黄乙白：显示影像于AR/VR之未来挑战

由中国光学光电子行业协会液晶分会和日经BP社联合主办的“中国·北京2016国际显示产业高峰论坛”于2016年11月1-2日在北京举办。本次会议是双方合作的第七届论坛，今年以“合作、创新与发展——显示技术创新 引领未来生活”为主题。来自海内外显示产业的相关企业和研究机构齐聚一堂，共同探讨显示技术的未来发展。

台湾交通大学 光电工程系教授兼副研发长 黄乙白

以下是演讲实录：

非常荣幸有这个邀请来做分享，显示影像在AR、VR未来的挑战，如果看AR、VR最近是蛮火热的话题，AR、VR上面有哪些技术，其实有非常多的挑战需要大家共同努力和突破。上面分四个区块，第一个区块是互动的部分，AR、VR不是只有看影像而是要做互动，很多的互动感测元件需要去突破;另一个是计算能力，感测到了物体要进行交互，显示影像是高清的影像，计算量不能以目前HIC来计算，他们在传输过程中是不经过压缩的，这两块我不再赘述了。

主要想跟大家分享人眼看起来的感觉和显示的需求，很多朋友都体验过AR、VR的显示技术，大家都会一致感觉有一些头晕的感觉，我们会分析一下为什么?有没有什么技术未来可以做到突破的呢?显示的部分有哪些挑战需要去克服，第一是市场角和体积的大小。AR、VR显示屏通过一个镜组把图像投射到你的眼睛中，AR、VR和差在有没有一个半反射片。基本上基础的架构是这样的，基础架构底下会遇到一个问题，我要让视角变大镜组必须要同时增大，也就是说整个体积会不断的增加。在不断情况下，目前有很多人想要提出一些新的想法，如何可以做到又小又好，市场又大影像品质又好。

很多方法提出，第一是所谓的光是侧边来的，不再是上面投影打过来的，从侧边打过来，增加一些光的路径，增加光的路径情况下影像就会放大体积会小一些。

也有人用光波导的方式，背光一样，把光旁边波导打一打，让你的眼睛看到，这样的影像品质通常不会太好。

第三自由型曲面，反射面要做这么庞大的体积，因为要校正很多视差，相机要大角度的鱼眼相机视差会很大，如果是视差缩小必须要有非常庞大的镜组，可以不可以用计算的方式，因为是非球面的任意的设计，体积就可以缩小。

第四是全相的方式来做，全相的问题点是色散和影像，坦白讲这些交互和运算非常好，唯一自己感到最不满意的是显示器，这里面还有很多地方可以努力，这也是大家可以有所作为的地方。

最后是做成隐形眼镜，这样有机会视角很大，但是目前有很大的挑战，这是更未来的技术。

市场角和体积和视野来比，目前还没有很好的技术，可以做到又轻薄影像品质又好视角又大，这是非常大的挑战在未来。解析度和亮度也是做显示朋友非常关心的部分，很多人抱怨看了VR以后，看到解析度颗粒一颗颗很不舒服。人眼的分辨率是1分1.2分，横轴是视角的部分，40度是什么概念呢?您把手机拿到30到50公分就是40度的角度，人眼真实的解析度目前2K的可以做到手机屏幕这么大，因为整个视野是220度，未来的解析度是非常非常需要的，否则的话如果VR大家是强调要看到真实嘛，今天拿着2K的VR上，一两百度的视角，如果看范冰冰她的脸是不真实的嘛，这是需要努力的地方。

亮度在VR是OK，可是在AR会遇到问题，AR影像有背景光，一旦到室外需要超过一千流明才能达到背景滤除的效果，如果亮度不够就会造成这样的效果，右边是正常希望看到的影像，虚拟影像要把真实的影像遮盖住，假设背景太强，到底是对焦在虚拟的影像上，无外乎是用两个显示屏，一个显示屏是显示虚拟的影像，先看右上角，有一个旁边有一个SLN其实是投影机反射，光从前面进来把背景的光打到旁边，需要看到的光再进来，简单来说是利用两个显示屏，一个显示屏真实的显示影像，另外一个显示屏把背景的影像有效的过滤了，如何把不需要的背景按照过滤掉，把要的背景留下来，目前有很多人在研究遮蔽的问题。

前面的问题还不至于造成大家头晕不舒服，虽然不好，但是还可以勉强接受，接下来的问题会造成不舒服的问题，一只眼睛没有深度的感觉，两只眼睛才有融合出深度，必须要做到的是用一只眼睛，如果是可以做到单眼可以有深度，可以拿到阿里巴巴给你8亿美金，做出具有深度感让视觉不会感觉晕厥的AR的显示器。大家看到片中的感觉是怎样的?如果今天是在现场，像魔术师一样飞出一个大鲸鱼出来，你一定是很惊讶的，非常惊讶的效果，这段视频是后来了解，也问实际上的负责人，这段视频就是一个动画，是后期制作的，并不是真正的效果。大家会怀疑，这样做个动画就可以拿到8亿、5亿美金吗，我想当然不是，他们在去年的时候，他们出了他们真正的视频效果，虚拟的物件在空中呈现，他们是从他们AR的眼镜拍的，可以躲到桌角的后面去，解析度是非常非常高的。九大行星，对焦在不同的深度上影像是真正具有深度的，而且是用一个相机而拍而已，达到具有深度的效果。其实是多台投影机的效果，他们用雷射打到光纤去，扫出一连串的影像，光纤很小可以同时做很多台投影机投影出来，如图，A到B代表了四个光纤投影机，每一台投影机经过了投影后呈现位置是不同的深度平面，一个投影机就产生一个平面，两个投影机产生第二个面，很多不同的深度越来越多台的投影机。投影机必须做的非常小，截止到目前，虽然拿了十几亿美金，但是没有看到太多的成品，只有在网上看到视频的效果。

也有人利用所谓的时间的方式产生很多的平面，用透镜和反射镜很快的改变焦虑也可以产生很多平面，但是显示屏的更新速率也要更快，目前需要540赫兹甚至更高，这是相当大的挑战在显示屏的部分。

也有人利用所谓的光场的技术，光场的技术也是利用透镜的阵列，但是最大的问题是解析度会下降很多，目前要产生多少层解析度就会跟着掉，目前看到的光场的解析度，一般显示屏拿VR用已经不能接受了，光场无法真正做到商用化。

另外是全息的好处，本来是自然产生深度的，我们组跟日本ICT也发表了一篇文章，可以利用两个全息片，可以做到真正的一只研精究产生立体全息的效果，必须要用雷射，目前有色散的问题，不同的颜色计算量也会比较大。刚才所有的视觉眩晕是目前各家厂商都想要解决的最大问题。

Motion sickness，人在动的时候看到的影像会感觉不舒服，美国军方做过实验，做了VR的六到八个小时不能开车，因为会头晕，现在有酒驾的问题将来会有VR驾的问题了(笑)，有人提出一个方法是视场角，越融入这个场景的时候身体越需要跟自然配合，如果影像动得很快就把视场角扩大，还有一个人提出了一劳永逸的办法，VR也会头晕，所以他们这家公司做了比较低剂量的晕车药，在玩VR之前吃一颗药，这样可以玩两三个小时不会头晕，如果真的需要做训练和VR进行测试的话，有的时候还是先吃颗药比较的保险，因为目前在台湾的医院见证了VR测试的环境，有的病人测试了十到十五分钟偏头痛就发作了，因为太过头晕了。

AR、VR会不会像3D显示一样，热了一阵子很快就下来了，但是3D显示未来前景还是很大的，AR、VR就我的角度来看，目前和其他非常特殊的应用，不见得是消费性电子上，在其他很多应用的领域，比如教育领域、旅游的地，甚至于阿里巴巴要推出的VR购物，有一些特殊的领域都有需求性存在的。这么大的眼科的诊疗仪器，现在做成VR一样的系统，VR佩戴了以后光打到眼睛里面，眼睛接收到信号会产生脑波，脑波解读出来就可以知道你眼睛有什么疾病，是不是有青光眼和白内障，这种技术可以取代传统的仪器以外，检测从眼部要衰退到30%%，现在衰退10%%很早期就可以检测到眼睛的问题，一旦有问题马上治疗效果会比较好，就像癌症一样早期检测早期治疗。

VR还有一个东西是脑部神经上的训练，不要小看这些光的信号，打到眼睛不是只有眼睛接收的，接收了以后会传递到大脑，其实是在影响大脑，尤其是VR是所谓的沉浸式的影像，是作为的光信号打进去，看VR是看全部的信号，这样全部信号会影响你的大脑，已经有人证实了可以治阿尔茨海默症和老化症状的检测，也人拿来做下肢瘫痪的症状，戴上VR觉得自己的脚可以走了，这样的附件训练情况下。

跟大家做一些简单的分享和介绍，我们希望现在是在第三个阶段，大家拿着手机看，希望未来有机会做到像眼镜一样，只有眼镜可以接受一直戴在身上，VR可以像眼镜这么轻薄，相信未来会有非常大的市场，谢谢大家!