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AR眼镜早春，在深圳南山

Bysun, keting

Apr 15, 2022
AR眼镜早春，在深圳南山
早春，还是一朵含苞的蓓蕾，我们可能还要在必经的、反复的倒春寒中，走过一段同样需要耐心努力的泥泞，才有可能抵达万紫千红的春天。——水哥
从2018年由最具影响力的世界级导演斯皮尔伯格操刀的高分电影《头号玩家》故事线当中，2045年，人们带上一副VR眼镜，就可以进入一个沉浸式的虚拟空间，换上自己喜欢的体型、面孔与发型，穿上一套服帖的连体衣，就有媲美现实的真实触感，让人忘记了所居住的贫民窟、地下室的生活，以及令人疲惫的各种关系，男女老少，无不沉浸其中。
今年刷屏的电影《失控玩家》，开始出现有自我意识可以自我进化的人工智能，在虚拟的游戏空间，在街上可以捡到礼物，可以打怪成功后，获得金币、各种虚拟装备、甚至美女帅哥。——这是一个足以让人工智能的大反派迷失自我的花花世界。
当然在整个故事曲线中，隐藏着一条关键的情感伏线，其中让女主角坠入爱河的人工智能男主角，只是现实当中一个不知如何表达自己的程序猿，用代码给女主角写下的一封情书。
从文字、图片、视频到虚拟现实，这是文本的进化，媒介即信息，信息即社会，这种媒介的进化，基本塑造了每个时代的基本地貌。
即使这种元宇宙式的虚拟现实还很远，但是构建这个元宇宙的要件，已经逐渐出现在我们的现实生活中，短期来看，也许我们可以忽视元宇宙的喧嚷，但是我们一定不能错过VR与AR在反复的挫折中低调的壮大。
这两个电影的上映，都一度引爆了资本市场以及科技从业者对虚拟现实的热情，普通消费者们也跃跃欲试。自2012年Google推出智能眼镜遇冷之后，过去十年间，各方面关键技术都已经更加成熟，2018年虚拟现实的投资已经开始迅速回暖，从硬件到软件，巨头们鱼贯而入，到今年更是已经有多款低配版的消费智能眼镜面世。
只是到目前为止，能够称为真正称为完全体的AR眼镜似乎还没出现。
但是一个含苞待放的早春，似乎已经出现在深圳南山。
 
一、game changers
 
AR眼镜，也是一种延续大型计算机、笔记本、到手机这种更便捷、更智能的进化路径的一个重要里程碑，将是继 PC 电脑、智能手机之后的下一代消费级计算机科技产品，有望成为下一代人机交互中心。
作为一种破坏性技术，游戏规则的重新制定者，它们很可能会像智能手机创造一整个移动互联网经济时代一样，创造一个新的智能经济时代，从硬件、软件到相关内容服务生态都会重新焕发新的生机，涌现新的机会，带来新一代的平台经济。
这足以让所有巨头垂涎欲滴，让所有有野心的创业者跃跃欲试。
 
AR眼镜早春，在深圳南山
 
Gartner曾对2017年十大战略性技术趋势进行了预测，其中主要一项就是VR与AR。报告认为：“到2021年，沉浸式消费和商业内容、应用程序的市场格局将发生巨大变化。”
时间已经来到2021年，元宇宙还很远，作为元宇宙的入口与基础硬件，AR/VR的技术其实已经敲响时代的大门。
到今天，算力已经成为水电级别民生资源，在各大科技巨头的巨大投入下，算力已经像水电一样可以源源不断输送到需要的用户手中，为需要进行巨大的数据处理的虚拟现实技术搭建了更大的舞台。
疫情造成的隔离，给VR/AR 产业发展按下了加速键，2020年VR/AR 产业投融资金额及数量回归到了 2017 年高点水平。
据IDC数据报告显示，2020年全球虚拟现实终端出货量约630万台，预计2020-2024年五年期间全球VR、AR增速分别为56%、188%。
2020年全球虚拟现实市场规模约为900亿，预计2024年市场规模达到5000亿，产业市场潜力巨大。
今年以来，海内外元宇宙赛道相关的概念公司，频频获得巨额投资。苹果 AR头显、AR眼镜蓄势待发。腾讯开始储备虚拟现实显示设备专利。
所有大型科技公司被已经被卷入其中，希望争夺智能手机之后的下一个主流计算平台，成为游戏规则的改变者与制定者。
Facebook扎克伯格通过虚拟现实接受采访，字节跳动重金并购VR头显厂商Pico，旗下子公司介入元宇宙游戏， 都让虚拟现实这个赛道人头攒动，资本市场的热情更是烈火烹油。
目前相关设备的性能与用户体验都还难以让人满意，算力负荷大，设备沉重，功耗过高，直接影响续航，性能过于简单，让VR/AR 产业发展一度进入了冰河时期。但是巨头们与资本市场的热情，也许正在破冰。
 
二、妥协与突破
 
智能眼镜是兼具软硬一体与平台入口的革命性产品，在“软件+硬件+服务”的发展趋势下，具有非常强大的市场潜力，因而也成为了科技巨头寻找新的增长曲线的新大陆。
最近有两家厂商先后发布了新的智能眼镜，其中一家是北京中关村炙手可热的小米公司，另一家是名不见经传的来自深圳南山区雷鸟创新，可以说是中国两大科技创新最活跃的高地又一次经典的南北之争。
小米造车，造智能眼镜，都是为了寻找新的增量市场。
9月14日，小米直接在雷军个人公众号发布了第一款智能眼镜概念机。在雷军看来，这款还不打算量产的概念机，实现了一次对未来的探索，就跟过去的小米透明电视、小米赛博机器狗一样，是用工程师的浪漫“看见未来”。无论是造车，还是智能眼镜，小米都是希望寻找新的增量市场。
Google Glass可以说是失败了，但也促使了人们开始寻找新的技术路线，实现了新的突破。
Google Glass 主要是利用硅基液晶（LCOS）微型投影器加上棱镜，把计算机创造出来的虚拟信息通过投影到眼镜边上的一个镜片块，也就是偏振分光棱镜，再反射到人眼前，形成一种将虚拟影像叠加到真实世界影像上的效果。
但因为偏振分光棱镜在视野和视角有其限制，Google Glass 最让人诟病的就是显示区域一块小小的镜片，而且为了达到一定的可视面积，玻璃就必须有一定的厚度，所以 Google Glass 镜片大概 1 公分，算是偏厚，外型设计看起来有点突兀，这些都导致了用户的不良体验。后来很多企业开始采用其它技术发展智能眼镜，比如自由曲面技术以及超透镜（metalens）技术，而目前最受关注的就是波导技术。
没有夸张的外形设计，笨重的机身，通过MicroLED光波导显像技术，可以实现信息显示、通话、导航、拍照、翻译等全部功能。可以看到，小米智能眼镜探索版已经取得了重要的突破。其中关键，就是利用了最先进的光波导（Optical Waveguide）技术，一种可以让光线扭转 180 度的黑科技，让隐藏在眼镜框架中的 MicroLED 屏幕图像，通过光波导镜片的微观光栅结构无数次反射和扩散，精准传递到人眼。这一切都在一片镜片的内部完成，而不再像现有产品一样使用复杂的多片透镜、反射镜或半反半透镜。光波导技术在明显减少设备体积和重量的同时，也是唯一一个可以让智能眼镜接近传统眼镜形态的技术。
 
AR眼镜早春，在深圳南山
除了小米，Facebook也在9月上旬发布了一款名为Ray-Ban Stories的智能眼镜，还是与知名太阳镜品牌雷朋合作发布的。Facebook作为社交巨头，但是这款毛胚版的Facebook智能眼镜，镜片并没有显示屏，与Facebook一样，华为其实也推出过类似的智能眼镜，拥有着几乎相同的功能，同样也和知名眼镜品牌联名。
Facebook和华为智能眼镜相比小米智能眼镜，更像是“1.0版本”的智能眼镜，都只是一款与商业化妥协的产物，并不属于未来。但是已经取得突破的小米智能眼镜，单目单色的显示效果，也根本不可能满足未来虚拟现实的展示需求。这个赛道显然需要更多足够饥渴的选手进场。
与小米一样，TCL成立雷鸟科技主攻互联网业务，又再孵化雷鸟创新聚焦VR/AR 产业，同样是在寻找新市场，从2009年成立华星光电，进入到半导体显示面板领域，到2020年收购天津中环，进一步上探产业链，进军半导体光伏和材料产业，在芯片和集成电路领域寻求突破。TCL发展的第四个十年，陷入“千亿魔咒”正被倒逼进行新一轮的转型升级，这个对增长垂涎欲滴的巨头厂商，对智能眼镜潜在的巨大市场，窥伺已久。
TCL在今年6月已经推出过一款可以观看视频的智能眼镜。10月15日，TCL电子孵化的雷鸟创新又再宣布推出雷鸟智能眼镜先锋版。相比小米“2.0版本”的智能眼镜的单目单色显示屏，这款智能眼镜似乎第一次进化成了双目全彩的智能眼镜完成体。
目前流行的智能眼镜多是单目单色，因为MicroLED在AR眼镜上实现全彩有技术难题，色彩显示可能出现彩虹现象等问题。去年发货的微软的AR头显设备HoloLens 2就有多位用户报告存在全屏色彩不一致问题,抱怨虚拟图像中出现彩虹色情况。这个“3.0版本”的智能眼镜，最大的突破就是解决了困扰行业多年的双目全彩智能眼镜的机身重量、色彩显示的屏幕两大关键的行业性难题。
据base大湾区的水哥了解，其智能眼镜研发项目已经进行了三年多研发技术攻关，团队数十人，主要来自TCL与雷鸟科技，在项目发布前两天的10月13日才注册了新的公司——深圳市雷鸟创新智能有限公司，专门负责VR/AR领域的业务。
每个成熟的大公司都处在旧的价值网当中，为满足旧价值网的顾客而努力，因而很难有足够的创新空间与动力，因此一个成熟的公司要投入新的破坏性技术的研发，就必须建立完全独立运作的团队完全投入其中。这是TCL让雷鸟创新独立运营的初衷。
没有一个跃跃欲试的创业团队，愿意错过一个领跑新技术周期的战略性机遇，也没有一个增长乏力的巨头厂商能够吞下错过这种机遇的后果，无论是TCL还是小米，无论是苹果还是华为，无论腾讯还是字节。
因为，窗口随时都可能关闭。
 
三、AR 眼镜完成体？
就现阶段而言，智能眼镜还是有很多需要改进的地方，包括体积偏大、机身笨重、价格昂贵以及电池续航力等问题，其中最重要的是在保持普通眼镜屏幕尽量轻薄的情况下，如何保证屏幕的色彩显示能力的问题，这决定了一款智能眼镜是否能够为未来虚拟现实以及增强现实显示提供硬件支撑，是否能够成为一款真正的AR 眼镜。
目前无论是国内还是海外发布的所有产品，都无法满足佩戴轻便、高亮全彩、续航持久三个特点，要么眼镜做的非常笨重，要么只能实现单目单色。这样的眼镜显然离我们想象的未来生活相距还非常远。
既要能看到真实的外部世界，也要看到虚拟信息，这就要求真实场景和虚拟信息不能互相阻挡，需要融为一体，AR 眼镜为此而生。简单来说，AR 眼镜的光学显示系统由光学元件和微型显示屏组成，为了能够舒适佩戴，光学元件和微型显示屏都要做的足够轻薄，耗电低，同时镜片的透光度要求高，显示要有足够亮度，这样才能在阳光下正常使用。
为了实现佩戴舒适，整体重量就不能超过60克，雷鸟创新研发团队从理论研究到反复打样，经过多年实验，才找到一个切实可行的方案。之前已经介绍过，相比于其他技术方案，光波导技术可以让光路在光波导镜片中的传输达到一种全折射的效果，这个过程没有造成光泄露或者损失，因其轻薄和外界光线的高穿透特性，而被认为是消费级AR眼镜的最佳光学方案，而利用全息体光栅的衍射光波导配合MicroLED技术则是雷鸟创新的最终方案。
这个技术方案跟小米的技术路径有很大的相似之处，其突破在于，色彩表现性能，以及未来量产的可能性。
因为全息波导的衍射效率和衍射角对于光波长非常敏感，极其容易造成亮度不均、彩虹纹等问题。此前行业里绝大多数公司，如微软采用的都是多层波导技术来解决这一问题，但多层方案在重量、成本等方面进行了妥协，所以如何利用单层光栅作用于红绿蓝三色并且能实现最大的视场角，所以这并不能怪小米不力，这是此前整个AR眼镜产业所面临的技术瓶颈。
面对这一技术问题，雷鸟创新的团队经过三年多研发，通过自研光波耦合分析和优化算法，在效率、色散、可量产性上取得了平衡，同时使用高折射率晶圆玻璃，大幅减小了全反射临界角，让大角度光线也能够进行波导传输，最终研发出最优的单层波导架构，可以说，为实现AR眼镜的轻量化迈出了关键一步。
光波导和MicroLED是决定AR眼镜未来的关键技术，AR眼镜只有实现了足够轻薄又能有强大的全彩色显示时，才能支持各类AR应用场景的发展。
解决了重量问题后，还要解决显示及能耗的问题，保证日常的佩戴使用时长，要满足以上所有条件，对产品显示及能耗的要求就非常高。
在微型显示屏上，主流方案有：LCOS、DLP、硅基OLED、MicroLED。由于亮度上的差异，硅基OLED一般与Birdbath、自由曲面搭配，光机较为笨重；而LCOS的高功耗、亮度低与低对比度又限制了AR眼镜的发展，所以相比于其他技术方案，MicroLED 最大优势是自发光、色域广、亮度高，同时光机足够小巧。
其实MicroLED的核心技术是纳米级LED的转运，由于晶格匹配的原因，LED微器件必须先在蓝宝石类的基板上通过分子束外延的生长出来。而做成显示器，必须要把LED发光微器件转移到玻璃基板上。红、绿、蓝三色MicroLED通常不能在同一基板上同时生长，实现彩色MicroLED非常困难，给行业量产带来了极大挑战。行业内的主流方案是采用纯绿色显示，这也正是小米采用的单目单色方案。
 
AR眼镜早春，在深圳南山
 
但是这种单色方案显然不能让用户满意，也更加难以满足日后的虚拟现实以及增强现实的显示要求，雷鸟创新的突破在于采用的MicroLED是将一个个小于4微米的发光机管紧密排列在基板上自发光，不需要单独的背光灯，因此可以获得更纯粹的黑色和更亮的白色，且由于MicroLED将每个像素用作光源，从而提供了更好的对比度，亮度也比OLED明亮得多。经过反复设计和大量实验，雷鸟创新团队创新性研发了自有的「全彩微显示引擎」，兼顾亮度与能耗，最终在最微小的尺寸上实现了全彩MicroLED与单层超薄全息光波导的突破性结合。
据业内人士向水哥透露，实现全彩主要还是MicroLED的难题，其他的显示方案，因为原理不同，可能没有实现全彩的难题，但是他们有各自的问题，比如，亮度不够，这个就很致命，要有足够的亮度才能在室外使用；对比度不够；功耗太高，也是致命的问题，因为功耗太高意味着电池要加大，体积重量也大了。
MicroLED技术相对来说表现更加优秀，只是在AR眼镜上实现全彩难度很大。这个技术难题，行业巨头都没解决，反倒是来自深圳南山区的这个名不见经传的小公司，整出了行业第一款双目全彩眼镜。“这也主要是因为这家小公司坚持了下来，加上TCL本身在MicroLED有技术积累。”上述业内人士对水哥透露。
其实深圳如今已经衰落的巨头手机厂商酷派，在去年7月份已经抢先发布了一款AR眼镜，同样是搭载了光波导技术，据报道在色彩方面也实现了突破，而且同样是行业罕见的全彩屏幕，但是具体如何缺乏详细信息，重量已经降到78克，价格也降到了三千以下。
 
AR眼镜早春，在深圳南山
 
把轻薄便携、高亮全彩、功耗低问题都平衡好之后，AR眼镜在硬件技术层面可以说已经取得了关键性的突破，但是还很难实现量产，量产的难度还是MicroLED的量产率，还有成本控制，都需要时间，据水哥了解，雷鸟创新这款眼镜虽然有量产计划，并且将会争取在2022年1月份的CES上亮相，但什么时候能够实现量产，也依然还没有时间表。
而且AR眼镜的成功与否，一半在于智能化硬件的成熟，另一半依赖的是应用生态的繁荣，这有赖于广大程序猿的努力，就像智能手机时代有微信、手淘与抖音一样。
不过，关键性的技术取得突破性进展，为后面的AR应用场景提供了可靠的硬件支撑，每一种颠覆性的破坏性技术，都有自己的成长阶段，从功能、可靠性、便携性，到价格的平民化，全方位进化。
未来随着关键元器件不良率的进一步下降，成本下降，随着性能更强大，可靠性、便携性继续优化，价格更加平民化，功能、生态体验更加丰富，AR眼镜必将迎来真正的春天，甚至打开元宇宙这个新世界的大门，也不是没有可能的。
作释放5G技术潜力的另一种新生的计算平台，作为一种破坏性技术的出现，AR眼镜对未来终端生态、软件内容生态必将带来颠覆性的冲击，也必开启另一个万紫千红的春天，就像过去十年智能手机所创造了今天繁荣的数字经济一样。
原文始发于微信公众号（秋水笔弹）：AR眼镜早春，在深圳南山
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