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院士介绍

王立军

王立军(1968年-),男,俄罗斯工程院外籍院士。北京市政府特聘专家,梦幻世界科技创始人和董事长,北方工业大学教授、博导,高精尖创新研究院虚拟和增强现实(VR/AR)创新中心主任,SID国际信息显示学会(中国)虚拟与增强现实(VR/AR)专业技术委员会主席。曾担任美国西北大学电子与计算机工程系博士后研究员和世界财富500强美国康宁公司高级研究科学家。长期从事超高速光通信和计算机图像处理领域的科研与教学工作。在超高速光纤通信系统,光电子器件和新一代光电显示领域取得多项国际一流科研成果。同时在产业化方面成功创办和运营多家高科技公司。

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12/13
2022

王立军院士解读XR头戴式显示关键技术及趋势

来源:中国电子报

俄罗斯工程院外籍院士、SID国际信息显示学会(中国)AR/VR 技术委员会主席王立军11月30日—12月1日,由四川省人民政府、工业和信息化部主办的2022世界显示产业大会在四川省成都市举行。在12月1日举办的成渝新型显示一体化发展高峰论坛上,俄罗斯工程院外籍院士、SID国际信息显示学会(中国)AR/VR 技术委员会主席王立军就XR头戴式显示技术前沿及产业发展趋势作了演讲。自去年以来,元宇宙成为产业界、投资界的一个关注热点。事实上,元宇宙的概念和想象在互联网爆发前夜已经诞生,并且随着互联网的发展一直在上演着不同的版本。王立军指出,新一代元宇宙的支撑技术是5G、人工智能和XR头戴式终端显示设备,这几项“核心武器”的发展为整个元宇宙的实现创造了很好的基础。其中,5G技术解决了带宽问题。元宇宙中所有的虚拟物品、虚拟场景都是三维的、在线的,需要低时延的交互,而5G、光纤到户等为元宇宙创造了带宽条件。与此同时,人工智能为大规模建造三维物品、三维虚拟场景和形象、数字虚拟人等创造了非常好的条件。“最重要的是,头戴式终端的发展会对元宇宙领域产生革命性的影响,而XR的发展把元宇宙带入到一个新的世纪。”王立军在演讲中强调。从终端发展历程来看,Web1.0阶段的核心接入终端是固定的,即个人电脑;Web2.0阶段是移动互联网,移动智能手机的出现改变了人类生产生活方式;在下一代沉浸式互联网Web3.0阶段,XR头戴式终端是下一代计算平台,也是元宇宙的接入和交互终端。XR(Extend Reality)是VR、AR和MR的总称。王立军指出,XR是拓展了人类计算、感知和交互能力的下一代智能终端和交互系统,将给人类经济、科技、文化、教育、军事和日常生活带来深刻变革和重大影响。王立军从显示产业的角度分析了XR头戴式显示关键技术及趋势。头戴式显示属于近眼显示,其对显示性能有着极高要求:超高分辨率(PPI接近人眼6000),显示对比度高,饱和度和均匀性好,刷新率高,功耗小。另外,头戴式显示在光学性能上也有要求:大视场角、体积小、重量轻、图像畸变小、逼真度高、3D沉浸感强。从主流显示技术的性能方面来看,在亮度上,第三代显示技术Micro LED会远远超过OLED和LCD,达到10万尼特级别;而在对比度和响应速度上,Micro LED的优势明显。对于VR微显示而言,主要应用在消费端,其核心是微显示和光学系统。目前主要采用的是快速液晶FastLCD,分辨率可达2K或4K,将来或采用硅基OLED来提供更高的图像分辨率,实现更小尺寸。VR显示光学主要通过超短焦或者折叠光学Pancake方案来让显示器变得轻薄。例如,Facebook 开发的偏振折叠光路系统让VR眼镜厚度只有0.3英寸,而华为折叠式VR眼镜通过采用超短焦光学模组可以做到墨镜大小。对于AR/MR显示而言,主要应用场景是医学、工业等领域,核心在于微显示和融合光学。AR融合光学的进展从原来的几何光学全面转向基于衍射光栅和集成光波导技术的物理光学,优势在于可以用半导体纳米压印制造工艺做到微米级的器件尺寸,大大提高了AR眼镜的轻便舒适度。在微显示技术上,传统AR微显示主要有硅基液晶(LCOS)和数字投影(DLP),目前的主流方案是硅基OLED和激光扫描显示(LBS)。Micro LED是未来发展的一大趋势,其核心参数优势明显:拥有超高的图像分辨率、亮度、对比度和刷新率,超高的色彩逼真度、饱和度和视场角,以及超小的体积和功耗,特别适合移动智能XR设备。不过,王立军也指出了MicroLED 微显示面临的关键技术挑战,主要包括单片晶圆级混合集成和全彩化。此外,王立军在演讲中还谈到了光场显示(Light Field Display),其解决XR头戴式显示的辐輳(CA)冲突。目前光场显示在学术界研究较多,但距离产业化还有一段进步空间。在王立军看来,XR头戴式终端将替代手机,成为人类首要的元宇宙智能交互终端,而这有赖于显示产业从业者们在微显示驱动、微显示芯片方面继续工作和努力。

11/16
2022

王立军院士:XR终端是WEB3.0核心体验设备

来源: 中国电子报

11月12日,在2022世界VR产业大会的元宇宙高峰论坛上,国家特聘专家,俄罗斯工程院外籍院士王立军发表了《元宇宙终端—XR硬科技前沿及产业发展趋势》的主题演讲,王立军是光纤通信、平板显示、VR虚拟现实和AR增强现实等领域国际著名技术专家。他在会上指出,XR是拓展了人类计算,感知和交互能力的下一代智能终端和交互系统,将给人类经济、科技、文化、教育、军事和日常生活带来深刻变革和重大影响。XR+元宇宙就是下一代沉浸式互联网WEB3.0王立军介绍,元宇宙的概念源于1992年出版的科幻小说《Snow Crash(雪崩)》,书中所提出的“metaverse(元宇宙)”和“化身(Avatar)”两个概念的融合就是现在元宇宙的概念。世界上第一个出现的现象级虚拟世界是发布于2003年的《Second Life》,在这个虚拟空间里,既没有冲突也没有目标,人们可以自由地社交、购物、建造、经商。在Twitter等社交软件还没有诞生之前,BBC、路透社、CNN等知名媒体就将《Second Life》当作消息发布平台,IBM也曾在游戏中购买过地产,建立自己的销售中心,瑞士等国家甚至在其中建立了自己的大使馆。而中国的第一代元宇宙是2008年推出的梦幻世界(Dream World)。王立军认为XR作为下一代计算平台,也是元宇宙的接入和交互终端,下一代WEB3.0核心体验设备就是XR终端,XR加元宇宙就是下一代沉浸式互联网WEB3.0。XR拓展了人类计算,感知和交互能力的下一代智能终端和交互系统,将给人类经济、科技、文化、教育、军事和日常生活带来深刻变革和重大影响。现有的XR终端是VR、AR和MR头戴式显示设备,VR(虚拟现实)是由可视化计算、感知和网络构建的沉浸式三维虚拟交互环境。AR(增强现实)是在现实环境中叠加相关数字内容和虚拟信息的增强式体验环境。MR(融合现实)则是无缝融合了虚拟和现实世界的三维可交互融合环境。元宇宙XR终端的未来趋势是MicroLED+光波导“人眼是一个高度发达和灵敏的视觉系统,对近眼和XR 头戴式显示提出了非常高的技术要求。”王立军表示,所以头戴式显示(HMD)的主要要求:一是大视场角,FOV大于100度,提供高度沉浸感;二是高分辨率,PPD接近人眼分辨率,避免纱窗效应;三是色彩逼真,饱和度和均匀性好,刷新率高;四是佩戴舒适,体积小、重量轻、功耗小、操控方便。因此,需要一些VR头戴式终端关键硬科技,其核心技术就是微显示和光学系统。VR微显示方面,快速液晶Fast-LCD屏凭借其图像分辨率可达4K×4K,响应速度4-20毫秒和优秀的性价比,成为目前消费级VR头显的主流屏幕。而硅基OLED的刷新速度很快,可以提供更高的图像分辨率、对比度和响应时间,有望成为未来主流的方案。光学方面,菲涅尔透镜方案已经非常成熟,普遍能达到100°以上的视场角,供货稳定,所以当前VR头显普遍采用菲涅尔透镜方案、自由曲面或者Birdbath方案,但缺点是体积大,笨重,图像边缘畸变。而超短焦或者折叠光学Pancake方案将成为新的趋势,因为采用超焦距技术的VR头显体积都比较小巧、轻薄和超大的视场角。关于AR/MR智能眼镜方面的关键硬科技,同样是微显示和光学系统。微显示方面,传统AR微显示主要有硅基液晶(LCOS)和数字投影(DLP),亮度和对比度不够,目前主流方案是硅基OLED和激光扫描显示(LBS),王立军认为Micro-LED因为具有高亮度、低延迟、低功耗等优点将成为AR眼镜的微显示屏幕的未来之选。目前微软和谷歌的产品的AR智能眼镜均采用激光扫描显示(LBS),优势是具有超高的色彩逼真度和饱和度,无限聚焦,无需调焦,超大视野,体积小、重量轻、能耗低。MicroLED显示技术作为AR眼镜的微显示屏幕的未来之选,具有超高的图像分辨率、亮度、对比度、刷新率、色彩逼真度、饱和度和视场角,还兼具超小的体积和功耗,非常适合移动智能XR HMD。光学方案方面是自由曲面、BB、光波导楂镜方案共同存在。而波导被认为是消费级AR眼镜光学方案的黄金搭档。所以,王立军总结道,元宇宙XR终端的未来趋势是MicroLED+光波导,这将为我们未来元宇宙打造轻量化且功能强大的头戴式设备。中国掌握了VR/AR头戴式设备测试的国际标准话语权在XR(VR/AR)终端产业发展趋势方面,王立军表示,AR行业目前正处于新技术攻坚的状态,VR则处于相对成熟和放量阶段,2024年预期接近亿台,AR智能眼镜将后来居上超过VR头盔设备,XR终端将替代手机成为人类首要的智能交互设备。关于AR/VR技术国际标准的制定方面,国际信息显示学会(SID)中国区AR/VR技术委员会牵头制订了两项VR/AR设备测试的IEC国际标准。这代表中国首次掌握了VR/AR头戴式设备测试的国际标准话语权。目前,这两项有关VR/AR设备光学特性和图像质量测试的IEC国际标准都已正式颁布实施。

09/13
2022

智见|王立军院士:Web3.0路口:VR向左,AR向右

来源:网易科技数字星球

出品|网易科技数字星球作者|王慧贤编辑|丁广胜淘金先富卖铲人。在这场熙熙攘攘的元宇宙热潮下,VR、AR眼镜作为进入元宇宙的终端设备,正是风起时。每每有新风口出现时,就必然有一批“孤勇者”怀揣满满期待单枪匹马地闯入。想当年,当元宇宙“前世”Second Life(第二人生)在国外意外走红后,彼时在世界财富500强美国康宁公司担任高级研究科学家一职的王立军,毅然决然回国创业,成为国内最早一批元宇宙创业者。“最早一批做元宇宙的人”,谈到这个身份时,王立军异常兴奋。相反,在交谈过程中,对于其他身份——国家级战略科学家、俄罗斯工程院外籍院士、北京市政府特聘专家、国家“十四五”战略规划咨询专家、美国西北大学博士后.......他只字未提。虽然王立军的元宇宙创业项目“梦幻世界”因各种原因关停,但他依旧活跃在这个领域,不曾离开。比起VR,王立军认为AR亦或是MR,才更有机会打开元宇宙的大门,而他的新项目,也正在于此。不过,有了之前的经历,王立军对于Web3.0时代下的元宇宙,开始变得谨慎乐观。由于这次元宇宙背后涉及到的监管、数据确权等问题之复杂,已经不再是技术能解决的了,未来会如何发展目前还得打一个问号。但他可以坚信以及确定的是,在元宇宙这个赛道里,一定能跑出上亿元市值的独角兽。至于VR、AR行业里,目前还有什么创业机会,王立军也知无不言。从技术参数、成本等方面来看,国内和国外在VR设备上相差无几,但在AR设备差距较大。而这,正是初创公司的机会所在。工业级应用与消费端应用不同,不是价格敏感,而是价值敏感,只要能解决问题,就有市场买单。元宇宙时代来了,那VR、AR准备好了吗?不论怎样,前方炮火已经打响。以下是网易科技和王立军在世界元宇宙大会的对话,部分删减:网易科技:VR、AR在元宇宙的大叙事背景下,商业想象力更上一层楼。您觉得VR、AR,哪者更有可能率先打开元宇宙之门?王立军:在Web3.0时代下,元宇宙的核心接入设备就是VR、AR以及MR终端设备。但我认为,最终进入元宇宙的终端设备肯定是AR或MR眼镜。因为VR眼镜主要应用在游戏领域,用途受限,而AR、MR眼镜的应用前景要更广。不论是To C还是To B,想要成为国民级应用,首先要保证让大家看到现实世界,虚拟图像只是锦上添花。其实,我是国内最早一批做元宇宙的。大概20年前,国外已经掀起过一轮元宇宙热潮了。Second Life(第二人生)由Linden实验室开发,beta测试版本于2003年向公众开放,在2007年达到顶峰。人们可以在里面社交、购物、建造、经商。在Twitter诞生前,BBC、路透社、CNN等报社将其作为发布平台,IBM也曾购买过地产,建立销售中心。所以在2007年,我回国创办的第一个公司“梦幻世界”,就是对标第二人生做的。我们当时花了几千万人民币,把整个北京所有的大学、CBD商场、奥运会场馆等等,都商业化的做上去了。网易科技:“梦幻世界”现在是什么状态?王立军:“梦幻世界”暂停运营了。当时遇到几个问题,首先是那时还没有3G,带宽不够,无法支撑大批量的用户;其次是当时移动互联网开始在国内发展,而我们做的是PC端访问。现在我们集中在做的是,怎么把AR、VR放到服务端来支撑元宇宙。不过,目前也面临很大的挑战。Web3.0时代下的元宇宙,核心是去中心化,背后涉及到区块链隐私计算技术。所以,现在面临的一个主要问题是,基于上述这个技术架构,在货币交易环节中,平台应该如何监管?这个问题不解决,大家就会面临一个问题:不知道该怎么干。上个月,腾讯NFT平台“幻核”关停,也能反映一二。要知道,“幻核”算是中国最早一批数字藏品,也没能跑出来。看待元宇宙,要谨慎乐观。其实,现在人们谈论元宇宙的时候,就像20年前人们谈论互联网一样,每个人都不知道元宇宙在未来会做成什么样,但都知道在这个赛道里,一定能跑出上亿元的独角兽。网易科技:目前VR、AR头戴式设备的最新技术前沿情况如何?王立军:2014年,Facebook以20亿美金收购虚拟现实公司 Oculus,VR设备开始受到市场追捧。随后索尼、HTC等厂商纷纷推出VR产品。早在2014年,谷歌就推出了AR眼镜Google Glass;2015年,AR手游《Pokemon GO》将 AR游戏带入大众视野,AR眼镜再一次被推崇。VR、AR作为当时的一种“新奇玩意儿”,被市场用来研究、试验,被初期猎奇用户接受、使用。但不得不承认的是,当时VR、AR设备被诟病的点也有不少,比如需要用电脑驱动,比较笨重;分辨率也不高,清晰度不够;长期佩戴也让人感到不舒适。从2014年到今天,8年之久的时间里,VR、AR设备不断进化,在应用和技术两个方面都有较大进展。从应用角度看,VR设备主要应用于游戏领域,AR设备主要应用于工业、医学等领域。从技术角度看,VR所涉及的三大核心技术:微显示、计算和光学系统有了质的飞跃。微显示的进步,让VR眼镜清晰度更高、沉浸感更强。比如VR设备的分辨率已经达到了8K,刷新率可以达到每秒90赫兹,甚至是120赫兹。其次是计算层面,VR眼镜从电脑驱动演进为一体机设备,也就是说,所有的计算功能都集中在头部,硬件架构变得和手机一样,操作系统也从原来的Windows变成安卓系统。还有就是光学系统,这方面的进步让VR设备更轻巧、佩戴舒适度更高。传统VR眼镜用的是体积比较大、重量比较重的菲涅尔透镜,这几年VR眼镜用的是超短焦光学技术,成像距离从20公分压缩到现在的20毫米。这些技术的进步,真正让VR眼镜有了走进千家万户的可能。网易科技:那AR呢?王立军:事实上,从核心硬件到应用场景再到软件,尤其是算法,AR比VR设备更复杂。首先,AR涉及到融合成像的问题。VR眼镜的屏幕直接挡在用户眼前,通过光学系统打造出一个虚拟世界;而AR眼镜是增强现实,需要90%以上透明,成像设备只能放在侧面,因此光学系统比较复杂。还有一个更复杂的点就是空间感知,AR眼镜需要把真实图像和虚拟图像融合在一起,这涉及非常大的计算量。比如一个现实空间里有一个茶几,我想在这上面放一个虚拟的杯子,如何让它不掉下去,就涉及到空间感知计算。不过,即便很复杂,AR设备这些年在技术方面也有很大的进步。首先是光学系统方面,现在运用的衍射光栅光学装置的厚度大概只有10微米,和眼镜片贴在一起人眼几乎察觉不到,很轻薄。其次,在显示方面,AR眼镜的分辨率和亮度变得更高,这其中运用到的是起源于韩国和日本的有机发光显示技术。我们现在的手机、电视用到的都是有机发光显示,它是一种有机发光材料,由于可以自发光,所以图像分辨率和对比度可以做得非常高。网易科技:相较于国外,国内的VR、AR设备差距和优势在哪?王立军:VR设备,从技术参数、成本等方面来看,国内和国外相差无几;而AR设备,国内和国外差距还是比较大的。从技术和应用深度上,国外都走在了前面。比如国外巨头谷歌收购了一家做运动眼镜的加拿大公司,这家公司可以把眼镜做得非常小;微软的HoloLens一次给美国军方提供了20万台AR眼镜,用来提升带兵作战水平。(网易科技注:9 月 3 日消息,由微软制造的高科技作战设备增强现实护目镜已经通过美国军方评估,即将开始交付使用。微软 AR 护目镜的正式名称为「集成视觉增强系统」,该系统是微软 HoloLens Goggles 的定制版本。预计它将为美军地面部队提供类似于战斗机飞行员的平视显示器,指挥官可以将信息投射到士兵脸前的面罩上,还包括夜视等功能。美国军方预计,如果囊括所有功能,军方未来十年在微软护目镜备件以及相关支持服务上的支出将高达 219 亿美元。)反观国内,做AR眼镜的主要是一些中小企业,虽说华为、联想和小米这些大厂近几年也开始研发AR眼镜,但目前针对于一些核心技术,比如激光扫描等还没有实质性的突破。不管是衍射光波导还是有机发光显示,我们国家目前都没有实现大规模的量产。但是,在第三代显示技术Micro-LED浪潮下,中国有可能走在前面。因为在全球范围内,中国的发光半导体产业做得非常强,不会面临“卡脖子”的尴尬困境。半导体经过大规模缩微以后,一个像素就可以做到几微米,应用到微显示中就可以实现更高的分辨率和亮度。网易科技:那目前国内AR主要应用在哪些场景?王立军:其实目前,国内在AR眼镜上还没有大规模的应用起来,尤其是工业级应用层面。比如在医学领域,在脑外科手术中,医生可以通过AR眼镜可以进行术前规划,并且在手术过程中,把肿瘤组织和健康组织分开,提升手术成功率。网易科技:工业级应用,必须深度到行业中,AR眼镜厂商应该走通用型道路还是垂直型道路?王立军:面向广大消费者的通用型AR眼镜,比如说运动、社交场景,这肯定是一个大的市场,像苹果、华为、小米这样的大厂商目前都在抢这个市场。面向工业领域的AR眼镜一定是专业型的产品,因为每个行业对其功能需求都不同。比如消防行业专用头盔上的AR眼镜,不光需要显示火场中整个楼道的分布,更需要通过红外成像应对浓烟、光线暗等情况。所以,这个方向是初创公司的机会所在。工业级应用与消费端应用不同,不是价格敏感,而是价值敏感,只要能解决问题,就有市场买单。来自网易科技ToB内容品牌数字星球《智见访谈》,关注数字化产业的新模式、新技术、新场景。《数字星球》以多元形式记录中国数字经济的每一次进步,由四大内容矩阵组成,包括数字人物高端访谈节目《智见》、知识短视频账号《逆向思维》、探访全景纪实节目《未来公司》、数字经济高端社群《网易创新社》等,旨在记录全球数字化进程。

工作经历

梦幻世界  科技创始人和董事长
高精尖创新研究院虚拟和增强现实(VR/AR)创新中心  主任
主任SID国际信息显示学会(中国)  虚拟与增强现实(VR/AR)专业技术委员会主席
世界财富500强美国康宁公司  高级研究科学家

工作业绩

在超高速光纤通信系统,光电子器件和新一代光电显示领域取得多项国际一流科研成果。同时在产业化方面成功创办和运营多家高科技公司。


学术任职

美国西北大学电子与计算机工程系 博士后研究员
北方工业大学 教授、博导

科研项目

长期从事超高速光通信和计算机图像处理领域的科研与教学工作,主要研究方向为虚拟现实和增强现实技术。在VR/AR领域具有深入研究和产业化经验,在领域内成绩卓著。