科技巨擘热切期待人们能为元宇宙时代来到而兴奋，但目前的虚拟现实硬件设备远远无法满足他们的雄心壮志。一个最大的挑战在于制造出更好的、拥有极高像素密度的显示屏。而根据专家们的说法，新的材料和设计方案即将成形。
硅谷正在进行一场豪赌，他们投入数十亿美元，押注互联网即将经历自从智能手机出现以来的最大转变。他们的想法是，不久后，大多数人会通过能把我们送进虚拟世界的可穿戴设备接入互联网，不用再敲击触摸屏。
然而，就目前而言，虚拟现实（VR）和增强现实（AR）依然相当初级。
尽管Meta、微软、谷歌和Magic Leap等公司早已在出售VR和AR的头戴式设备，但它们迄今落地的应用案例数量有限，设备所提供的体验也仍达不到高画质标准，而用户们已经开始期待高画质的数字娱乐。
将海量像素放进纤小屏幕
眼下，一个最大的局限是显示器技术。在一个VR头戴式设备中，屏幕位于眼睛前方仅数厘米处，因此如果你想趋近高画质（类似4K电视的那种），就需要将超高像素放进一块非常小的屏幕里，然而，这是当前的显示屏办不到的事。
不过来自三星电子和斯坦福大学的研究人员近期于《科学》杂志发表文章，称新技术很快就能让我们接近像素密度的理论极限，催生性能强大的新型VR头戴式设备。
提升显示屏性能的同时，还要让它们变得更小，更经济，能源效率更高。目前的头戴式设备既又大又沉，限制了穿戴时间和使用场景。
之所以体型巨大，一个主要原因是它们的功能主体是光学元件阵列，而光学元件和显示屏之间又得留出足够空间，以使得光线能恰当聚焦。
文章作者表示，尽管新的紧凑式透镜设计和“超表面”的使用，已经使得这个领域出现一些微型化设备，但这条路很可能已走到尽头。（“超表面”是具有独特光学性质的纳米结构薄膜。）
全息透镜和“薄煎饼镜头”（pancake lenses）等新设计有助于缩短透镜与显示屏间距离，达到原来的1/2到1/3。但这些相互作用会降低图像亮度，因此需用更强大、更高效的显示屏进行亮度补偿。
元宇宙里的OLED
要解决目前头戴式设备的另一个局限“分辨率”，也需要有更优质的显示屏。超高画质的电视显示屏能在大约3米的距离实现近200 PDD（像素每度）的角分辨率，远超人眼所能分辨的极限——大约60 PPD。
然而，由于VR显示屏距离观看者的眼睛至多只有2.5到5厘米远，它们的像素密度仅能达到大约15 PPD。
文章作者表示，为匹配人眼分辨极限，VR显示屏需要把7000~10000个像素放进每英寸的显示屏中。（目前最新款的智能手机屏幕仅能做到每英寸460个像素。）然而，尽管差距十分遥远，研究者却早已找到弥合鸿沟的清晰路径。
目前，大多数VR头戴式设备使用分离的红色、绿色和蓝色的有机发光二极管（OLED），由于其制造工艺的限制，很难得到紧凑结构。
有一种替代方法，那就是给白色OLED加上彩色滤光片，就能让显示屏有可能达到60 PPD。不过依赖滤光片，也其自身的问题，因为滤光片会拉低光源效率，导致亮度变低或能耗增加。
有一个被称为meta-OLED的试验性OLED设计方案能绕过这个两难的权衡：
它将光源与纳米图案镜相结合，利用共振现象来仅仅从一个特定频率发射光。
Meta-OLED有潜力实现超过10000 PPD的像素密度，接近由光的波长定下的物理极限。
它们也可能更为高效，相比于过去数代OLED，拥有更好的色彩画质。
它将光源与纳米图案镜相结合，利用共振现象来仅仅从一个特定频率发射光。
Meta-OLED有潜力实现超过10000 PPD的像素密度，接近由光的波长定下的物理极限。
它们也可能更为高效，相比于过去数代OLED，拥有更好的色彩画质。
然而，尽管显示器技术公司表现出强烈兴趣，但这项技术仍然处于萌芽阶段，距离商业化遥遥无期。
真正的沉浸式VR还很遥远
根据论文作者的说法，短期内最有可能实现的显示器技术创新将会利用到人类生理特征。人眼仅能在视网膜中心区域（被称为中央凹）分辨出60 PPD，视网膜外周部分的灵敏度就低得多。
假如能够准确追踪眼球运动，那么只需要给予用户注视的显示屏特定区域最高清晰度。作者表示，尽管眼球和头部追踪所需的增进功能给设计添加额外的复杂性，但这大概是最快就会出现的创新。
重要的是要记住，如果VR要变得广泛商业化，除了更好的显示屏之外，还有许多问题需要解决。尤其是，给这些头戴式设备供电提出电池容量和散热能力方面的复杂挑战。
另外，研究者讨论的显示技术主要与虚拟现实有关，而不是与增强现实有关。增强现实的头戴式设备很可能要依赖一套迥异的、不会遮盖穿戴者对于现实世界的视野的光学技术。
然而，不管怎样，目前看来，尽管实现更为沉浸的虚拟体验很可能还有一段路要走，但是引领我们到达目的地的路线图已经就位。
资料来源：
The Tech That Will Push VR to the Limits of the Human Eye
END
