“神秘的Magic Leap背后到底用了什么黑科技”

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keonhacai1【科技在线】

本科学技术的边疆政策

自从oculus和htc各自发表了自己独特的虚拟现实眼镜以来，虚拟现实( vr )技术备受关注。 vr被认为是下一个科学技术的风口。 这个时候，美国神秘的创业企业magic leap横空诞生了，虽然所谓的ar眼镜没有发售，只是在youtube上公开了多个视频，但是他们可以获得十几亿美元的投资。

虽然是magic leap展示的混合现实视频，但这家在成立6年获得巨额投资的创业企业却很神秘，除了一些震撼性的合成视频外，几乎没有公开过。 如果不是今年4月科技杂志《在线》原主编凯文·凯利的采访，我们几乎不可能知道幻灯片的工作原理。 这次深入的采访联系了magic leap今年提交的几项专利，我们可以一览这家神秘企业背后的黑科技。

幻灯片说的mr和ar的区别是什么

magic leap主张开发了混合现实( mr )技术。 该技术通常被称为增强现实( ar )技术。 与vr的完全密闭型体验不同，将图像投影到透明镜头前，与现实世界混合，因此被称为混合现实。 混合现实和增强现实一样被视为虚拟现实的实施方式。

迄今为止，谷歌和微软两家公司率先推出了谷歌玻璃和霍尔伦斯两种ar显示设备。 谷歌眼镜使用一组棱镜系统，将图像投影在两个棱镜的界面上。 请注意，客户需要将视线转移到棱镜上。 hololens是将图像直接投影到前置镜头上的东西，类似于汽车新的显示技术hud (平视显示器)。 这是飞行员使用的技术。

从谷歌玻璃业务原理曝光的专利图像来看，幻灯片的原理与谷歌和微软的方案有很大不同。 如果说ar在现实世界中重叠了半透明图像，那么mr技术就重叠了不透明图像。 简单地说，图像可以和实际物体相互遮挡。

ar技术看起来像给实际物体贴上了半透明的标签。 mr技术是构建虚拟物体的，客户甚至难以区分它和实际物体。 如果虚拟物体在实际物体的后面，就会被遮挡。

mr技术要求机器对客户所在的场景进行3d建模，能够实时解决实际物距和虚拟物体的景深问题。 这比只向现实世界添加2d虚拟映像的过程要多得多，也不复杂。

另外，magic leap生成现实世界的3d光场，人眼看到的物体与实际的3d物体相同。 hololens、其他vr产品以及我们常见的3d电影都是利用双眼视差构建的伪3d图像。

幻灯片如何构建虚拟世界

magic leap与以往的ar、vr技术完全不同，可以说是独特的技术体系。

在输出光源方面，幻灯片和其前辈谷歌玻璃、霍尔伦斯完全不同。 google glass和hololens都使用了类似投影机的原理，在背光前加上液晶面板掩膜进行投影，使用的是普通的白色光。 另一方面，幻灯片采用了激光束投影，成像是利用多种颜色的光进行的合成。

从今年4月杂志《在线》秘密访问幻灯片的照片来看，这家企业的ar眼镜需要用光纤将多色激光发出的光导入镜片，看起来相当酷。

幻灯片不是以激光为光源直接将激光导出的光成像，而是需要用可扫描的光纤实现。 其原理与已经废除的crt显示器相似。 crt显示器是用显像管发出的电子束激励荧光屏显示图像，显像管中的磁场控制着电子束扫描的方向。

crt的显示原理是在扫描光纤的过程中，电子束被改为光纤头，光纤头可以直接发射光。 但是扫描是怎么实现的呢？ 要知道，光纤相当于细线的大小，很难将扫描精度控制在1毫米的范围内。 幸运的是，有一种叫做压电晶体的材料。 如果在这个材料的两端施加电压，这个材料就会伸缩。 伸缩的比例大小与电压成正比。 将光纤头紧贴在这种材料上，可以实现1mm见方空之间的控制。

虽然用光纤扫描单元内部结构的光纤头扫描的图像小，但是通过扫描光纤前部的放大透镜组，能够生成远远大于光纤数值孔径的图像。 如下图所示。

扫描光纤如何显示图像通过扫描光纤生成的图像下一步将被发送到光子场芯片。 它是整个幻灯片技术的核心，难怪企业创始人在接受《在线》采访时也自豪地展示了类似玻璃眼镜镜片的东西。 稍微了解物理知识的人可以推测这个镜片可能是非常特殊的衍射光栅。

衍射光栅的作用是重新定位光在空之间的分布。 例如，一束激光本来照射到壁面上的是光斑，但通过光栅后会分散在空之间形成衍射条纹。

衍射光栅对光场的再分布光子光场芯片的作用是使扫描光纤射出的光纤折射人眼。 但是，光子场芯片不是普通的衍射光栅。 普通衍射光栅是不可控制的，如果入射光的波长明确，光栅就不能任意调制光。 此外，光幕对一种颜色的光有效，而对另一种颜色的光则需要更改才能获得相同的效果。 )红光通过衍射光栅后条纹分布稀疏，蓝光通过衍射光栅后条纹分布密集。 为了和红光条纹一样稀疏，必须更换光栅。 ）

magic leap创始人rony abovitz的神秘光子场芯片magic leap的这个神奇透镜为了控制不同颜色的光，必须根据入射光的变化随时变化，一方面解决多束光

另外，为了使光纤不遮挡现实物体，需要从透镜的侧面导入入射光，意味着该光会弯曲90度，因此光子场芯片的芯片设计变得非常困难。

目前，从光子场芯片的侧面入射光进行调制，我们对该芯片的具体原理还不太清楚。 根据以上推测，光子场芯片可以实时控制入射光线的分布，通过这样的光线变化，构建立体的光场，生成3d的混合现实图像。

幻灯片小型化面临的困难

首先是光源的小型化。 幻灯片为了实现实际物体的再现，需要使用多种颜色的光源进行图像合成，并且需要保证激光提供的光的强度与反射自然光的物体充分混合。 即使只采用3种颜色的激光，重量也不容小觑。 从《在线》杂志曝光的照片来看，幻灯片目前采用的激光应该在实验台外面，体积不小。

其次是图像计算芯片的小型化。 目前市场上的vr和ar产品使用双目视差来表示3d图像，而幻灯片渲染的图像是实际的3d图像。 以htc vive和oculus rift为例，两种vr眼镜都需要采用目前的nvidia显卡，手机芯片内的gpu足以提供入门级vr的性能。 另一方面，幻灯片专利文件所示的分辨率为4k，不仅远远超过手机vr的分辨率，还远远高于pc级vr。

然后是移动设备的痛点电池。 起初，谷歌眼镜只能提供简单的2d图像投影和拍照功能，续航时间只有几个小时。 幻灯片的性能远远好于谷歌眼镜。 为了提供光源和计算芯片的能量，电池容量至少必须达到与高端智能手机相似的水平，现有手环等可穿戴设备的小容量电池应该不足以长期驱动幻灯片眼镜。 加大电池增加产品重力，已有客户对微软holelens的500多克重量不满。 幻灯片对穿着舒适起着重要的作用。