AR 将是下一个改变人类行为方式的技术

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编者按:本文来自于微信公众号“ 戈壁创投 ”(ID:gobivc),动点科技经授权发布。

2016 年全球 AR 市场规模 12 亿美元,虽然当前市场规模小,但是未来增长潜力巨大。据 Digi-Capital 的研究分析,在 2021 年,AR 产业规模将达到 830 亿美元,超过 VR 产业规模的 3 倍。用户数方面,到 2018 年 AR 用户将从 2015 年的全球 6000 万增至 2 亿(包含使用手机 AR 功能的用户)。戈壁创投认为在 AR 行业将会诞生下一个 iPhone 级别的巨大平台,也将会对人们工作环境、生活习惯再一次产生前所未有的改变。

显像管技术奠定了电视“大屏时代”诞生的基础;液晶电光效应让便携的屏显设备应运而生,“小屏时代”进而到来——推演历史发现,促使新时代到来的是能够带来行业彻底革新的奠基性技术。

戈壁创投认为,AR 有潜力成为新的显示技术变革的动因,是因为它提供了一种更自然的显示方式,也带来了更多交互形态的可能。 人们也许不需要低头看手机,因为我们会进入了一个屏幕就在眼前的世界。回首历史,每一代大平台都会首先依赖核心底层技术的成熟,接下来是平台本身的完善,之后才是应用和内容生态。而在 AR 行业, 戈壁创投认为 AR 光学将是催生下一个大平台的核心技术,其对人们的改变如同手机、电视,自然过渡且彻底颠覆

戈壁创投从 2012 年 Google Glass 上市以来开始关注 AR 行业,几乎见过了市面上每一家 AR 公司,直到 2016 年开始陆续接触到一些海外的光学方案,我们意识到底层技术正在发生巨大变化。于是戈壁在 AR 领域开始了系统化的布局,从底层光学技术的投资开始,未来我们会持续在这一领域进行投入。

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解剖历史,AR 光学是技术变革的基石

人类每一次显示技术的变革都会催生一个巨无霸的平台,从电视到电脑,再到现在人手一部的手机,深刻的改变了整个世界。

1897,诺贝尔奖获得者卡尔·布劳恩创造了第一个阴极射线管,这是显像管技术的雏形,它为 1925 年电视的诞生奠定了基础。

19 世纪末,奥地利植物学家发现了液态晶体,在电场的作用下,液晶分子的排列会产生变化,从而引发电光效应。利用液晶的电光效应,英国科学家在上世纪制造了第一块液晶显示器,即 LCD。这一显示技术让便携的带屏设备走进了每个人的口袋里。

显示技术的演化让屏幕从笨重的大家伙变成便携的小玩意,我们可以随身带着一块屏,与它互动。但是,从显示形态上来说,这些屏幕没有本质的差别。实际上移动互联网的瓶颈也正是因为基于手机显示形态的创新已经陷入了低谷,世界需要一场新的变革。

虽然 2016 年被称为“AR 元年”,但其实 AR 并不是新鲜事物,从 1966 年第一台 AR 设备问世到现在,已经有 50 年的历史了。下面用一幅图说明 AR 的过去 50 年:

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其中 6 个里程碑的事件分别为:1966 年达摩克利斯之剑问世;1990 年首次提出 AR 这个词组;1999 年 AR 开源框架 ARToolKit 发布;2012 年首款 AR 眼镜 Google Glass 发布;2015 年 Pokemon Go 风靡全球;2017 年苹果发布 ARKit。

探索 AR 发展我们发现,当下很多看上去很酷的想法,其实很早就有先驱尝试了,比如 AR 辅助维修,这是现在不少 AR 创业者正在做的事情,但在 1992 年,哥伦比亚大学的计算机图形和交互实验室就已经研发出一款辅助维修激光打印机的 AR 设备。这套设备通过一些外设的白色的三角形来追踪打印机的具体位置和方向。通过 HMD 告诉用户如何从激光打印机中取出托盘。虚拟的线条模拟了托盘在打印机中的位置,箭头代表托盘需要取出的方向,而虚线则表示托盘取出后的位置。

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AR 设备拆解开来,大致可分为光学模块、交互模块、计算模块、传感模块、操作系统、应用软件。前 40 年 AR 的发展缓慢,是受限于各个模块的发展。不过最近 10 年,伴随计算、传感技术和 OS 的飞速发展,逐渐为 AR 的崛起打下了基础。

关于 AR 的所有天马行空的想法,都还要依赖一个技术基础,那就是一块随时在眼前出现的透明屏幕,不用人们转换视野就能同时看到到现实世界的图像和虚拟世界的信息。这一想法之所以能成为可能,很大程度上依赖于 AR 光学的发展。

全息光波导极具潜力成为 AR 设备的基础技术

AR 光学在整体 AR 行业起到奠基性技术的作用。从 Google Glass 问世至今,短短的 5 年 AR 光学已经经历了多种形态的发展,但总体分为 3 类:棱镜,自由曲面,光波导。无论哪种光学方案,核心设计思路都如出一辙——即,通过改变信号源的发光路径,让成像位置和信号源分开。

棱镜以 Google Glass 为代表的棱镜方案原理最为简单,微型显示器的信号正对一个 45 度的半透半反射斜面,将显示器发出的光反反射到用户眼中,成像位置在正前方,从而实现虚拟图像与正前方世界的叠加。

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这一方案实现难度最小,但是有诸多硬伤,比如视场角非常小,棱镜太厚,成本不低,整体体验远达不到预期。由于这些原因,这类方案的产品在 C 端市场并没有得到认可,于是创业者将这一方案应用在对产品体验要求并没有那么高的 B 端市场。不过我们认为,这将是短期内的过渡方案,很快会被替代。

自由曲面以 Meta 为代表的自由曲面方案原理也比较类似,显示器的光源通过一个曲面的反射投影到人眼,这种方案可以做到大视场角,像 Meta2 有 90°的视场角,但是显示模组的体积巨大。

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由于曲面的设计和加工有一定的难度,尤其是当这个曲面是做在树脂材料的内部时,对于注塑要求很高。所以国内目前主流的方案是用一个半透半反射的平面玻璃取代曲面,但是依然没有改变方案笨拙的劣势。由于没有技术壁垒,原理简单,材料现成,国内创业者大多都用一块 OLED 的屏幕和一块斜着放置的玻璃来组成光学模组。此种解决方案除了上述笨拙的劣势外,对观察位置要求很苛刻——如果上下稍微有位移,就无法看全整个虚拟屏幕,所以大多公司都会在鼻托上下功夫,但依旧很难得到很好的体验。 光波导 光波导方案目前来说分为两派,以 Lumus 为代表的几何光波导,以 HoloLens 为代表的全息光波导。

几何光波导的基本原理是利用平行排列的不同折射率的光栅阵列进行成像,这一方案的优势非常明显——镜片薄、光学模组的体积较小、设计难度不大,主要在于不同折射率材料以及镀膜材料的选择差别。可是它的问题也非常突出,很难做到光栅阵列完全平行,且加工难度大、良率低。简单来说,如果我们相信 AR 是下一代计算平台,那么怎么可能其中的关键组件是需要对玻璃进行绝对平行的切割、镀膜,然后粘贴拼接成为一个镜片?这样的工艺几乎无法做到大规模量产,生产成本也很高。

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全息光波导的名字虽然有全息,但其实和全息图像并没有关系,而是由于镜片中和全息一样运用到纳米级别的光学结构而得名。由于其生产工艺采用了生产半导体制造工艺,我们更喜欢称其为半导体光波导。也正因为这样的生产工艺,也使得这一方案能够实现真正意义上的大规模量产。当然能够大规模量产,也意味着成本能够在很大程度上降低。

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量产性是全息光波导技术优势的一方面,另一方面是它的呈现效果优势也更为明显。首先,能够做到更大的显示区域,这对于近眼显示来说是巨大的突破,不用像 Google Glass 那样需要盯着很小的区域才能看到内容,不用过多的考虑瞳距的问题就能做到完美双目适配;其次,能够做到大视场角,而且结构简单,镜片超薄,光机体积也可以很小。这两点是其它所有方案都无法做到的,此外也兼具了生产工艺的优势。戈壁创投认为,全息光波导技术是 AR 的主流。

自此,戈壁决定寻找这一领域的投资标的。但由于半导体波导的技术原理的独特,需要长时间的技术积累,相关人才又稀缺,所以市场上能做到的公司也不多,主要有 HoloLens,Wave Optics,DigiLens 和 Dispelix。

HoloLens 的光学技术源于诺基亚,微软收购后,投入资源与 HiMax 共同生产。其镜片由三层组成,分别对红、绿、蓝三色光进行传导。镜片平面上有输入区域,放大区域,显示区域三部分组成。DigiLens 的生产工艺与 HoloLens 有差异,其采用的光刻(Lithography)技术相比 HoloLens 的工艺效率高一些。Dispelix 一直没有推出产品,相对比较神秘。

在这里具体分析戈壁创投已投并充分了解了的英国 AR 光学创业公司 Wave Optics。Wave Optics 成立于 2010 年,三名创始团队成员加在一起在光学显示领域工作了超过 40 年,是世界上最早接触全息波导的一批人。

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Wave Optics 通过自有技术在 2016 年推出了领先于行业的全息镜片。为什么领先于行业?第一,WO 只用两层波导结构就实现了 RGB 全彩,比微软 HoloLens 少一层,并且不同于 HoloLens 的平面三块结构区域,它的镜片平面结构只有输入和输出两个区域,结构简单且能够减少贴合过程导致的误差;第二,图像输出区域面积大,这是 Google Glass 和 Lumus 都无法达到的——面积大有两个优势,一个是使用者观察时的体验更好,一个是眼镜生产者不用考虑瞳距调节的问题,这就在显示效果上解决了 HoloLens 经常出现的色差问题;第三,生产工艺方面采用了广泛应用于半导体材料,表面微纳结构的生产工艺,真正具有大规模量产的能力。

特别值得一提的是,Wave Optics 在全世界首次创新领先式地实现了用塑料材质生产波导镜片,这大大的提升了镜片的安全性,也是单纯依靠几何光波导无法实现的。在投资了 Wave Optics 之后,戈壁创投将会帮助公司制定中国策略,协助其产品快速量产进入国内市场。

通过长时间的调研,戈壁创投认为当前市场上 AR 眼镜常用的棱镜和自由曲面两种光学方案只是短期内的过渡方案,效果层面的弊端明显;几何光波导由于技术路径本身的限制,很难成为一个标准化生产的产品。 全息光波导在体验和量产性上的优势,使得它很有潜力成为未来 AR 设备的基础技术。

未来 AR 在国内外拥有哪些创业机会

在与国内外 AR 领域公司深度交流后,戈壁创投发现国内外 AR 领域的创业风格截然不同——国外公司多数倾向于钻研颠覆性技术方向创业,国内公司多数基于成型产品上附加更能快速满足市场需求的产品方向创业,各有所长,但若未来两者能够融合 AR 行业将会迎来更大的发展机遇。

戈壁创投认为至少在 2 年内,AR 还是一个 B 端主导的市场。举个例子,波音公司正在为世界各地的制造工厂、维修设施以及配送中心部署 AR 头显。因为飞机中有着巨量且复杂的电子线路,在进行这些生产和维修时工程师需要对照功能手册进行处理。但经过波音公司的研究,通过使用 Google Glass 对该项工作进行了优化——在使用眼镜的情况下,缩短了 25%的工作时长,出错率降低了 50%。可见 AR 技术对于工业上面的卓越能力,这也只是 AR 小试牛刀的领域之一。

未来,越来越多行业如同波音公司会发现 AR 对效率的巨大帮助,其不是仅靠一块屏幕就能完成的,而是一个系统工程以及硬件、交互、OS、软件的配合。同时,这也不是只单纯依靠一家创业公司就能全部做到最佳的。

什么样的交互方式最适合 AR 设备?AR 设备的 OS 会有什么不一样?什么样的软件能够真正解决 B 端客户的实际问题?AR 未来走向大众的杀手级应用是什么?这些问题背后的领域都是值得创业者探索的机会。

总结

AR 的底层核心光学技术正在快速发展,戈壁创投现阶段重点投资最有潜力的光学方向,接下来会重点关注 AR 硬件,以及基于新型硬件的核心应用。光学是需要长期积累的行业,尤其是其中最为复杂的全息光波导技术,我们认为这一领域已经不适合国内创业者进入了;国内公司应该发挥产品设计和制造能力的优势,引入国外先进技术,在硬件生产设计和交互以及应用层面进行创新,进而推出真正好用的产品。

毋庸置疑的是,随着光学等底层技术的不断成熟,AR 会为创业者提供更多发展的机会,真正可用、好用的 AR 产品也将随之诞生,走进大众消费者,为人们带来全新的交互体验。


初创公司报道

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