作为未来元宇宙的入口，VR/AR终端正在经历飞速发展。
6月20日，在腾讯证实成立XR部门的同一天，Meta在“Inside the lab”活动中对其24款正在研究中的VR头显进行了曝光，并对当中的4款进行了详细展示，分别是：
三款VR原型机：Butterscotch、Starburst、Holocake 2
以及一款概念产品：Mirror Lake
不止是内部曝光，Meta还邀请了Youtube博主Adam Savage's Tested进入实验室参观，曝光了长期只闻其声不见其影的“Half Dome”项目。
Reality Lab Research的陈列墙VR原型多达24款
（图源：Meta）
本次展示的VR头显主要围绕Meta在光学系统上的研究成果，主要包括分辨率、亮度、可变焦等。
原型设备通常用于解决某一个单一的问题，因此所展示的几款VR原型几乎代表了Meta几项重要光学参数当前所能实现的最高值。
- 产品原型一：Butterscotch，分辨率接近视网膜
Meta展出的第一款VR原型设备为Butterscotch，Butterscotch使用了Quest的框架，其最大特点是提供视网膜级别的分辨率，视网膜分辨率基准线为60PPD（电视和手机早已超过这个标准）。
图源：Meta
下图可以看到，这款头显可以在视力表中读取20/20视力线。
不同头显分辨率比较，图源：Meta
Reality Labs首席科学家Michael Abrash表示，“这是我们最新的视网膜分辨率原型，它在VR中接近视网膜分辨率，达到了55PPD，是Quest 2的2.5倍。”
为了解决分辨率与头显视场角的问题，Abrash表示“Butterscotch团队所做的就是将这款头显视野缩小到 Quest 2的一半左右，并开发了一种新的混合镜头，（这样）可以完全解决更高分辨率的问题。”
因此Butterscotch的视场角被控制在了60度以下，比常规头显要小。
Butterscotch头显能达到如此高的分辨率，是通过先进的显示面板及定制设计的镜头实现。镜头里面使用了两个高精度玻璃透镜以及一个特殊镜头，与普通透镜相比，该透镜可以对光线进行分散。两者相结合，可以为用户创建非常清晰的图像。
图源：Youtube
扎克伯克表示，设计这款头显的目的在于，“当你不断提高分辨率时，知道边际效益递减点在哪。”同时，他表示Quest 2的PPD大约是20，如果每一代都进步10%（或者15%、20%），未来几年会有很大改善。
- 产品原型二：Starburst，HDR VR头显，最高亮度可达20000尼特
Starburst外型十分笨重， 顶部有风扇和一对侧把手，是Reality Labs的HDR VR头显原型。
Starburst，图源：Meta
HDR将是对于头显的一个重要补充，因为它有助于增加图像的真实感和深度。要做到这一点，VR头显需要实现更高的亮度，Meta的峰值亮度目标值为10000尼特（亮度单位），目前电视都无法达到这个数值（三星65Q9系列在HDR中亮度可达到2000尼特），而Quest 2最大亮度仅有100尼特。
Starburst，图源：推特
在Starburst原型中，LCD面板后面装有一盏高亮度的灯，有助于Starburst达到令人印象深刻的20000尼特，这可能是目前首款实现3D HDR VR的显示器之一。
扎克伯格指出，Starburst第一代产品并不等同于最终量产的产品，实验室使用它来做测试和进一步研究，这样就可以了解（高亮度）这种体验是什么感觉。
- 产品原型三：Holocake 2，全息版Pancake
光学镜头的厚度正不断减小，Quest使用菲涅尔透镜，Half Dome 2、Cambria使用PancakeHolocake则是使用Pancake的进化版，全息的Holographic Pancake。
菲涅尔透镜、Pancake、Holocake（图源：Youtube）
扎克伯格将这款产品描述为“我们制造的最薄、最轻的VR头戴设备”。（这款头显正是今年5月Meta成员在推特曝光的图片当中所佩戴的头显。）
图源：Youtube
图源：Meta
以往VR头显看起来都比较厚重，这是因为在光学设计中，显示屏需要与镜头保持一定距离，这样才能让你的眼睛正确聚焦到图像上。为了实现纤薄的效果，Meta开发了两项新技术：平面全息透镜和偏振反射。
Holocake 2（图源：Meta）
谈及全息镜头时，扎克伯格解释道：“全息图（Holographs）是对光照到某物时发生的情况的一种记录。因此，就像全息图比物体本身更平坦一样，全息光学器件也比它们建模的透镜更平坦，但它们以几乎相同的方式影响入射光。所以这是一个非常巧妙的技巧。”
至于偏振反射，这种光学折叠的方法提高了显示面板和镜头之间的空间利用率。这两种技术都需要使用到专用激光器作为光源而非LED。目前面临的问题是，需要找到一款尺寸和价格都符合消费级VR头显的激光器十分困难。
Abrash指出：“我们需要做大量的工程来实现符合我们规格的消费者可用的激光器——安全、低成本、高效，并且可以安装在纤薄的VR头显中。截至今天，团队仍在寻找合适的激光器。”
不同镜头比较，图源：Meta
从图片来看，Holocake 2完成度较高，像一款未来要推出的设备，并且也能运行PC VR游戏。但从扎克伯格与博主的对话中得知，这款原型未来在未来几代产品中都不会发售。
- 产品原型四：Half Dome，140度FOV，可变焦（未来5、6年或会面市）
构建于2018年的Half Dome在传闻中已经更新至第3代，但至今，我们仍未见到实物，直至今日。
Half Dome最大的亮点在于可变焦，也曾有猜测认为Cambria很可能正是Half Dome，但这样的猜测将会落空。
扎克伯格称Half Dome是改进版的Rift，延用了Rift的屏幕，但与Rift不同的是，镜片并未处于某个固定位置，而是可以进行真实的移动，与相机的自动对焦工作原理相类似，也是可变焦。
可变焦头显Half Dome One（图源：Youtube）
Half Dome主要通过光学堆栈，将不同镜头进行组合实现聚焦的远近调节，拥有动态的聚焦范围。Meta团队表示，他们正在努力减少机械物理移动的组件，尽可能改为更多的由电驱动，也这会比物理的机械移动镜头更快速。
可变焦头显Half Dome One内部图（图源：Youtube）
Meta表示可变焦距离作为产品发售，还有很多工作要做。前文提到，有猜测认为Cambria可能会搭载可变焦，但显然可变焦的难度被低估了。
扎克伯格对可变焦的价值与重要性予以了充分肯定，但他表示，或许会在接下来的5、6的时间会有合适的搭载这项技术的产品面市。
同时，扎克伯补充表示考虑到技术难度，并不能给出确切时间，可见5、6年时间已算乐观。这也意味着Cambria不可能是Half Dome，也意味着不会具备可变焦功能。
Half Dome的特点并不仅在于可变焦，据Meta团队介绍，其FOV高达140度。
达到这样视场角的方式是，通过将纵向的屏幕转向横向，虽然失去了一点垂直视角，但能获得了更大的水平视线。并将其与大尺寸的菲涅尔透镜相匹配，再叠加一个用于变焦的眼部跟踪系统（经典的老式红外LED）。
图源：Youtube
虽说Half Dome延用了Rift的屏幕（Half Dome 1代使用菲涅尔透镜，但第2代已开始使用Pancake），但在外形上有明显不同之处。
除了头显前部位置布满了黑色的圆形，头显下方更是布满了小突起，这是眼球追踪摄像头所在的地方，转角地方有一个小的反射器将图像反射回来，为用户提供变焦系统。
图源：Youtube
Meta团队对原理进行了简单的解释：“由眼动追踪器告知电机移动屏幕的位置，屏幕再告知SDK聚焦已经变了，对失真进行更新。”
图源：Youtube
同时在观看博主体验Half Dome时，陀螺君察觉到，他所使用的手柄与Quest系列手柄不同，不仅仅是由黑变为白色，而且操作板调到了环状设计的外部，反了过来。
图源：Youtube
这会是下一代VR手柄吗？之前也有Quest系列新一代手柄图曝光，似乎是直接取消了环状设计。
回到Half Dome，Half Dome 3延用了2代的Pancake镜头，并且试图通过电驱动的方式实现动态调节焦距。
为了去除所有机械噪音、振动噪音等，还在底部添加了一种特殊的透镜：几何相位透镜。
几何相位透镜（图源：Youtube）
- 概念产品：Mirror Lake
除了这四款实打实的原型产品，Meta还公布一款由Reality Labs的显示系统研究提出的概念产品：Mirror Lake并非一款产品原型。
Mirror Lake（图源：Meta）
Mirror Lake拥有类似于滑雪护目镜的外形，结合了变焦、眼球追踪以及其他Reality Labs一直在努力研究的技术。
结语
这次曝光的几款头显的研究方向围绕着显示系统，扎克伯格表示，除此之外，有团队专注于图形管道、传感器、眼动追踪等方面。同时，他也提到软件的作用也非常关键，比如用于做光学畸变矫正等等。
（对Meta原型机感兴趣的朋友可通过下方Youtube链接观看完整视频内容）
参考链接：
https://www.youtube.com/watch?v=x6AOwDttBsc
https://www.roadtovr.com/meta-vr-headset-prototypes-visual-fidelity-indistinguishable-from-reality/
https://www.gmw3.com/2022/06/meta-showcases-future-of-vr-with-3-new-prototypes/
