产品细分代表作,AR桌游眼镜Tilt Five光学解析

Esther|编辑

提起Tilt Five,更多人印象中这是一家AR桌游方案商,而你可能不知道这家公司的背景竟与Valve有关。实际上,Tilt Five的技术基于前Valve软件工程师Rick Johnson和硬件设计师Jeri Ellsworth创办的castAR。类似于微软、Magic Leap,castAR也是很早就开发AR眼镜的公司,后来由于融资链中断,宣布破产倒闭。

后来,Ellsworth决定继续研发AR眼镜,于是便收购了castAR,与另外一位创始人Jammie Gennies成立了Tilt Five。2019年,Tilt Five首次展示了一款桌游专用的AR眼镜,并开启众筹,售价仅299美元起。而Tilt Five采用的逆反射AR光学技术,就来源于Ellsworth在Valve期间的研发成果。

我们知道,目前市面上的AR眼镜成本高昂,优质光学方案的AR眼镜售价可高达1000到2000美元以上,因此其用户主要是企业、政府,不适合普通消费者。那么,作为价格相当于一台VR一体机的Tilt Five,它不仅体积看起来足够小巧(仅85克),而且还能玩各种多人游戏,让人不禁好奇其实际体验是否和宣传的那么好。

据青亭网了解,Tilt Five采用独特的微型投影显示方案,分辨率为720p,视场角可达110°,配备定位和手势识别摄像头(800万像素)。简单来讲,Tilt Five需要配合一个逆反射式棋盘来使用,通过光学反射来定位和对焦,将棋盘变成一块清晰的AR显示器。
近期,光学专家Karl Guttag在AWE 2021上体验到Tilt Five眼镜,并表示Tilt Five的显示效果相当出色,就像魔法一样,这也是他在今年AWE期间最喜欢的产品,以至于当天就自己买了一套。
从光学方面来讲,Guttag此前并不看好Tilt Five采用的逆反射显示方案,而且考虑到它前身是失败的castAR,所以并没有过多关注这款AR眼镜。而在实际体验后,Guttag表示:我见过很多AR/VR技术,而Tilt Five带来的体验并不多见。
当然,Tilt Five显然不会是AR的终极形态,但它的优势在于,专注于AR游戏这个垂直场景,而且效果足够好。
Tilt Five体验
Tilt Five基于玻璃珠逆反射式光学方案,与常见的光波导方案有很多不同之处。Guttag认为,Tilt Five AR眼镜的3D显示效果是自己见过最优秀的,尤其是AR与棋盘之间的遮挡关系足够正确,可显示在表面上方或下方。此外,用户移动头部时,基于英特尔Movidius视觉处理单元可实时动态渲染3D图像扭曲效果,没有明显的延迟。
也就是说,尽管Tilt Five采用分体式设计,以来PC、平板电脑或手机来计算和处理AR图像,但是通过Movidius单元,它可以分担部分图像渲染任务。
另外,Tilt Five也从某种程度上缓解了视觉辐辏调节冲突(VAC)。这是因为,Tilt Five通过两个微型投影设备将AR图像投射在逆反射棋盘上,当光线从棋盘返回人眼时,人眼在AR图像上聚焦的方式和直接观看真实物体时一致。因此,Tilt Five可以实现动态变焦,视觉焦点与实际焦点不匹配的可能性更小。
视场角方面,Tilt Five的对角线FOV可达110°,超越市面上大多数AR眼镜。而且,Tilt Five的光学模组支持较大的适眼距,叠加近视眼镜也足够舒适。
Guttag表示:Tilt Five比其他AR眼镜更神奇,是因为它的视觉效果达到了宣传的水平,实际体验并不令人失望。
考虑到Tilt Five配备扫描角度高达140°的红外摄像头,它可追踪的范围甚至比标准棋盘更大,因此你可以扩大棋盘规模,或是在棋盘外放置一些AR追踪标记,就可以扩大AR图像的规模。
一些细节
Tilt Five分辨率达1280×720,其采用了Citizen制造的彩色场序FLCOS显示器FineDevice,以及一个定制的微型投影模组。场序FLOCS显示器的效果足够清晰,未来还可以继续优化。
另外,Tilt Five的显示模组上有一些玻璃珠元件,可能会产生闪烁,未来也许会通过替换更高端的屏幕来改善这一点。
不过,目前Tilt Five依然采用分体式设计,需要通过有线形式连接手机、平板电脑或PC。未来,如果通过无线串流方式来连接计算单元,体验感会更加灵活。Ellsworth表示:由于Tilt Five本身已经分担一部分计算,它与计算机之间的数据传输速率不算高,因此未来可能替换成无线传输。
舒适性方面,未来也许可以加入可调节的头带,或是在后脑勺部分加入电池等配重。
光学原理
1)双目立体偏振
Guttag表示:Tilt Five的光学设计简单且优雅,特点是结合偏振器和四分之一波片,以精准的角度将AR图像投影至逆反射棋盘,并分别反射回用户的左右眼。因此,在使用Tilt Five时你的左右眼看到不同的图像,形成3D效果的双目视差。
另一方面,Tilt Five的LCoS投影模组输出线性偏振光,然后通过具有角度的线性偏振器将光反射至棋盘上。棋盘的逆反射光学特性不影响偏振,而是直接将光线反射回人眼。Tilt Five在左右眼采用不同的波片,这样当光线反射到棋盘时,会在相反的方向发生偏振,分别向特定的眼睛输入光线。
通常,线性偏振器光学会阻拦60%非偏振入射光,透光性在40%左右。而Birdbath光学方案,可遮挡75%环境光,透光性更差。Tilt Five采用了特殊的波片阵列,因此微型投影模组输出的光线经过偏振器反射和投射,仅损失25%。
另外,Tilt Five并未采用光学组合器,AR光线与真实光线都通过相同的路径直射入人眼,因此不需要考虑动态变焦问题。而使用组合器的光学,通常通过反射的路径来显示AR,而通过透光/组合方式来显示真实光线。
2)逆反射式屏幕,棋盘也是光学元件
如果光线照射到普通的白色屏幕上,只会在一个180°的板球范围扩散,只有一小部分会反射回屏幕前的人眼。相比之下,逆反射式屏幕可以反射大多数入射光,而且反射角度足够小。
通常,逆反射式屏幕会采用灰色背景,并在上面覆盖微小的玻璃球。光线进入玻璃球后,会经历折射、反射(20-30°)、折射三个阶段,光线离开玻璃球后与输入的光线平行,很大程度上保持了光的偏振,因此大部分会反射回人眼。
3)视觉辐辏调节冲突(VAC)
Guttag指出,Tilt Five可以从两方面缓解VAC问题。首先,其通过投影模组来发射光线,原理有点类似于针孔成像,更容易让人眼聚焦。
另一方面,Tilt Five直接将AR光线投影在棋盘上,看起来就像是棋盘自己显示的图像。AR图像可以聚焦在棋盘的位置,尽管可能与其虚拟位置不够匹配,但这种差异不足以导致VAC问题。
4)关于遮挡
Tilt Five采用的逆反射式光学方案也存在一些局限,比如色彩较暗且存在偏光。当眼镜投射的光线照到手背等非反射表面时,光线会被散射,而且偏振大部分消除。也正是因此,Tilt Five配备的偏光镜片上看不到任何投影光线。
有趣的是,通常投影仪光线被手挡住时,你会看到阴影,而Tilt Five对着手时却看不到阴影。这是因为,投影光源来自于人眼位置,没有角度偏差所以阴影在用户看不到的地方。
关于多人模式
与任何一款多人游戏一样,Tilt Five也需要足够多的用户基础才能支持多人玩法。而对于一个新兴的游戏平台,更实际的办法是支持跨平台联机。也就是说,Tilt Five用户不仅可以和其他用户一起本地联机,也可以在线上和手机端、电脑端用户联机。
即使是线下多人一起玩Tilt Five AR游戏,互相之间的视觉光线也不会互相干扰,他们会从各自不同的视角查看共享的AR图像,比如扑克牌、棋子等等。
接下来,Tilt Five计划与游戏开发商合作,将AR眼镜与游戏捆绑销售。
总之,作为一款AR桌游眼镜,Tilt Five足以达到预期,体验感有趣,而且价格不贵。Guttag表示:Tilt Five就像是一款很棒的新玩具,这才是同类型产品应该带给用户的感觉。相比于过度炒作AR来融资的公司,Tilt Five实际上更值得投资者们关注。

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