今天小編分享的科技經驗:XR市場預冷,Vision Pro能否成為行業新的救命稻草?,歡迎閱讀。
撰文 | 馬文佩
編輯 | 王葉琳
" 蘋果 XR 頭盔會成為整個行業的标杆,XR 設備走進每家每戶,就像是手機一樣普及 "。
在六月份舉行的一場元宇宙主題論壇上,肖偉發現蘋果發布的頭戴顯示器 Vision Pro 成為了行業讨論的焦點。
作為一家元宇宙基礎設施提供商的技術負責人,他非常理解市場對于這台蘋果耗費七年研發的頭戴顯示設備的熱情:從上半年元宇宙 " 退燒 " 開始,不少大廠都戰略放棄了元宇宙,創業企業處境更加艱難。
" 如果不是政府的大力支持,我們肯定堅持不到現在,Vision Pro 現在就是一根新的救命稻草。"
作為一款價格高達 3500 美元的 XR 設備,Vision Pro 顯然并不是一款消費級產品,但它的出現給了整個 XR 行業一針強心劑。作為 2021 到 2022 年互聯網行業最熱門的概念," 元宇宙 " 也在兩年間經歷了從資本熱捧、大廠入局到回歸理性的生命周期。
和元宇宙緊密相關的 XR 設備,出貨量在 2021 年增長了超過 90%,突破一千萬台,達到了 1095 萬台。随着元宇宙概念降溫,2022 年全球 XR 設備出貨量降低到了 960 萬台。
除了元宇宙概念退潮外,體驗不佳、價格高昂、缺乏内容是 XR 設備市場難以維持增長趨勢的主要原因。鏡片、處理器、電池、傳感器 ……XR 設備設計的每個環節都直接關系到最終的用戶體驗,試圖設計一款能夠兼顧舒适和效果的 XR 設備需要在每個環節都投入大量的資源,這注定是一場少數廠商的遊戲。
作為行業龍頭的蘋果,經過七年打磨的 XR 產品獲得相關行業、用戶的高度關注是理所當然的,但 XR 廠商都并非在期待蘋果的技術方案——用什麼樣的方式繞過用戶體驗、性能和成本的 " 不可能三角 "。
減不掉的重量
佩戴的舒适程度是 XR 設備的第一道門檻。
" 雖然廠商都在努力讓頭盔戴起來更舒服,但用久了還是會感覺太重,"VR 設備制造從業者張力告訴《銀杏科技》銀。
目前市面上主流的 VR 頭盔重量都不超過 600 克,Oculus Quest 重 571 克,HTC Vive 重 468 克,Pico4 重 586 克,堪堪脫離了沉重的範疇,但依然會讓用戶感覺 " 壓臉 ",因此不得不設計多條綁帶将頭盔 " 綁 " 在用戶頭上,降低不适感。
短期,處理器、傳感器、光學原件和外殼等核心部件讓減重并不容易,尤其是光學部件。
目前主流的 VR 光學方案是 Pancake,利用多組特殊的鏡片将影像多次折射最終進入人眼,可以大幅降低光學部件的重量和體積。
以 PICO 4 上的 Pancake 光學方案為例,與應用菲涅爾透鏡的前代產品相比,前端主體重量降低了 26.2%,厚度減少了 38.8%。張力表示,相較于不到 20 元一片的菲涅爾透鏡和不到 10 元一片的非球面透鏡,Pancake 方案更精巧也更昂貴,單個光學模組的價格達到了近 200 元。
" 近年以盛波光電為代表的 Pancake 部件提供商在資本市場上獲得了大量關注,實現量產後的 Pancake 方案才便宜到能夠用在中低端 VR 顯示器上," 張力說," 比 Pancake 更好的方案最近幾年不會出現,還停留在實驗室裡,光學原件體積和重量基本已經壓縮到最小了。"
在難以繼續縮小的光學部件之外,用于計算、散熱、供能的部分占據了一台 VR 顯示器的大部分空間。
尤其是對于采用精巧昂貴的 Pancake 方案的頭盔來說,由于将影像在透鏡間進行了多次反射,影像的亮度損失極高,制造商就只能選用更大功率的顯示器,這讓目前市面上的 VR 頭盔續航成為了一個嚴重的問題。
Oculus Quest2 電池容量 4500mAh,續航約兩小時,Pico 4 電池容量 6000mAh,續航約三小時,HTC VIVE Focus 3 電池容量 5300mAh,續航約兩小時。在長時間使用的過程中,用戶往往需要将頭盔與電源連接起來。
為了讓擁有兩顆芯片的 Vision Pro 顯示器更輕,蘋果将電源從頭盔中單獨取出成為一個用線材連接的獨立部件。為了保證顯示效果和續航,更強的計算能力會要求更多的散熱空間和更大的電池,這會讓頭盔變得太重。
把電池拆出來,這個 " 返璞歸真 "、對于率先将手機一體化的蘋果來說可以稱得上是 " 違背祖宗 " 的設計純屬無奈之舉,但卻不失是一種可接受的解決方案。
Oculus 聯合創始人帕爾默・拉基在接受采訪時曾表示:" 需要明确的一點是,電池外置是推進頭顯的正确方式,我在 Oculus 時就一直倡導這樣做,但無奈的是我在後續的權力争奪中敗陣 "。
除去光學部件、電源之外,計算芯片、散熱結構、外殼等部分組成了一台 XR 設備的其他的部分。如何平衡這些重量和體積,讓用戶戴得舒适是 XR 設備廠商的重點關注的問題,也是廠商核心競争力的體現。
去不掉的成本
擺在 XR 廠商面前的第二個問題是成本,這裡不僅僅是 XR 設備的生產成本,還包含了 XR 設備的使用成本。
VR 設備需要有什麼樣的顯示效果?2016 年,AMD 公布的一份檔案中通過計算人眼視野範圍和顯示器像素密度得出的結論是,最理想的 VR 顯示效果要達到單眼 144Hz 以上的刷新率和 16K 的分辨率。
圖:AMD VR 技術方案
放在目前的科技水平下,這個标準還是難以企及,但常見的 4K、120 幀的影像質量已經足夠能夠讓用戶獲得較好的 VR 體驗了。
萬物數創 CTO 黃一告訴《銀杏科技》,本地渲染的内容越少就需要更高的帶寬進行傳輸,帶寬需求越低就需要越高的渲染能力。
但如前文所述,在保證佩戴舒适度的情況下,廠商很難将性能更加優秀的芯片塞進顯示器裡。芯片制造行業如果不發生技術飛躍,顯示器的計算性能很難突破當前的極限。
将渲染放在雲端是可行的嗎?可行,但高成本很難支持大規模應用。
黃一認為,将渲染放在雲端的問題在于成本過高。他算了一筆賬,目前的網絡背景下,高清内容的傳輸是可以實現的。以 Vision Pro 的顯示效果來計算,Vision Pro 分辨率可以達到單眼 4k,刷新率為 90 幀每秒,可以實現較為優秀的顯示效果,在正常使用的時候可以達到視網膜屏的顯示水平。
4k、2d、60 幀視頻的帶寬要求是 10MB/s,即 80Mbps。目前内容分發網絡(CDN)的流量費用為 1Gb 約 0.8-1.2 元,一分鍾數據傳輸量約 4.8Gb,即每分鍾傳輸成本約 4.5 元。用戶觀看一部 90 分鍾長的電影,僅產生的分發流量費用就超過 400 元。
換句話說,相比大多數僅需要 5Mbps 帶寬的 1080P 視頻,VR 視頻的播放成本提高了 16 倍,這對于 VR 内容提供商來說是極高的負擔,尤其是對于為 VR 設備提供内容配套的廠商來說負擔更重。
一個典型的商業案例是 VR 直播。作為 Pico VR 的内容配套,抖音在 2022 年 4 月就上線了 VR 直播功能,用戶可以使用 Pico 系列設備觀看最高 8K 的 3DVR 直播内容。如果将 8K、3D、60 幀的直播流全部通過網絡傳輸,至少需要 640Mbps 帶寬,成本則攀升到了 1080P 直播的 128 倍。
目前通過 Pico 觀看抖音 VR 直播是不需要額外付費的,意味着這部抽成本全部都由字節跳動承擔——作為推廣 VR 設備的成本。
如果抖音希望通過類似愛奇藝的付費會員制度來盈利,将 30 元 / 月作為标準,要保持同樣的利潤率,會員每個月需要付 3840 元來觀看 VR 視頻。
當然,廠商并不會将視頻流全部通過互聯網傳輸,VR 一體機的計算芯片能夠極大的降低帶寬的使用量,這裡就涉及到 XR 設備制造的最後一個門檻:性能。
提不高的性能
計算性能的提高必然伴随着體積和重量的提高。在保證舒适性的情況下,能塞進 XR 設備的計算芯片選擇其實相當有限。因此,擺在 XR 廠商面前的核心問題是,如何利用盡量少的帶寬和有限的計算能力,盡可能的為用戶帶來更好的顯示效果?
主流的解決方案主要是通過算法降低渲染成本,節省性能和帶寬。
一個較為成熟的方案是利用深度學習技術将低分辨率、低幀數的影像轉化為高分辨率、高幀數的影像。
按照前文的計算,4k、2d、60 幀視頻的帶寬需求約為 80Mbps,将幀數降低為 30 幀,帶寬的需求就能降低一半。在使用 VR 顯示器時,低幀數難免會帶來拖拽和卡頓感,因此需要用到 " 插幀 " 技術将 30 幀視頻擴充到 60 幀,即在每兩幀之間插入一幀由本地生成的影像,以提高幀數和顯示效果。
這種技術并不新鮮,在多個不同的領網域都有應用,而在 VR 平台上最典型的是針對 Quest 系列顯示器推出的應用 AppSW 和 ASW,它們允許頭盔中顯示的 VR 應用以實際顯示刷新率的一半進行渲染。
類似的,深度學習還能使機器通過渲染一部分像素來推算出整個影像。典型的代表是英偉達 DLSS ,即 Deep Learning Super Sampling(深度學習超級采樣)技術,該技術已經沿革到第三代,也針對 VR 應用推出了相應的版本,在理想狀态下可以僅渲染 11% 的像素來還原整個影像。
另一個方案是注視點渲染 Eye Tracked Foveated Rendering(ETFR)。注視點渲染指的是通過眼球追蹤來識别用戶在 VR 中的注視點,從而動态調節 VR 螢幕的清晰度。
正在針對該技術進行突破瓶頸的哈爾濱工業大學教授範曉鵬告訴《銀杏科技》,用戶在使用 XR 設備時并不會經常大範圍的轉動視線,視覺焦點會比較穩定地盯住一個方向。
" 所以我們就是利用這一點,把觀察者正面看到的這些影像渲染的好一些,壓縮比低一些,讓它看起來清晰一些,其他的部分質量可以差一些。當使用者轉頭的時候,因為人眼有一些延遲,利用這個延遲調整高質量渲染的位置,就可以減少數據的傳輸量。"
按照 2021 年 NVIDIA 與眼動追蹤技術服務商 Tobii 公布的實驗數據,注視點渲染技術可将顯示效果最高提升 57%。
但需要注意的是,該技術基于眼動追蹤功能,這需要在頭盔中塞入更多的傳感器和電池,同時設備的價格也會水漲船高。不支持該功能的 Pico4 官方售價為 2800 元,安裝了眼動追蹤和面部捕捉傳感器的 Pico4 Pro 售價則來到了 3800 元。
定義下一個風口
綜合這些技術,性能不足的 VR 設備的使用成本終于來到了勉強可接受的程度,但距離成熟的确還有不小的距離。
被業界寄予厚望的蘋果 Vision Pro 在舒适度、性能和成本的三角中,蘋果選擇了舒适度和性能。
高達 3500 美元的售價讓蘋果能夠從容地選擇最好的設計方案打造一個标杆產品——這個過于昂貴的方案對于大多數 XR 廠商來說,最大價值在于教育市場,讓更多投資和人才進入 XR 領網域,吸引更多 XR 内容創作者,完善 XR 上下遊產業鏈生态。
市場上并不缺乏一個頂級 XR 設備生產商,缺乏的是一個像蘋果一樣能夠定義下一個十年最好的科技產品的企業。
從技術的角度來看,更好的消費級的 XR 產品大概還離我們很遠,但 Vision Pro 的出現無疑讓它來得更快了一些。
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