说到 VR，眼见为实。声音和触觉都发挥着重要作用，但对于大多数人来说，视觉效果才是决定性因素。精美渲染的低多边形艺术可以与超现实环境一样令人惊叹。没有什么比完全沉浸在视觉上令人惊叹的虚拟世界更好的了，无论它是沉浸在现实主义、完全抽象还是介于两者之间。
但 VR 仍然是一项新兴技术，对于创造视觉体验的内容以及必须结合在一起才能产生您在耳机内看到的内容的复杂技术，还没有太多共识。如今，整个行业对 VR 视觉质量的定义方式也存在一些不一致。
在考虑视觉质量时，许多人采用与我们传统上考虑 2D 显示器（如手机和电视）相同的原则和标准。但虚拟现实与其他消费设备有很大不同。 VR 用户不再是在更远的距离观看大屏幕，而是观看更小的屏幕，距离眼睛更近，并被光学堆栈中的一组镜头放大。这就像通过相机镜头看电视一样，您看到的内容不仅取决于屏幕的分辨率，还取决于镜头的光学特性，例如放大率和清晰度。
与电视和手机不同的是，当您移动头部时，显示屏基本上会跟随您移动，并且由于它距离您的眼睛非常近，而您的眼睛可以在很大的范围内进行凝视，因此光学器件必须在这些视角上提供一致的几何和光学性能，以便提供优质的视觉体验。这表明眼动追踪技术在未来VR的视觉表现和体验方面将发挥越来越重要的作用。
我们认为，行业需要调整 VR 特定的性能指标，以更好地展示整体情况。我们不能只关注显示分辨率，而必须考虑显示和光学系统如何在 VR 耳机中协同工作。 VR 中的视觉清晰度由多种因素决定，其中最重要的是系统分辨率（以每度像素 (PPD) 为单位进行测量）、清晰度（通过镜头的调制传递函数 (MTF) 进行测量）、对比度和颜色。在这篇文章中，我们将仔细研究这四种技术以及它们与 Meta Quest Pro 新推出的无限显示光学堆栈的关系。
系统分辨率
在考虑 VR 耳机质量时，人们很容易只关注显示分辨率，因为这是我们判断 2D 显示器的标准。相反，我们应该评估整个光学系统的分辨率，这是用 PPD 来衡量的——这是一种考虑到显示器和光学器件协同工作的综合指标。 PPD 是一种角度测量，可测量视野 (FOV) 1° 范围内的像素数量。 PPD越高，VR耳机的系统分辨率越好。
我们在 VR 耳机的设计和制造过程中密切关注 PPD，以确保优质的体验。由于 Meta Quest Pro 显示屏具有更高的像素密度以及耳机的薄饼光学器件的后续放大效果，与 Meta Quest 22 (10 PPD) 相比，我们能够将 Meta Quest Pro (2 PPD) 的整体系统分辨率提高 20% 。虽然它不是当今市场上任何 VR 头显中 PPD 最高的，但这是大规模推出高质量 VR 和混合现实头显的一个重要里程碑。
我们正在投资以进一步推动这一目标。我们现实实验室研究的显示系统研究团队最近推出了 奶油糖果原型，它将视野限制为 Meta Quest 2 的一半左右，并使用 3K LCD 面板和新型混合镜头，实现了 55 PPD 的整体系统分辨率——接近视网膜分辨率（通常认为在 60 PPD 左右，足以在视力表上描绘 20/20 线），并有可能为新的行业标准铺平道路。虽然 Butterscotch 是一个研究原型，其技术配置可能不会成为未来的产品，但我们正在同时开发高密度显示器和高分辨率光学系统，以在我们的产品路线图上实现视网膜分辨率。
锐度
虽然 PPD 为整体系统分辨率设定了基准，但考虑到光学系统的组件，还有另一个关键指标在当今有关 VR 视觉清晰度的讨论中没有得到足够的重视：清晰度。
通过综合了分辨率和对比度的 MTF 进行测量，清晰度决定了光学系统可以再现多少细节。 MTF 越高，图像细节越精细。由于 VR 显示器是通过镜头观看的，因此会被镜头放大，因此我们的团队必须优化光学器件的设计和制造，以避免镜头造成的伪影。同样重要的是要承认，对于电视等平面 2D 显示器，清晰度是均匀的。在 VR 中，情况并非如此——镜头的中心和边缘有不同程度的清晰度。那么，我们的目标是在中心和外围实现更高的 MTF。
在 Meta Quest Pro 上，中心清晰度为 0.98，边缘清晰度为 0.85*，分别比 Meta Quest 25 提高了 50% 和 2%。
对比度
对比度是显示光学系统可以产生的最亮白色和最暗黑色的亮度之间的比率。比率越高，对比度越好。
为了最大限度地提高对比度，Meta Quest Pro 的高像素密度显示屏配备了专门的局部调光技术，可以独立控制 500 多个单独的 LED 块。这使得对比度提高了 75%，提供更深的黑色并大大增强了观看体验。
此外，Meta Quest Pro 的薄饼光学器件采用独特的三层偏振膜堆叠设计（一层位于显示屏上，一层位于两个镜头元件上），以最大程度地减少重影，尤其是从视场的中周边到边缘的重影。这也有助于其整体对比度的提高。
颜色
最后，VR头显的色彩质量是通过色域和色彩准确度来衡量的。色域是整个系统可以再现的光谱内的颜色范围。颜色准确性是指视觉系统按预期再现颜色和色调的能力。它们共同对于提供逼真的沉浸式体验至关重要。
Meta Quest Pro 拥有宽广的 DCI-P3 色域，是 Meta Quest 1.3 的 2 倍。我们还在 Meta Quest Pro 中开发了先进的色彩校准技术，以确保两眼的色彩准确性和亮度差异。 Meta Quest Pro 具有丰富而鲜艳的色彩，能够在整个视野范围内提供优质的视觉清晰度。
缩短光学堆栈
Meta Quest Pro 采用两片镜片和 10 层以上功能性光学薄膜。最初的概念是由 Reality Labs Research 在大约两年的时间里开发出来的，它代表了 VR 中从研究到产品的非常成功的硬件技术转移。然而，要设计适用于产品的薄饼透镜和偏振光学器件还有更多工作要做——这个过程大约花了四年时间，其中产品和研究团队作为一个综合团队工作了一年多，以确保成功且高效的转移。
虽然我们的研究团队能够建造时间机器——展示未来 10 到 1 年或更长时间可能发生的事情的原型，而不考虑成本、重量等限制——但我们的产品团队必须提供可行的设计，能够大规模生产。 产品团队设计的不是现成的产品，而是真正独特的镜头和偏振堆叠。 虽然煎饼透镜和偏振光学器件本身并不是什么新鲜事物，但它们在 VR 中的应用对大规模产品化提出了独特的挑战。 没有制造商生产这些零件，这需要非常精确的镜头和偏光膜制造和集成，因此我们的产品团队必须在多年的时间里与行业密切合作，从头开始创建供应链并提升他们的状态——艺术制造能力。 我们是第一批与 XNUMX 级工业合作伙伴合作创建缩短的光学堆栈和像 Meta Quest Pro 那样的薄饼光学器件的公司之一，而且我们大规模地做到了。
总而言之，Meta 目前拥有 350 多项与光学技术相关的专利，其中包括那些专注于最小化尺寸同时优化视觉性能的专利。
全部添加
当您将所有这些创新和技术整合到一个消费设备中时，您将获得一款带有视觉系统的 VR 耳机，该系统可以提供更清晰的文本、更清晰的视觉效果、更鲜艳的色彩以及更舒适的整体体验 — 无论您是在你的办公桌在 沉浸，创建一个物理游戏 无花果 XR，或者和朋友一起打怪 德美.
这是一个系统优化设计挑战——要求我们的产品团队将 VR 视觉系统视为一个整体，而不是仅仅关注单个组件。归根结底，我们的目标是最大化整体用户体验。它可能并不完美，但我们所做的权衡是为了保留最佳的视觉体验。而这仅仅是个开始。随着我们的无限显示技术不断改进，并且我们能够将 Meta Quest Pro 的创新薄饼镜头和偏振光学器件与更高分辨率的显示器相结合，我们应该会看到视觉质量的显着飞跃（通过 PPD 及其他指标衡量）。
*此处的 MTF 是在 5 lp/mm（每毫米线对）下测量的。
