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全面解析微软AR眼镜HoloLens2
时间:2019-10-30    评论:0
   来源:国金证券研究所

    HoloLens2 是最好的智能眼镜平台,短期内将定位于企业级市场。相较于HoloLens 一代产品,HoloLens 2 提供了更大的视场角(52°),更多的交互方式,更舒适的佩戴感受以及更好的企业级服务能力,HoloLens 2 已成为当下最好的混合现实智能眼镜。 从 HoloLens2 的工作原理分析,多维度的环境信息采取,后台处理器快速精确的运算,以及全息影像的输出方式都对硬件性能与设计提出了很高的要求,也造就了 3500 美金的售价,预计短期之内HoloLens 2 仍将定位企业级产品。

    从 HoloLens 的拆解图来看,HoloLens 由 30 几个零部件构成,具体可以分为处理器、光学透镜、摄像头和传感器、存储、电池等五大模块构成。


    视场角( Field of View, FOV)
    
    FOV 过小导致沉浸感弱是一代HoloLens 最被用户诟病的一个核心问题。人类视觉由两部分视场组成的,单目 FOV以及双目 FOV。中间 114°是双眼视觉区域,两侧 40-50°是单眼视觉区域,3D 视角的范围只有 60°左右。假如 FOV过小,在转头时会导致虚拟对象在视图中出现消失或者断截的现象,HoloLens 2 综合考虑 FOV,亮度、饱和度,清晰度的能耗,计算和交互,成功将 HoloLens 的 FOV 从一代的 34°提升至了二代的 52°,足够满足 B 端用户的需求,但是仍需继续提升。视野翻倍,但是视觉质量没有任何降低,目前 HoloLens 2 支持每度 47个像素点,相当于实现了近眼 2K屏的效果。

    交互方式

    一代 HoloLens 提供手势、注视和语音三种交互方式,HoloLens 2 继续升级了交互方式。首先,支持多自由度的手势操作,包括点击,触碰,拉拽等自然交互,提供更多维度的信息输入方式,通过系统构建双手和所有手指的全关节模型,设备对手的跟踪能力有了大幅度的升级,显著改进跟虚拟 3D 对象的交互能力。其次,新增眼球追踪功能,设备将会知晓用户的目光在哪儿,用来驱动某些交互,如翻页,切屏等。再次,语音交互依然是人机交互的重点,随着语音识别能力的不断提升,未来语音将更加被用户所适应。


   舒适感

    一代 HoloLens 非常重,光学、传感器、计算单元和其他重元素都集中在设备的正面,HoloLens 2 将集成计算机移至设备背面,前端采用碳纤维制成,让耳机前后更加平衡,全新的锁扣式贴合系统,让用户即使连续佩戴数小时,也会感觉十分舒适。官方称这款设备的舒适度以及人体工学形态较一代产品提高了三倍多。

    “To B”服务

    HoloLens 目前仍然是面向 B 端客户,去年微软针对HoloLens 商业用户正式发布 Dynamics 365 MR 工具,用于跨平台终端进行不同行业员工的培训方案的创建,编辑,和教学使用,并且应该支持远程协助和多人多设备协同。这一功能需要 HoloLens 对场景信息有高精度的三维重建能力,同时用户可以解放双手进行实地操作并保持高效率的和周围信息互动,此外,HoloLens 可以为第一线员工和远程专家提供连接点,以及减少差旅成本和与之相关的风险。举例来讲,远程医疗领域,通过全息技术把覆盖术前影像诊断、手术规划、术中导航和远程医疗等应用场景全部呈现,打破了虚实之间的界限,有助于开启医生解读患者内部结构的新方式,医学交流的新模式,医疗智能化的新生态。


    跨平台的云服务能力
    
    微软推出两项全新的 Azure 混合现实服务,分别是 Azure Spatial Anchors 和 Azure Remote Rendering,帮助开发者企业构建跨平台、适合不同行业背景的企业级混合现实应用。Azure Spatial Anchors使企业和开发人员在创建的混合现实程序中,精准映射、指定和调用可在HoloLens,iOS 和 Android 设备上访问的点。Azure Remote Rendering 可以帮助人们在图像质量不降低的情况下体验 3D,从而更快、更好的做出决策。

    纵向对比,相对于 4 年前的一代产品,HoloLens 2 在所有重要的领域表现得都更为出色,佩戴更为舒适,FOV 达到 52°,更好地探测实际物体。从硬件上来讲,HoloLens 2 新增 Azure Kinect 传感器,ARM 处理器,眼球追踪系统以及新型的显示技术。

    横向对比,微软在 MR 或者说 AR 领域目前已经将竞争对手 Magic Leap 抛在身后,期待 Magic Leap 在后续能否推出挑战 HoloLens 2 的新一代 MR 设备。

    由于目前 HoloLens 2 还没有交付产品,本文将通过对一代 HoloLens 工作原理以及一二代硬件设备的对比来推断 MR 的发展方向。

    HoloLens 的零部件组成

    从 HoloLens 的拆解图来看,HoloLens 由 30 几个零部件构成,具体可以分为处理器、光学透镜、摄像头和传感器、存储、电池等五大模块构成,我们将根据 HoloLens 的工作原理来解释每个模块的工作方式。


    HoloLens 的工作原理

    HoloLens 用一句话来总结工作原理,即通过多颗摄像头获取真实环境信息,结合传感器进行定位跟踪、交互,通过显示设备生成虚拟场景,叠加到现实场景。


    摄像头获取真实环境信息

    HoloLens 有 6 个摄像头,其中 4 个为环境感应摄像头,1 个景深摄像头,1 个高清摄像头。环境摄像头给环境光传感器提供素材,景深摄像头为深度传感器提供素材,高清摄像头给混合现实捕捉传感器提供真实环境信息,包括三维环境信息、手势识别、现实与投影结合、摄影摄像等常规功能。


    处理器运算重建数字环境信息

    HoloLens 含有 CPU、GPU、以及 HPU(微软自研,主要处理全息和传感器数据)。处理器主要是将 1 步中各个摄像头获取的真实环境信息进行快速融合,再对不同的深度图进行累积,从而借助立体视觉等技术计算出房间及其内部物体的精确的三维模型,这一工程对算法速度和精度都有很高的要求。HPU 可以理解为用于单独处理增强现实图像,收集传感器、手势识别数据的协同处理器。与之搭配的是英特尔主 CPU Cherry Trail ,HoloLens 还搭配了 1GB DDR3 RAM。总体来讲,HoloLens 并不是一个拥有多么强劲性能的发烧机器,但是在这么小的一块主板上集成这么多的芯片对于主板和外形的设计都有非常高的要求。

    信息输出之“全息显示”

    HoloLens 的显示模块包括两部分:光导透明全息透镜和 Lcos 微型投影。HoloLens 采用的是 Stereoscopic 近眼 3D 技术,通过左右眼的两个微型投影将虚拟景象一层层地投射到光导透镜进入人眼,同时也不影响现实世界的观察。依靠 HPU 和层叠的彩色镜片等的组合运用,HoloLens 能够“欺骗”玩家的大脑,使其将看到的光(即虚拟信息)当成 3D图像,感觉这些全息图像是投射在实物上的。光导透明全息透镜和 Lcos 微型投影两个零件也是导致 HoloLens 整机超高价格的主要原因。


    信息输出之“Spatial 音效控制”

    Spatial公司在空间声响控制软件上有很深造诣,拥有许多空间视听环境的数据分析,HoloLens 搭载的正是 Spatial公司的音响系统。Spatial 通过调整声音的声相,可以为模拟出全息图像的发声位置,用户无论在全息图像的什么位置都可以轻松获得立体音效,号称“能辨别出前後左右敌人的位置”。

标签:微软HoloLens
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