微软HoloLens光学架构师详述ARV
来源：映维网作者吴羽桦
伯纳德·克雷斯（BernardKress）是微软HoloLens光学架构师（Partner职级）。他在10年代的初期主要是担任谷歌眼镜的首席光学架构师，但于年来到了微软，并一直从事HoloLens混合现实智能头显的研发工作。
作为对EDO19DigitalOpticalTechnologies大会的介绍，克雷斯撰文概述了当前当前AR/VR/MR的数字光学元件和技术。下面是映维网的具体整理：
已于年6月24日-27日结束的EDO19DigitalOpticalTechnologies的话题涵盖了用于AR/VR/MR系统的新型光学元件，如自由空间光学元件，波导光学元件（波导组合器），衍射，全息和超表面光学元件，可调，可切换和可重新配置的光学元件。下一届大会将于年6月21日-24日召开。
1.介绍
国防一直是增强现实和虚拟现实的首批应用领域，这最早可以追溯至上世纪50年代。接下来，第一个消费者VR/AR浪潮于90年代开始兴起，但因为过于超前，尚未成熟，沉浸式领域的热度开始淡化萎缩。然而，正是由于缺乏可用的消费者显示技术和相关传感器，当时诞生了一系列的新型光学显示概念，而它们在今天依然是相当前沿的技术，如ReflectionTechnology的“PrivateEye”智能眼镜()和任天堂的VirtualBoy（）。两者都是基于扫描显示器，而非平面显示器。尽管这种显示技术在当时十分超前，但消费者级IMU传感器，低功率3D渲染显卡，以及无线数据传输技术的缺乏导致第一起VR浪潮于90年代的消退。另一个原因是数字内容的缺乏，或者缺乏对企业和消费者VR/AR内容的清晰认识。
这与GeneralMagic早期的iPod开发十分类似。在90年代后期，这家公司提出了所述的硬件概念，但当时缺乏无线传输技术和音乐库。十年后的苹果终于整合了这三个要素（硬件，WIFI，在线音乐库），而这种iPod概念颠覆了一个时代。它不仅成为了一种理想的音乐播放产品，同时引起了消费市场的强烈共鸣。
类似地，无论消费者AR/VR头显的质量如何，如果缺乏相应的“iTuneStoreApp”，消费者市场将不会实现腾飞。
在第一波浪潮衰退之后的十年间，依然在持续拓展AR/VR技术的领域是国防工业，如飞行模拟与训练（用于旋转翼飞行器的头盔式显示器和用于固定翼飞行器的平视显示器）。在00年代，有效的消费者努力是汽车平视显示器和个人双目头显视频播放器领域。
今天的工程师们从小就能接触到不断普及的平板显示器技术，而比起20年前不得不从零发明新颖沉浸式显示技术的同行相比，他们已经习惯于这样的创新额。自年以来，我们看到了基于现成智能手机显示面板（LTPS-LCD，IPS-LCD，AMOLED）或Pico显示面板（HTPS-LCD，mu-OLED，DLP，LCoS），以及IMU，摄像头，深度传感器（结构光和飞行时间）的初始沉浸式AR/VR实现。目前，头显显示架构正在缓慢发展为更具体的技术，而且与平板显示器更适合沉浸体验的要求。就如同在20年前兴起的发明浪潮（无机mu-LED面板，一维扫描阵列，二维激光/VCSELMEMS扫描器……），现在行业可谓是欣欣向荣。
就显示，联网和传感器方面，智能手机技术生态系统塑造了第二波VR/AR浪潮，而且一直是早期产品最为显而易见的目标用例。这种传统额度显示技术将作为下一波的初始催化剂。
然而，AR/VR沉浸式显示体验是延续半个多世纪以来的传统面板显示体验的范式转变：从CRT电视到LCD电脑显示器和笔记本电脑屏幕，再到OLED平板电脑和智能手机，LCoS，DLP和MEMS扫描仪数字投影仪，再到iLED智能手表（请参见图1）。
图1：沉浸式近眼显示器：个人信息显示器的范式转变
当用平板显示技术和架构（智能电话或微型显示面板）来实现沉浸式近眼显示设备时，光学扩展量，固定焦点和低亮度成为了严重的限制。为了支持近眼显示器匹配人类视觉系统的特性，我们需要替代性的显示技术。
虚拟现实/增强现实/智能眼镜热潮在本世纪10年代初的第二次兴起带来了新的命名趋势：混合现实，融合现实，扩展现实，或统称为XR。智能眼戴设备（包括数字信息显示器和眼镜）趋向于替代最初的智能眼镜命名惯例。
2.智能眼镜/AR/MR/VR市场
与第一次的AR/VR热潮不同，今天的投资者，市场分析师，AR/VR/MR开发商及企业用户都期望这种独特的技术能够在未来5年内带来真正的投资回报，如/Gartner技术成熟度曲线所示（参见图2）。
图2：Gartner技术成熟度曲线
年的Gartner图表表明，AR和VR有望在2年到10年内达到稳定的发展，而VR要领先AR数年。这是大多数AR/VR分析师所认可的概念。有趣的是，修订后的年图表不再显示VR，而是MR。VR在年进入了一个更为成熟的阶段，甚至成为一种商品，所以Gartner将其从新兴技术类别中移除。
但我们必须谨慎看待。目前已得到证实的可持续市场是企业MR，其中投资回报率（ROI）主要是成本成本规避：
新员工的上手速度更快，错误更少，收益更高。协同设计，远程专家指导，更好的服务，增强的监控。更高的制造质量保证。提升了产品展示和演示，并提供了更好的最终用户体验。
混合现实已经在出制造业（汽车，航空电子设备，重工业产品），电力，能源，采矿和公用事业，技术，媒体和电信，医疗保健和外科手术，金融服务以及零售/接待/休闲领域等领域出现了明显的投资回报率。
现有智能眼镜/AR/MR消费市场的证据则相对不是十分明显。智能眼镜（GoogleGlass，SnapSpectacles，英特尔Vaunt或North“Focals”）已经经过试水；VR头显的发展最近有所放缓（Oculus/FacebookVR，谷歌Daydream，索尼PSVR），而其他厂商的VR项目已经终止，比如说英特尔的Alloy和宏碁/StarVR的大视场头显。但从长远来看，MR的视频用例潜力依然很大。在年，尽管曾带来了强大的初始产品和获得了雄厚的风投支持，但诸如MetaVisionCorp（Meta2），CastARCorp和ODGCorp（ODGR8和R9）等中等规模的企业经历了倒闭情况。其他公司则进行了重大重组，如Avegant。MetaVision和CastAR在年中期迎来了新生，这表明所述领域依然存在巨大的不确定性，同时充满惊喜。其他公司（Vuzix）则在整个年实现了持续增长和风投支持（DigilensCorp）。
在智能眼镜方面，专注于音频的智能眼镜获得了强劲的投资回报。提供音频沉浸感和世界锁定音频（仅基于IMU）的音频智能眼镜并不是全新的概念，但最近迎来了诸如环绕声和降噪等方面的进步。它们可以为消费者和企业提供基本的输入和命令，同时是增强世界体验的重要组成要素。华为等大公司最近已经推出了音频AR智能眼镜。另外，诸如SnapSpectacles（第1代和第2代）之类的摄像头眼镜和GoogleGlassExplorer版本一样难以获得消费者的认可。
除空间世界锁定音频外，如果存在IMU（如BoseARFrames），则设备同时可以检测一系列不同的头部和身体姿态，包括俯卧撑，下蹲，点头，摇动，双击，看向上，向下看和转头等等。
表1：智能眼镜/AR/VR/MR头显在消费者/企业/国防领域的采用率。
在英特尔Vaunt项目的带动下，具有更小显示屏（约10度单眼视场）和视力校正功能的小尺寸智能眼镜在年重新抬头（年的谷歌眼镜遭遇了失败）。然而，英特尔的项目于当年下半年中止，转而投资了由North开发的“Focals”。但这款产品在年初出现了近50％的价格暴跌，而North同样进行了大量的裁员。目前消费者智能眼镜的短期前景不是十分明朗。仅针对企业领域的智能眼镜概念则出现一段安静但平稳的增长期，如RealWear头显（加拿大温哥华）和更时尚的GoogleGlassEnterpriseV2眼镜。
另一方面，当前的风投正在疯狂地助推初创独角兽的发展，比如说MagicLeap（总投资额超过30亿美元，估值达到70亿美元）。这透露出后期阶段投资者（阿里巴巴，新加坡淡马锡和沙特基金）的“FearOfMissingOut（害怕错过）”心理，并渴望跟随主要科技风投（谷歌，亚马逊，高通）的前期投资决定。同时值得注意的是，MagicLeap的最后两笔风投（年末和年中）是由主要通信公司提供（ATT/金额未知，Do
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