最硬核体验与技术分析 深度对比Magic Leap One和HoloLens

　　2018年09月30日，我(Karl Guttag)在过去数周时间里一直在研究Magic Leap One(ML1)，并拍摄了超过1000张图片和进行了众多测量。

　　ML1采用衍射波导，这意味着你必须要通过衍射光栅来感知现实世界。通过衍射光栅看世界会扭曲真实世界的视图，而本文将会进行演示。

　　1. ML1的初体验

　　视图中心的颜色平衡看上去很不错，但随着你远离影像中心，色移现象将出现。但即便是与廉价的LCD显示屏相比，就均匀度，锐利程度/分辨率，以及对比度而言的图像质量并不是非常优秀。

　　演示内容(尤其是Construct应用程序)十分有趣，而且非常吸引人。能够看到对象在3D世界中移动会令你产生一种震撼感，就像是HoloLens那样。但ML1还有很多开箱即用的事情。由于视场宽于HoloLens，初体验的感觉将更好。ML1的控制器比HoloLens的手势操作更好，因为你的手臂很快就会感到疲劳。

　　2. 一些重要问题

　　我没有时间详细说明，但我可以简单地提及迄今为止发现的部分问题：

　　遮挡85%的真实世界光线：遮挡如此大量的光线有助于隐藏或减少其他光学问题; HoloLens遮挡大约60%的光线，因此通过的光线比ML1多2.67倍。

　　ML1的发光强度只有大约210 nit，HoloLens则是约320 nit。

　　透过衍射光栅看世界会模糊和扭曲真实世界的视图

　　衍射波导软化/模糊虚拟影像：ML1的有效分辨率大约只有Magic Leap声称的1280×960的一半;ML1的影像不如HoloLens清晰

　　衍射波导存在固有的颜色问题：颜色波纹，“就像是透过肥皂泡泡看世界一样”(引用Inverse首席执行官Ryan Smith);视场的色移现象，尤其是左边和右边15%的外围部分。

　　焦平面：只有两个，它们一次只显示一个，当改变时我们会看到抖动;

　　“近焦平面”从14.5英寸到大约30英寸的限幅点出现，并聚焦在约20英寸(50.8cm)的位置;“远焦平面”出现在30英寸之外的位置，似乎(仅)聚焦在约60英寸(1.54米)的位置。

　　双目叠加的问题。对于填充视场的影像，左侧和右侧存在黑边(大小取决于眼睛的辐辏);解决这个问题将意味着减少视场。

　　它采用了场序制彩色(field sequential color;FSC)，但序列率至少是HoloLens的两倍，所以FSC的奔溃将不那么明显，但对部分应用而言仍然是个问题。

　　适眼距很少，需要单独购买特殊的校正镜片

　　即时定位与地图构建(SLAM)的效果一般。它需要合适的光照量，并且无法感知任何黑色。映射不是非常精准，而且似乎会出现漂移。在这一领域里拥有丰富从业经验的人士告诉我说，ML1的SLAM不如HoloLens。

　　数据线显然存在风险，并且会对你造成阻碍。其中一个重大风险是你会摘下头显，将它放在桌面上，并忘记口袋中的计算组件，然后在你走开时口袋中的计算组件就会把连接着的头显拽离桌面并导致其掉落地面。

　　3. 现实世界视图模糊

　　我透过已经关机的ML1拍摄了一张图片。第一件明显的事情是，ML1遮挡了大部分的现实世界光线，以及用户的一大部分外围视觉。早在今年2月，我根据奥尼尔的视频就估计ML1遮挡了大约85%的光线。这个数字与仪器测量大致相等，后者的测定是波导上方遮挡83%的光线，下方遮挡86%的光线。你同时能在左边图片注意到透过衍射光栅看世界的效果。

　　与之对比，微软HoloLens遮挡约60%的光线，这已经足够。不过，HoloLens允许比ML1多出约2.67倍的现实世界光线通过。

　　4. 衍射波导的简要介绍

　　一系列间隔开近光波长的线(即衍射光栅)会像棱镜一样弯曲光线。但与棱镜不同，光栅会以一系列的“级次”弯曲光线。对于衍射波导，只应用其中一个级次的光，剩余的光不仅浪费，而且会降低整个系统的对比度，因为其会在光学系统中反弹。衍射弯曲光线的级次角度和间隔是光线的波长(颜色)，光栅间距，以及光线照射光栅角度的函数。

　　今天话题的关键是，对于衍射波导，你是通过一个衍射光栅感知世界，即所谓的“出射光栅和瞳孔扩展器”。在衍射波导的情况下，光线以大约45度(精确角度取决于许多因素)角穿过包含全内反射的玻璃。出射光栅用于将光线从约45度弯曲到90度，这样它就能够离开波导的玻璃并朝你眼睛发射。

　　但来自现实世界的光线是从相对侧穿过衍射光栅，波长的行为方式和方向都会令这种光线以各种角度弯曲。出射光栅将衍射/散焦真实世界的光线，否则光线会直接进入眼睛，并导致类似棱镜的颜色伪影。对于ML1和Hololens，出射光栅水平延伸，因此容易从“捕捉”上方的光线。

　　对ML1而言，问题是你正通过六个衍射光栅感知世界。尽管每个光栅层都设计成弯曲特定颜色的光线，但可见光的波长足够接近，而光栅会影响所有的可见光。

　　5. 通过出射光栅看到的现实世界视图

　　下图分别是关机状态下的ML1(左)和HoloLens(右)“出射光栅”。 我调整了曝光以补偿ML1阻挡的大约2.7倍光线。在下面两张图片中，你可以看到衍射波导是如何将来自顶灯的光线分解为图片中间的彩虹色。另外，在左侧的ML1图片中，你可以注意到灯泡正上方的模糊，火焰状的伪影。这种眩光是因为来自灯泡的光线穿过大致垂直于波导的六层衍射光栅所造成。你在Hololens中几乎不会注意到这种情况(但仍然存在)，但ML1比较明显。

　　与Hololens相比，当光源位于视场中时，ML1的眩光伪影不太明显，但当光源高于视场时，ML1将出现比Hololens更大的问题，如下图所示。对于ML1，当存在顶部光源时，我经常会在视图底部看到彩色的“耀斑”。当通过双眼观察时，你将看到两倍的“眩光”。顺便提一句，你在下图中可以清楚看到HoloLens头显(左)或ML1(右)。

　　需要注意的是，Magic Leap遮挡了85%的真实世界光线，而HoloLens则是60%。所以如果它们没有暗透镜，这种衍射效果会更亮。

　　作为另一个参考点，我用iPhone 6s Plus拍摄了部分测试图案的照片。再次强调，我调整了曝光以补偿ML1所阻挡的85%光线。你应该注意到模糊的光线散射会使图像变得柔和。

　　6. 混合真实与虚拟影像

　　下图是《Dr. G’s Invader》预告片的图片，其中背景存在灯光。不仅是现实世界的光线出现了模糊的伪影，虚拟影像同样如此。文本显然是比较模糊，而我将在以后的文章中对其进行详细介绍。采用两个焦平面和双倍衍射光栅有助于解决现实世界和虚拟影像视图的问题。但穿过太多的衍射光栅会降低图像质量。

　　另外，你可能注意到白色文本的颜色。随着你移动头部和眼睛，颜色出现了变化，正如Inverse首席执行官Ryan Smith所描述的那样，“就像是透过肥皂泡泡看世界一样”。你同时会看到其他的颜色问题，包括色差。

　　7. 总结

　　在模拟用户视图方面，并且因现实世界光源而产生的颜色伪影方面，ML1比HoloLens更为明显。至少令ML1糟糕的部分原因是支持两个焦平面。你需要透过两倍数目的波导来感知世界。

　　衍射光栅的“彩虹炫光”效果，以及令真实世界变暗是最为明显的问题。