为 Metaverse 启用硬件

元节被广泛讨论，尤其是像 Facebook 和 Nvidia 这样的公司展示了他们对数字未来的愿景。但是元节到底是什么，启用它的硬件挑战是什么，哪些元素已经到位？分析公司IDTechEx最近在一定程度上探索了显示器、图像传感器、光学、触觉、增强现实/虚拟现实等领域的进展；我们在这里展示了一些讨论。

元宇宙的最终目标是让虚拟世界与真实世界无缝地存在，两者之间的沉浸式互动改变了我们对物理存在的看法。用于此的软件已接近完成，但硬件仍有许多障碍需要克服。

元节承诺社会交流方式将发生重大变化，但如果没有硬件技术，它最终仍将是一个白日梦。我们仍然可以通过我们的手机和笔记本电脑与 Metaverse 进行交互，但这些将成为传统设备。为了让自己沉浸其中，这需要一个虚拟现实 (VR) 耳机；为了实现创造物和物理之间的真正集成，需要增强现实 (AR) 设备。

AR/VR 设备行业的一个试金石是社会可接受性，如果没有传感、显示和光学技术的进步，AR 和 VR 头显将无法实现这一目标。尽管投入了数十亿美元用于开发，但 IDTechEx 表示，真正的 AR 眼镜在外观或显示 IMAX 质量的图像方面仍远不及雷朋眼镜。 Meta（前身为 Facebook）在更名的同时宣布了其 AR 眼镜项目，并承认它们距离可行性还有数年时间。 VR 头显有时会让人与 Robocop 进行比较——只有最高端的设备才开始模糊真实与不真实之间的界限。

从长远来看，我们的目标是打造一款轻便舒适的设备，您可以整天佩戴，在 AR 和 VR 之间切换，同时实现您与其他元界用户之间的自然互动。与软件相比，制造这种假想设备所需硬件的技术之旅带来了更引人注目的发展和复杂的挑战。

MicroLED 显示器是解决方案的一部分

将屏幕放在您的眼前，可以揭示我们在看手机或电视时没有注意到的事情。我们在称为屏幕门效应的现象中看到像素之间的差距，经验法则是每度 (ppd) 的视野需要 60 个像素才能让 VR 或 AR 开始看起来像现实，从而导致对分辨率的高要求.最重要的是，光学器件需要为我们的视觉正确聚焦和调整这些图像的大小。在 AR 的情况下，这些光学器件效率非常低，导致数百万尼特的亮度需求 - 作为参考，iPhone 13 Pro Max 屏幕的最大亮度为 1200 尼特。

MicroLED 显示器是 AR 和 VR 的有前途的解决方案。它们不像 OLED 显示器那样会出现老化现象，可以具有疯狂的亮度水平（JadeBird 为 AR 应用制作了一款，最大亮度水平为 300 万尼特），并且能够实现微小的像素间距，而 Mojo Vision 产生了他们所谓的 nanoLED小到可以放入隐形眼镜的显示器，亚像素间距为 900nm。

然而，存在一个主要问题：microOLED 微型显示器不擅长产生全色图像，蓝色 microLED 的效率明显高于其他颜色。量子点颜色转换是这里最受欢迎的解决方案，可以将蓝光转换为红色和绿色，并且这些量子点可以喷墨打印或光刻图案化。人们仍然担心使用寿命，特别是在非常明亮的微型显示器中，以及许多配方中对重金属的依赖。这份关于技术、商业化、机会、市场和参与者的报告详细概述了 microLED 显示器的开发时间表。

AR 的最大战场尤其是组合器光学。这些设备将投影图像叠加在透明镜头上。在这里，公司为最好的色彩再现、最宽的视野和最大的眼框而奋斗，以实现令人信服的显示体验，适用于每组眼睛。

考虑到今年该领域的重大新闻，表面浮雕波导似乎是业界押注的解决方案。 5 月，WaveOptics 被 Snap（另一家关注元宇宙的社交媒体巨头）收购，11 月，三星电子等巨头对 Digilens 的投资导致估值 5 亿美元。两者都是无晶圆厂波导公司。 Digilens 令人兴奋的发展是其 TREX 波导，它可以将有效显示分辨率提高一倍，为达到 60ppd 的武器库提供了一种武器。另一份关于 AR、VR 和 MR 中的光学和显示的报告涵盖了技术、参与者和市场，并详细探讨了这些应用中的光学组合器和显示技术。

眼球追踪技术

如果您尝试构建一个以 60ppd 分辨率覆盖每只眼睛所有 135° 水平视野的头显，事情很快就会变得难以管理——幸运的是，只有我们的视觉中心具有如此高的质量，而外边缘并非如此要求。通过跟踪我们的眼睛，可以最大限度地提高用户注视中心的分辨率，同时降低其他地方的要求。

未来，这种眼球追踪技术甚至可以通过激光束扫描将 AR/VR 图像直接投射到视网膜上，从而解决眼镜佩戴者对组合光学和矫正的需求：也就是说，如果消费者能够适应这个想法。

该领域的公司正在使用新兴的图像传感器技术来更有效地跟踪眼睛。基于事件的视觉可以通过本机记录运动而不是传统图像帧流来帮助降低处理需求。使用印刷图像传感器，眼球追踪技术可以被压缩成一个更苗条的包装。 Meta Materials Inc.（与 Meta 无关）已经将微型相机直接嵌入眼镜镜片中，随着技术的成熟，这种方法将分别集成到 AR 和 VR 的组合器或放大镜中。

触觉和感官体验

如果您无法以类似于现实世界的方式与之互动，那么到目前为止所讨论的所有内容都只不过是绑在您脸上的高端电视。 AR 和 VR 设备不仅需要感知我们的动作，而且为了完全沉浸，还需要触觉（触摸反馈）设备。 2021 年 11 月，Meta 的 Reality Labs (RL) 部门展示了一款原型触觉手套产品，其中包括马克扎克伯格试用各种演示的视频。这款手套使用微流体系统向手的不同区域提供局部触觉反馈，似乎可以为每个手指提供进一步的触摸反馈。据 IDTechEx 称，尽管该原型与 HaptX 产品的相似性存在一些争议，但 Meta 的 IP 地位在这里很强，它代表了专注于 Metaverse 的公司为确保提供超越视听的感官体验所做的努力。

这位分析师表示，最近头显在传感方面的一个主要赢家是用于手部跟踪的飞行时间相机，消除了与 VR 和 AR 设备进行游戏控制器式交互的需要。众所周知，苹果多年来一直在 VR/AR 领域进行投资，2021 年 10 月，业内消息人士报道称，LG Innotek 已开始向该公司提供飞行时间相机，用于计划于 2022 年发布的 VR 耳机。一项技术，通常是一个强有力的声明，它即将变得无处不在，代表着 AR 和 VR 未来的另一个数据点。

IDTechEx 最后说，在有限的情况下，元节已经存在。阻碍其全面实现的硬件开发山峰正在缓慢攀登，未来轻巧美观的 AR 眼镜将取代我们的手机和笔记本电脑几乎是确定无疑的。