Ngành công nghiệp thực tế tăng cường đang đứng tại một thời điểm then chốt khi các giải pháp quang học sáng tạo đang đẩy công nghệ này tiến tới việc được áp dụng rộng rãi. Tại trung tâm của sự chuyển đổi này là kiến trúc AR một-đến-hai, một phương pháp cách mạng sử dụng một động cơ quang học duy nhất để cung cấp năng lượng cho màn hình hai mắt, thay đổi cơ bản cách thiết kế và sản xuất kính AR.
 |
|---|
| Kính AR gọng đen đổi mới tượng trưng cho sự chuyển đổi trong công nghệ AR |
Sự trỗi dậy của kiến trúc AR động cơ đơn
Thiết kế một-đến-hai đại diện cho sự thay đổi mô hình từ các hệ thống động cơ kép truyền thống yêu cầu các thành phần quang học riêng biệt cho mỗi mắt. Phương pháp sáng tạo này sử dụng một động cơ quang học duy nhất với các cấu trúc cách tử chuyên biệt để phân tách ánh sáng nhằm đạt được hiển thị song nhãn. Khái niệm này được giới thiệu lần đầu bởi Tiến sĩ Tapani , một trong những người tiên phong sáng lập kiến trúc dẫn sóng nhiễu xạ, trong một bằng sáng chế năm 2006, nhưng giải pháp sẵn sàng cho kỹ thuật đã xuất hiện vào năm 2021 khi Tapani Levola và CTO Tiến sĩ Alex Jiang phát triển kiến trúc dẫn sóng một-đến-hai Lhasa .
Giảm chi phí thúc đẩy khả năng tiếp cận thị trường
Kính AR truyền thống đối mặt với những rào cản đáng kể đối với việc áp dụng hàng loạt, chủ yếu do các ràng buộc về chi phí. Hệ thống hiển thị quang học chiếm khoảng 40% tổng chi phí phần cứng, với động cơ quang học là một trong những thành phần đắt nhất. Các giải pháp động cơ kép thông thường yêu cầu hệ thống quang học độc lập cho mỗi mắt, bao gồm nguồn sáng, chip điều chế và mạch điều khiển, giữ giá ở mức cao cấm đối với thị trường tiêu dùng.
Phương pháp động cơ đơn giảm đáng kể chi phí vật liệu bằng cách loại bỏ một hệ thống quang học hoàn chỉnh. Việc giảm chi phí này rất quan trọng để đạt được quy mô cần thiết cho việc thâm nhập thị trường đại chúng, có khả năng cho phép các đợt sản xuất hàng triệu đơn vị mà trước đây không khả thi về mặt kinh tế.
Cấu trúc chi phí thị trường AR:
- Hệ thống hiển thị quang học: ~40% tổng chi phí phần cứng
- Động cơ kép truyền thống: Chi phí vật liệu cao hạn chế sản xuất hàng loạt
- Phương pháp động cơ đơn: Cho phép kinh tế sản xuất hàng triệu đơn vị
- Thị trường mục tiêu: Ứng dụng tiêu dùng so với công nghiệp/chuyên nghiệp
Nâng cao hiệu quả năng lượng và tự do thiết kế
Tiêu thụ điện năng ảnh hưởng trực tiếp đến trải nghiệm người dùng trong các ứng dụng AR, đặc biệt đối với các tình huống sử dụng cả ngày. Hệ thống động cơ đơn về mặt lý thuyết tiêu thụ ít điện năng hơn đáng kể so với cấu hình động cơ kép, vì chỉ có một thành phần quang học hoạt động liên tục. Ngoài ra, hiệu quả sử dụng năng lượng được cải thiện của việc phân phối ánh sáng từ một nguồn đến cả hai mắt kéo dài thời lượng pin đáng kể.
Sự thay đổi kiến trúc cũng giải phóng các ràng buộc thiết kế. Hệ thống truyền thống đặt động cơ quang học trong cánh tay thái dương, tạo ra các hình dạng cồng kềnh và cạnh tranh không gian với camera và các thành phần khác. Thiết kế động cơ đơn cho phép đặt hệ thống quang học ở trung tâm, thường là ở cầu mũi hoặc trung tâm khung, giải phóng các khu vực thái dương cho các thành phần khác và cho phép thiết kế cân bằng, ergonomic hơn gần giống với kính mắt thông thường.
Hiệu suất hợp nhất song nhãn vượt trội
Hệ thống động cơ kép đối mặt với những thách thức vốn có trong việc đạt được đồng bộ hóa mắt trái-phải hoàn hảo. Sự khác biệt phần cứng giữa các động cơ quang học có thể tạo ra sự khác biệt độ sáng vượt quá 8% và độ trễ thời gian lớn hơn 1ms. Những sự khác biệt này làm trầm trọng thêm xung đột thích ứng-hội tụ, đặc biệt khi xem các vật thể ảo gần.
Hệ thống động cơ đơn giải quyết những vấn đề này tại nguồn bằng cách sử dụng ánh sáng giống hệt nhau từ một động cơ được phân tách đối xứng đến cả hai mắt. Phương pháp này duy trì đồng bộ hóa thời gian trong vòng 0,1ms, vượt trội hơn nhiều so với sự khác biệt điển hình 0,5ms trong hệ thống động cơ kép. Tính đồng nhất độ sáng thường duy trì dưới 5% độ lệch, và đường dẫn quang học đối xứng giảm độ phức tạp hiệu chuẩn 60%.
So sánh AR động cơ đơn và động cơ kép:
- Giảm chi phí: Giảm ~50% các thành phần hiển thị cốt lõi
- Tiêu thụ năng lượng: Hoạt động động cơ đơn so với động cơ kép
- Đồng bộ hóa thời gian: Độ lệch điển hình 0.1ms so với 0.5ms
- Độ đồng đều độ sáng: Độ lệch <5% so với >8%
- Độ phức tạp hiệu chuẩn: Giảm 60% trong hiệu chuẩn hợp nhất hai mắt
- Tự do thiết kế: Đặt quang học trung tâm so với động cơ gắn ở gọng
Thành công thực tế: Hiệu suất Rokid Glasses
Thành công thực tế của kiến trúc động cơ đơn được minh họa bởi Rokid Glasses , ra mắt vào tháng 6 năm 2024 với giá 599 đô la Mỹ. Chỉ nặng 49 gram—tương đương với kính râm tiêu chuẩn—thiết bị này chứng minh tiềm năng của phương pháp này. Kính có camera 12 megapixel, màn hình MicroOLED với công nghệ dẫn sóng, và tích hợp ChatGPT để dịch thuật thời gian thực và nhận dạng vật thể.
Theo CEO Rokid Zhu Mingming , thiết bị đã đạt được 300.000 đơn vị bán ra trong khoảng một tháng sau khi ra mắt, cho thấy sự chấp nhận mạnh mẽ của thị trường. Thành công xuất phát từ sự kết hợp giảm trọng lượng, giá cả cạnh tranh và chức năng thực tế mà các kính AR trước đây khó có thể đạt được đồng thời.
Thông số kỹ thuật kính Rokid:
- Trọng lượng: 49 gram
- Camera: 12-megapixel hướng về phía trước
- Màn hình: MicroOLED với công nghệ waveguide
- Bộ xử lý: Qualcomm Snapdragon AR1
- Giá: 599 USD (Kickstarter)
- Doanh số: 300.000 chiếc trong ~1 tháng
- Tích hợp AI: Hỗ trợ ChatGPT
- Tính năng: Dịch thuật thời gian thực, nhận diện đối tượng
 |
|---|
| Những người dùng hào hứng tận hưởng trải nghiệm tiên tiến của Kính Rokid , biểu tượng của thành công thị trường AR |
Thách thức kỹ thuật vẫn còn
Mặc dù có những lợi thế đáng kể, hệ thống động cơ đơn đối mặt với một số rào cản kỹ thuật. Hiệu ứng cầu vồng xảy ra do công nghệ dẫn sóng nhiễu xạ tạo ra sự phân tán màu sắc trong các điều kiện cụ thể, tạo ra các mẫu nhiễu có thể nhìn thấy. Rò rỉ ánh sáng giữa các đường dẫn quang học có thể gây ra hiện tượng ma và giảm độ tương phản khi độ chính xác sản xuất không đạt yêu cầu.
Khả năng hiển thị ba chiều đặt ra những thách thức đặc biệt vì động cơ đơn khó tạo ra hình ảnh khác nhau cho mỗi mắt đồng thời. Một số giải pháp liên quan đến màn chắn tinh thể lỏng để ghép kênh thời gian, nhưng phương pháp này hy sinh hiệu quả ánh sáng và có thể gây ra các vấn đề ổn định.
Các cân nhắc cấu trúc cũng ảnh hưởng đến trải nghiệm người dùng. Việc đặt các thành phần quang học ở trung tâm có thể tạo ra sự nhô ra phía sau trong khu vực cầu mũi, có khả năng gây khó chịu trong quá trình đeo kéo dài. Ngoài ra, các hạn chế hiệu quả ghép nối hiện tại trong hệ thống cách tử trực tiếp hạn chế hiệu suất quang học tổng thể.
Động lực ngành công nghiệp đang xây dựng
Ngành công nghiệp AR có vẻ như đã sẵn sàng cho sự tăng trưởng đáng kể khi các giải pháp kỹ thuật trưởng thành và sự chấp nhận của thị trường tăng lên. Các công ty công nghệ lớn đang tham gia vào lĩnh vực này trong khi các chuyên gia quang học đóng góp các giải pháp tiên tiến, tạo ra các vòng phản hồi tích cực thúc đẩy sự phát triển.
Triển lãm Quang điện tử Quốc tế Trung Quốc ( CIOE ) sắp tới từ ngày 10-12 tháng 9 năm 2024 tại Thâm Quyến dự kiến sẽ trình bày những tiến bộ đáng kể trong các giải pháp hiển thị quang học AR, có khả năng đánh dấu một cột mốc quan trọng khác trong sự phát triển của ngành hướng tới việc áp dụng chính thống.
Khi các thách thức kỹ thuật tiếp tục được giải quyết thông qua các cải tiến lặp đi lặp lại, kiến trúc AR động cơ đơn đại diện cho con đường hứa hẹn nhất hướng tới các thiết bị thực tế tăng cường cấp độ tiêu dùng kết hợp khả năng chi trả, hiệu suất và khả năng đeo trong một gói thực tế.