AR眼镜的发展趋势——当前难点与未来预测

“欢迎来到2035年,在你右手边的是我们公司最新的产品 幻游 S10,这一代的眼镜不仅能满足导航、通讯、观影和 VR 游戏功能,还多了一个 AI 保姆功能,目前这款眼镜能记录你平时所看到的所有信息,并生成引导和帮助。如果你哪一天忘记某件物品放在哪儿时或者不知道眼前的食材怎么用时,只需要轻点两下镜框,幻游小助手会自动帮助到你”。

或许以上的信息和配图只是想象,但不管是当前 AR 眼镜的发展还是 Meta(前 Facebook)所研究的 AI 识别技术,都在推动我们走向更接近于想象的科技生活,AR 眼镜从过去普通手机加软件的模式逐渐走到独立 AR 轻量级独立眼镜级别。如果从设备层面来看的话,从谷歌眼镜出现开始,逐渐的从实验室迈向消费级,所以也呈现出了轻量化、便携化的趋势。

目前 AR 眼镜的应用呈现多样化的趋势,比如微软的 Hololens 为维修、物流、医疗等领域提供便携式服务,而谷歌推出的 Google Glass 也在个别垂直领域发光发热,同时爱普生 BT-300/BT-350 和国产的亮风台、HTC Vive Flow、联想的 New Glass 都是当下 AR 眼镜具有代表性的产品。

#01

AR眼镜分类及发展趋势

决定最终成像效果的便是 AR 眼镜的光学结构,而 AR 眼镜的结构非常简单,其主要成本便是眼镜内部所携带的光学显示模组,基本上光学系统的性能决定了 AR 眼镜的呈像效果。

因为每一家所用的光学原理不同,所以目前常见的显示方案主要分为棱镜、自由曲面、Bird-bath 和光波导。由于其光学现实方案不同导致每一个侧重点不一样,所以大家可以根据下图来了解:

其中,棱镜是透明材料(比如玻璃、水晶)做成的多面体,在光学仪器当中应用比较广,目前用棱镜做 AR 眼镜的主要是 Google Glass 和 Epson 旗下的 BT-300、BT-350、BT-35E。它的优势就是价格便宜、体积小,但同样因为视场角小,容易遮挡视线。

而自由曲面是一种有别于球面或者非球面的复杂非常规面形,因为不具有旋转对称性,所以用来描述镜头表面面形的数学表达式相对比较复杂,显示器发出的光线直接射至凹面镜合成器并且反射回眼内。目前依旧有很多家企业在启用这种方案,它的特点是对比度好且分辨率高,具有较高的色彩分辨率,同时视场角更广、功耗较低,但其短板就是透光率较低。

Birdbath 方案中的光学设计是把来自显示源的光线投射至 45 度角的分光镜上,从分光镜反射回来的光线弹到合成器上,可以把光线重新导向眼睛。联想的 Miraage AR 头显就是用 Birdbath 方案。

但最主流 AR 的显示技术还是光波导,不管是 微软的 Hololens 2 还是 Magic Leap One 都是在采用光波导技术进行设备的量产,不管是从光学效果、外观形态还是量产前景来说,光波导都具备了最好的发展潜力,因为其轻薄和高穿透的特性也被用户认为是当前消费级别 AR 眼镜必选方案。

说完光学显示模组的分析,我们再同样对当下 AR 眼镜进行一定的分类,从归纳整理来看,目前 AR 眼镜主要分为两类,一类是单目 AR 眼镜,另外一类是双目 AR 眼镜,这两类的区别就是呈像上确定为但双目的区别。

#02

单目AR眼镜

Google Glass 作为单目 AR 眼镜的鼻祖,特别适合长时间佩戴,因为不管是长相还是从舒适度上来讲,单目 AR 眼镜都与传统眼镜相差无几。但因为尺寸和大小的限制,所以 Google Glass 所呈现的画面智能固定在眼角的部位,这也导致了画面显示面积小、视场角小、分辨率低等问题。

而从另外一个层面来说,因为显示面积小,所以在应用上是远远不如双目 AR 眼镜的,比如 Google Glass 没法很好的去显示视频、动画这种复杂信息,仅仅智能显示天气、文本这类简单内容。另外续航方面因为是一体机的原因,所以无法提供足够大的电池空间,是要比分体式设计的产品续航要弱的。

单目 AR 眼镜还有很多限制,比如没法完成类似于工业维修、医生操刀等复杂工作。它更像是一种概念产品,因为续航短,所以没法完成长时间的工作任务、因为画面清晰度有限,所以没法完成高精度内容、因为获取信息少,所以没法完成复杂内容。

但单目 AR 的发展也并不是没有意义,便携性和低成本的优势,随着此类产品的发展,以后可能也可以在另外一些领域实现自身的价值。

#03

双目AR眼镜

目前双目 AR 眼镜的鼻祖是 Hololens ,微软亲自研发的 AR 眼镜确实给 AR 这个行业带来一次全新的变革,这款眼镜不管是在呈像上还是在人机交互方面都有新的突破,但缺点就是没法戴很长时间,因为 Hololens 重量达到了 600 g,不适合长久作业。

但双目 AR 眼镜完美的解决了单目 AR 眼镜的痛点,不管是分辨率还是画面清晰度,都达到了很多行业的使用需求,比如地质勘探可以把无人机的画面直接传输到 AR 眼镜的应用中,可以让使用工程师更加了解当下的实际情况。

同样的,双目 AR眼镜还应用在工业流程、医疗、培训教育等领域。目前 双目 AR 眼镜更接近于我们平时使用眼镜时候的感觉,但因为其造价原因,所以主要针对于 B 端用户的使用需求。

综上来看,双目 AR 眼镜会是未来的主流趋势,虽然目前 B 端用户是其主要群体,但随着虚拟现实和“元宇宙”的发展,越来越多的厂商已经开始进军双目 AR 眼镜行业,比如 HoloLens、Vuzix、爱普生、ODG等,国内创业公司如亮风台、影创,都推出了双目AR眼镜。这也刚好说明了双目 AR 发展的潜力。

#04

AR发展现状和发展潜力

AR 从 2013 年开始就逐步进入到大众的眼中,2020 年全球 AR 市场规模约为 280 亿元,同比增长 75%,预计在 2024 年将达 2400 亿元,2021 至 2024 年期间 CAGR 约为 63.4%。但 AR 眼镜因为没有达到消费级水平的原因,所以目前出货量比较少,2020 年全球市场出货量在 40 万台左右。

随着“元宇宙”和 5G 商用的到来,AR 从原本的直播、游戏和娱乐领域逐渐渗透到医疗、工业、教育领域,实现快速发展。在 2021 年,AR 落地到 B 端的硬件头显已经达到了 70% 以上,另外 AR 还在军事、交易、安防、培训等其他领域也发挥着不可或缺的作用。

除了 Facebook 最近和雷朋新出的拍摄眼镜和微软此前发布的 Hololens 以外,科技巨头苹果也曾一度透露自己将要开发一款苹果 AR 眼镜,并且已经提交了新的专利,该专利申请的是一种可以在电子设备上显示“视觉校正图形输出和标准图形输出”的系统,关键词是“隐私眼镜”。如果用户不希望附近的人查看手机屏幕上呈现的内容,这专利可以让对内容进行一定的隐藏。

在过去,智能手表、智能手环、智能挂坠和智能眼镜一直都是人们所看好的科技进步的证明,但前三者因为尺寸有限,屏幕也很小,很大程度上降低了用户的使用体验。而智能眼镜却成为未来科技的代名词,随着元宇宙的发展,智能眼镜极有可能会成为电脑手机的替代品。因为它不仅可以直接看到虚拟屏幕,还可以通过语音、隔空手势或输入法进行窗口化操作,并且因为 AR 眼镜还可以直接发挥耳机的作用以及他的便携性,更加接近手机的功能。

在华为发布的《AR洞察及应用实践白皮书》来看,到 2025 年 AR 的市场空间将达到 3000 亿美元,而中国的 VR、AR 市场规模将在 2022 年突破千亿元,成为全球虚拟现实市场的增长中心。中国市场的 AR/VR 支出规模 2021 年估计达到 66 亿美元,占比超过全球市场份额的54.7%,是支出规模第一的国家,根据中研普华预计,2022年中国的 AR/VR 支出规模将占到全球 56%。

AR 眼镜在未来发展过程中会分为三个阶段,第一个阶段就是类似于 Facebook 与雷朋合作的眼镜那种,这种基本上不属于 AR 眼镜,只是具有基础拍摄的功能,但他的好处就是轻量级。而他的上限就是更轻量级别的 Hololens,除了具有 MR 功能外,还具备了轻量的功能。

第二个阶段就是发展到一种备用手机的功能,这种功能更类似于当下的智能手表,具有一般手机所常用的功能,但在基础完善面上还要欠缺很多。

第三个阶段就是完全替代掉手机的阶段,未来人们不需要带手机,只需要带上一个眼镜就可以满足日常所有的需求。

当然,如果再展望未来的话,或许未来人们用的就不仅仅是佩戴式眼镜了,像很多科幻电影一样,可以通过佩戴隐形眼镜来完成未来科技生活最终的蜕变。

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