蘋果于近期發(fā)布了其最新的創(chuàng)新產(chǎn)品——蘋果Vision Pro智能眼鏡。這款智能眼鏡的面市引起了廣泛關注，被視為開創(chuàng)了智能穿戴設備的新紀元。蘋果Vision Pro作為一款創(chuàng)新的智能眼鏡，以其強大的增強現(xiàn)實技術、優(yōu)秀的設計與舒適度以及智能生態(tài)系統(tǒng)的整合，為用戶帶來了前所未有的人機交互體驗。它具備廣泛的應用潛力，可能改變多個行業(yè)的工作方式和用戶體驗，開創(chuàng)了智能穿戴設備的新紀元。

本文將以一個底層硬件核心的視角，拋開所有的表象，以第一性原理，分析蘋果Vision Pro對AR，VR顯示帶來的影響。

蘋果Vision  Pro表面上是一個體積大，集成了許多高科技技術的頭盔計算機系統(tǒng)。它包括M1 主控CPU，R1圖像處理芯片，高達12個各種攝像頭，5個各種探測器以及6個麥克風。蘋果期待以及強大的設計能力和平臺的力量，推出一款爆款的AR顯示技術。

蘋果Vision Pro采用了先進的傳感器和光學技術，以便讓用戶可以看到外部世界，并將虛擬元素疊加在現(xiàn)實景象上，實現(xiàn)增強現(xiàn)實（AR）體驗。具體來說，蘋果Vision Pro眼鏡配備了多個傳感器，包括攝像頭、深度傳感器、陀螺儀和加速度計等。

這些傳感器的協(xié)同工作使得Vision Pro能夠獲取用戶周圍環(huán)境的信息，并對其進行精確感知，攝像頭是其中最重要的傳感器之一，Vision Pro眼鏡上的攝像頭會實時捕捉用戶所看到的外部世界的圖像。這些圖像數(shù)據(jù)會被傳輸?shù)窖坨R內(nèi)部的處理單元進行分析和處理。深度傳感器也是關鍵組件之一，它使用紅外光或激光等技術，測量物體與眼鏡之間的距離，并創(chuàng)建一個深度圖像。這使得Vision Pro能夠更準確地識別和定位虛擬元素的位置，實現(xiàn)更精確的AR疊加效果。此外，陀螺儀和加速度計等傳感器幫助記錄和跟蹤眼鏡在空間中的方向和運動。

這些傳感器可以檢測頭部的旋轉(zhuǎn)和傾斜，以便根據(jù)用戶的視角調(diào)整虛擬元素的位置和角度，使其與外部環(huán)境保持一致。整個傳感器系統(tǒng)與眼鏡內(nèi)部的處理單元相互配合，實時處理和整合數(shù)據(jù)，將用戶所看到的外部世界與虛擬元素進行融合，最終通過眼鏡上的顯示器呈現(xiàn)給用戶。這樣，用戶就能夠通過蘋果Vision Pro眼鏡同時感知和互動現(xiàn)實世界和虛擬元素，創(chuàng)造出沉浸式的增強現(xiàn)實體驗。

圖一  Pancake光學設計方案

 但是從一個光學工程師的角度看，蘋果Vision Pro眼鏡實際上是一個Pancake虛擬顯示的光學架構(gòu)，外加許多的攝像頭和顯示器。

圖二  Pancake硬件結(jié)構(gòu)

Pancake結(jié)構(gòu)本身是一個不透明的，是虛擬增強現(xiàn)實的典型結(jié)構(gòu)，不能應用于增強現(xiàn)實顯示。蘋果采用了一個外向的攝像頭收集外部圖像，顯示在內(nèi)向4KOLED顯示器上，做到對內(nèi)的透明。這一技術實際上并不新穎也不是蘋果的專利。Pancake的光學架構(gòu)是幾十年前的技術，其主要目的是減小VR眼鏡的厚度。

最近在VR眼鏡上突然受到熱捧，許多初創(chuàng)公司和大公司是都相繼推出了基于pancake的VR眼鏡，例如華為的李騰躍團隊在4年前就有該類架構(gòu)的產(chǎn)品推出。利用攝像頭看到被顯示器阻擋的真實世界這一想法也是顯而易見，蘋果在2017年收購的初創(chuàng)公司Vrvana （3000萬美金），就是采用的這一思路。

同時，為了讓對面的觀眾能夠和戴蘋果眼鏡的人保持視線交流，蘋果眼鏡專門放了一個外向OLED顯示器，對第三方專門顯示戴眼鏡者的眼睛。由于外向的OLED的圖像平面并不和用戶臉平面在同一個平面上，外向OLED顯示器上還被放置了透鏡陣列，實現(xiàn)裸眼3D的效果。這樣使得的對面第三方和用戶交流時，看到的用戶的眼睛和用戶的臉面在同一個平面上。

由此可見，蘋果花了巨量的成本，犧牲了小巧的體積，實際上就是實現(xiàn)了一種電學透明的效果。由于有雙向攝像頭和雙向顯示器的作用，不透明的眼鏡變成一個電學上透明的眼鏡。

這一方法和增強現(xiàn)實的主流方法并不相同。實際上屬于虛擬現(xiàn)實VR的范疇，虛擬現(xiàn)實顯示是不透明的顯示器產(chǎn)生了一個虛擬的世界，完全割斷了虛擬和真實世界的聯(lián)系。目前主流增強顯示的技術，本質(zhì)上是一個透明的顯示器?？梢园烟摂M內(nèi)容增強顯示到為外界世界上。

目前增強現(xiàn)實顯示（圖三，一個理想的增強現(xiàn)實眼鏡），無論是基于光波導的AR眼鏡（圖四，光波導架構(gòu)示意圖），車載ARHUD，還是光子晶體科技有限公司的裸眼AR顯示系統(tǒng)（NanoAR?，圖五），它們本質(zhì)上都是光學透明。而蘋果新推出的Vision Pro本質(zhì)上只是電學上透明。未來的AR顯示技術到底會是光學透明還是電學透明？由此就產(chǎn)生了靈魂之問：“電子透明還是光學透明，這恐怕是個問題。”

圖三，一個理想的增強現(xiàn)實眼鏡

圖四，光波導架構(gòu)示意圖

圖五，光學透明的NanoAR?

光學透明的優(yōu)勢非常明顯，它本質(zhì)上是透明的，用戶直接看到外界世界，其分辨率，視角，對比度都比利用顯示技術產(chǎn)生的圖像大得多。由于有了真實的世界作為錨定，使用的眩暈感，安全性等等都會比較容易接受。在眼鏡失效的情況下，也不會產(chǎn)生危險。

光學透明的最大的問題，是所有的虛擬現(xiàn)實的內(nèi)容，都要疊加到外界真實的世界上。外界世界的亮度的變化范圍非常大，所以顯示器的動態(tài)范圍需要非常大，從比較暗的環(huán)境的100多尼特到陽光下的上萬尼特，這樣近兩個數(shù)量級的動態(tài)范圍，對增強現(xiàn)實顯示的性能提出了巨大的要求。目前增強現(xiàn)實顯示主要技術方案為Bird Bath和光波導兩種方式實現(xiàn)。體積可以做得比較小，但是離滿足兩個數(shù)量級的大動態(tài)范圍，還有非常遙遠的道路。

電學透明的優(yōu)勢，是完全不用考慮光學系統(tǒng)的透明度。光學系統(tǒng)設計比較簡單，就顯示本身而言可以利用高分辨率OLED屏。其主要問題在于以下幾個方面：

1) 體積巨大，由于存在兩層顯示器，兩套光學系統(tǒng)（ Pancake和裸眼3D屏），體積巨大，我認為如果沒有其他革命性的硬件光學技術出現(xiàn)，就按照蘋果provision目前的架構(gòu)進化，其體積大優(yōu)化空間已經(jīng)不大了，不會有太多的改進。

2) 由于透明的功能實際上是有電學來實現(xiàn)的，系統(tǒng)中的故障將導致透明失效，這就使得增強現(xiàn)實眼鏡目前最有前途的場景，比如駕駛、軍事、工業(yè)，醫(yī)療等方面使用會受到很大的限制。因此，只有在一般的娛樂消費領域有特定的市場，而這些領域目前的需求已經(jīng)被VR增強現(xiàn)實顯示系統(tǒng)所滿足。

3)  同時由于兩層的平板顯示器，和眾多的攝像頭，為了實現(xiàn)3D建模，低延時顯示需要巨大的算力，功耗也比較高，近期的未來很難做到真正便攜式頭戴式的顯示。

筆者認為，增強現(xiàn)實眼鏡，首先必須有一個眼鏡的形態(tài)。其大小，功耗要足夠小，只有這樣，增強現(xiàn)實眼鏡（AR）才能走入億萬家庭，變成手機以外的第二個計算平臺。蘋果Vision Pro的發(fā)布，反映了市場和工業(yè)界對增強現(xiàn)實顯示AR的巨大興趣。蘋果生態(tài)系統(tǒng)的導入也會大大加快硬件技術、軟件技術和應用生態(tài)的發(fā)展。

我們可以期待，未來智能眼鏡技術將會有更加廣闊的前景和更快的發(fā)展。但是就硬件技術和系統(tǒng)架構(gòu)而言，我們認為蘋果的技術方案顯然滿足不了人們對增強現(xiàn)實眼鏡體積和功耗的要求，很可能是一個中間的方案， AR眼鏡還期待新的硬件技術。