進一步縮小頭顯尺寸，以實現全天候穿戴設計。另外，也將與其他廠商合作，以實現量產（更像是技術授權商，提供參考設計，而不是自己製造）。參考：The ARShow