苹果要如何造就一个高端的AR头戴设备？

刘绪刚

• 分析人士近期表示苹果 AR 眼镜预计 2020 年发布，对于这家 iPhone 制造商近两年内进入这个新兴市场，我们并不惊讶。但是对于苹果的 AR 产品本身，除了各种专利透露的既有限可能外，依旧是一个传说般的存在。外界至今尚未能了解到它的具体情况，好在在苹果之前已经有了成功打开市场的同类产品，参照这些产品的各个优点（以及缺点），则可预见到苹果即将揭晓的 AR 眼镜会如何去传承与改良。
  
  显示屏
  
  显示屏可以说是 AR 和 VR 眼镜最重要的组件之一，用户在体验中往往需要盯着屏幕看几分钟或几小时不等，一个高质量的显示器必不可少的。高质量的显示器通常具有高分辨率，可以最大限度地减少用户注意到单个像素的机会，以防破坏 AR 效果。
  
  屏幕刷新率也需要足够高，否则容易使用户在屏幕刷新时感受到跳帧。快速刷新率和最小延迟既是保证视觉的完整性的必要，同时是减少眩晕的途径，这是对 AR 和 VR 眼镜基本的体验要求。
  
  
  
  对于刷新率，苹果可以采用目前较好实现的两种方案：一种是类似于 Oculus Rift，它采用了一个更大的屏幕和两个单眼镜片，有效地将屏幕分成两半。与创建两个较小的高分辨率屏幕相比，单个屏幕节省了资金。第二种就是类似于 Magic Leap One 的双屏方案，同时更新两个较小的屏幕而不是一个较大的显示面板，双屏能够带来更快的刷新率，当然，也要求更高的技术和更昂贵的成本。
  
  
  
  需要说明的是，目前搭配移动智能手机实现的 AR/VR 眼镜，比如谷歌 AR 眼镜和三星的 Gear VR 眼镜，均使用了较列加的单面板也就是单屏方案，不过这些设备实际依赖的是手机高分辨率屏。苹果初代 AR 眼镜据预测还无法做到独立运行，需要通过无线/有线模式连接 iPhone，为了体验效果，苹果可能会选择独立双屏技术。
  
  
  
  当然，如果想控制成本的话，也可以直接把 iPhone 内置于眼镜中，但这种模式似乎对目前移动 AR/VR 设备发展并无推动作用，也不便于 AR 眼镜的日常使用——假如苹果想要发布的是一款实用级产品的话。我们并不是很期待苹果设计团队沿用已有的模式。
  
  AR 图像挑战
  
  在 AR 与 VR 之间，人们更多倾向于苹果要做的是一款 AR 设备，毕竟现有搭建好的 ARKit 平台，以及多项技术都可利用于 AR，而 VR 代表的是另一套空间沉浸体系。
  
  虽然 AR 传感器和其他区域在很大程度上都与 VR 相同。但 AR 眼镜需要面临着更特殊的视觉图像挑战，这也是 AR 和 VR 硬件之间的主要区别。
  
  目前显示 AR 场景的方法是由图像捕获装置（AR 眼镜）获得实时图像，传输到处理器中（比如 iPhone），然后处理器在现实图像上覆盖 AR 元件并将合成视图发送回 AR 眼镜以供查看。
  
  
  
  该系统简单易懂，但有着不好攻克的难点。它存在着与 VR 头戴设备类似的问题，包括可能导致眩晕的延迟、移动和范围的限制等等。再者就是，它的 AR 元件（虚拟附加部分）需要能很好地贴合到现实视图中，但由于视觉本身的动态属性，用户视点的位置其实都是在不断移动的，AR 眼镜还得拥有足够优秀的眼动追踪系统。通过了解眼睛的位置，以及用户在看什么，可以更准确地将虚拟对象与现实世界中的真实视图对齐。
  
  由此看来，眼动仪会是 AR 眼镜的另一关键核心，按照苹果对细节的魔鬼要求，或许会自主开发一套眼动追踪系统也说不准。
  
  传感器
  
  为了使 AR 眼镜有效工作，它需要获得周围世界的准确信息。而为了正确生成用户看到的场景，主机计算设备需要当前图像和预判下一个图像的运动数据。
  
  在基础层面上，这包括使用陀螺仪和加速度计在内的运动传感器来分析头部六个自由度的运动。加速度计可以帮助检测头部在不同方向上移动的距离，陀螺仪则用来测量 AR 眼镜的任何倾斜运动。
  
  根据操作所需的精确设置，可能还需要在外部放置摄像头或其他图像传感器，比如 HTC Vive 的监控系统，它可以较好的实现用户在开着 VR 的情况下依旧能清楚地看见现实世界。
  
  
  
  对于 AR 设备，这些摄像头将提供真实世界的视图，这些视图要么成为虚拟对象出现的背景，要么可用于计算对象的放置位置。如果使用的摄像头足够多，甚至可以提供更具立体感的世界视图和 AR 效果。
  
  与显示器一样，传感器在采集数和数据传输时，也需要准确和快速运行。否则其生成的延迟会造成用户移动的滞后，以及视觉场景的整体延迟，正如已经说过的，过多的延迟可能会直接破坏感知，或者导致眩晕，所以延迟必须控制在很小很小的数值。
  
  就目前而言，VR 和 AR 的传感器已经可以达到车载传感器的速度，使得传输数据产生的延迟最小，剩余的问题，就在于处理器的能力了。处理器足够强大，响应的时间就能足够短。
  
  所以是时候期待 2020 年应用在 iPhone 旗舰上的 A 系列芯片到底有多强大了。
  
  声音
  
  在许多 VR 和 AR 应用中，用户使用内置耳机、扬声器、甚至包括将第三方耳机接收声音都是可以的，但仍有一些因素需要考虑。
  
  一方面，有效降噪和隔绝外界声音，有助于沉浸体验。当然，也可以采用环绕声耳机或者立体声软件来模拟真实环境。
  
  但另一方，VR 和 AR 并不完全应用在独自一人在小房间里的游戏体验中，它还得进行别的工作，无论是从工作的协作角度还是从安全角度，允许用户听到附近环境声音都是必要的——尤其是 AR。对于可以在各种场所使用的 AR 眼镜而言，厂商还得考虑不同场景的声音接收体系。
  
  
  
  舒适度
  
  佩戴舒适与否不算是个技术问题，但肯定是个设计能力的问题，而且会是吸引消费者购买的主要因素。
  
  目前大多数 VR/AR 设备都在努力解决这个问题，如果在眼镜上置入智能手机，它的重量并不轻，而且框架也会很大，佩戴起来略显笨重。拥有独立处理能力的设备更是因为内部和外围组件太多增加了重量。用户戴起来颇有压力。
  
  
  
  而将头戴设备与主机（处理器端）相分离则可以保证 AR 眼镜足够轻便，佩戴舒适。手持版本更适合一些需要保持移动、比较短时间的体验场景，比如出行旅游、在线购物之类。同时，这种方案会占用用户的一只或两只手，从而限制了用户在虚拟环境中可以完成的动作。
  
  
  
  从日前分析师的情报来看，苹果的 AR 眼镜很有可能采用的是后一种办法。
  
  可用性
  
  在理想的 AR 和 VR 成熟阶段，头戴设备的设置和使用会非常简单，但显然我们还没有达到这种阶段。现有的主流 VR 设备的设置得从房间规模开始，到线缆连接，接收器放置，设备设置，平台关联等一步一步来，可能会让很多用户感到繁琐。
  
  依赖智能手机的头戴设备会容易一些，因为它可以通过智能手机滑动到位、运行 App 来简单地进行。更简单的范例是 Oculus Go，因为它是独立的，不需要主机操作，不需要适配外置设备，并配有一个简单的控制器。
  
  
  
  当然，设置硬件只是其中一部分。软件方面的设置体验完全是另一回事，然后是应用生态本身。
  
  根据每种类型的 VR 或 AR 眼镜的复杂性，App 开发人员需要满足不同在使用硬件时的不同要求。同时，他们还需要根据可用资源调整应用程序的用户体验，包括用户如何与虚拟空间或数字 AR 项目交互，以及他们的运动范围。
  
  就目前而言，还没用一种方法可以很快做到硬件与软件之间快速、广泛的兼容。这也是为什么 AR 和 VR 发展这么些年，却一直很难从硬件上普及的原因：因为软件生态太薄弱了。
  
  苹果的 ARKit 确实在逐步建立相关的软件内容体系，但给它的时间尚短，很多 App 得在有一款 AR 眼镜产品的前提下，才知道如何去设计功能以及交互，随后再去解决实际操作问题，这又得是一轮全新的探索，很难想象 AR 眼镜到达用户手中的时候，有足够数量和质量的 AR 应用/游戏来展现硬件的价值，你要忍耐一段比较长的软件滞后期。
  
  
  
  AR 之难
  
  确实，自从 ARKit 推出以来，苹果和第三方已经朝着 AR 主流趋势迈出了一大步。但纵观整个市场，除了微软的 Hololens 及其相关计划之外，硬件在商业的可行性方面还远远不及 VR。
  
  苹果正在开发一款 AR 眼镜吗？很有可能，因为专利申请和苹果安全报告确实表明他们正在调查相关技术，但这绝不代表着硬件即将到来的迹象。
  
  
  
  包括分析师自己也表示，2020 年是一个非常乐观的时间。
  
  2017 年 10 月，苹果 CEO 蒂姆·库克（Tim Cook）指出，AR 是一项重要但仍在孕育阶段的技术。在采访中他是这么说的：“我可以告诉你，技术上尚无法达到高质量实现这一点。AR 所需的显示技术，包括一个头戴显示设备上放置足够的东西，都是巨大的挑战。”
  
  苹果自己对于 AR 是不乐观的。
  
  2017 年到 2020 年也不过短短三年，除非这三年中有重大突破成果——但直至 2019 年的今年我们并未有所耳闻——如果苹果真的能很快发布 AR/VR 硬件，那它诞生的主要目的也很可能是迎合市场、投石问路，而非因为时机成熟，顺势而为。