深度测评：Vision Pro的光学比Meta Quest 3更模糊，对比度更低

文章有点长，结论：AVP的4K显示屏掩盖了它自身光学缺点，比如模糊、眩光、对比度，虽然AVP整体上是一台优秀的头显，但相比Quest3在光学设计上还是略逊一筹。

我通过几十种不同的头显拍摄了数千张照片，我注意到Apple Vision Pro（AVP）的图像有点模糊，所以我决定进行调查。继我的 Apple Vision Pro （AVP） 图像质量问题 – 第一印象文章之后，本文将通过在两个头显中以相同尺寸拍摄相同的图像来比较 AVP 和 Meta Quest 3，我得到了许多人会发现令人惊讶的结果。

我知道所有的“苹果专家”都在赞扬“Vision Pro具有如此高的分辨率，以至于没有纱窗效应”，但他们似乎不明白纱门效果隐藏在众目睽睽之下，或者我应该说“模糊的视线”。正如上次提到的，AVP 通过使所有东西变得更大、更大胆来覆盖其低于人类视觉的角度分辨率（默认值，即使是小窗口模式设置，也相当大）。

虽然我通过展示证据引起了争议，但我不妨指出，AVP 的对比度和色彩均匀性也略低于 Meta Quest 3，除了近乎黑色的图像。这是因为AVP的煎饼光学器件的问题比AVP的Micro-OLED更占主导地位。这应该不足为奇。许多人报告说 AVP 眩光问题，尤其是在看电影时。这种“眩光”是由煎饼光学器件中不需要的反射引起的。

使用模糊掩盖了纱窗效应

数字不会说谎。正如我上次在Apple Vision Pro（AVP）的图像质量问题 – 第一印象中报道的那样，AVP的峰值中心分辨率约为每度44.4像素（PPD），低于80 PPD，苹果称之为“视网膜分辨率”，如果光学元件清晰，像素锯齿和屏幕门应该是可见的。那么，为什么有这么多人报告说AVP的分辨率必须很高，因为他们没有看到纱门效应呢？好吧，因为他们忽略了光学元件的清晰度问题。

有两个因素会影响有效分辨率：光学器件的PPD和光学器件的调制传递函数、光学器件的清晰度和对比度，通常由调制传递函数（MTF——参见MTF附录）测量。

因为显示屏略微失焦/模糊，所以人们看不到 AVP 的纱门效果，。 低通滤波/模糊是减少混叠和屏蔽门效应的经典方法。我注意到，在使用 AVP 的光学元件时，光学元件必须几乎接触显示器才能对焦。AVP的面板似乎凹陷了大约1毫米（大致从我的眼睛判断），超出了最佳对焦距离。这足以让像素之间较薄的间隙失焦，同时仅使像素略微模糊。对于这种模糊，可能还有其他解释，包括OLED面板上的微透镜或面板顶部的软化膜。尽管如此，焦点似乎是模糊的最可能原因。

全图像图片从中心 46 度的 FOV

我将从通过光学器件的高分辨率图片开始。如果不单击它们以全分辨率查看它们，您将无法看到任何细节，但您可能会通过查看逐渐变小的字体来发现 Q3 感觉更清晰。即使在光学元件的中心（下方的正方形“34”）也是如此，甚至在AVP的中央凹渲染导致图像外部（11、21、31、41、51和61）出现非常大的模糊之前也是如此。稍后，我将展示一系列作物，以更详细地显示彼此相邻的中心区域。

下面的照片是由佳能R5（4500万像素）相机拍摄的，镜头为f8，为16mm。结合窗口大小和移动头戴式设备，我在 Apple Vision Pro 和 Meta Quest Pro 上创建了相同尺寸的图像，以进行公平的比较（是的，这花了很多时间）。MacBook Pro M3 Pro 正在投射 AVP 图像，而 Meta Quest 3 正在运行 Immersed 应用程序（以获得平面图像）镜像 PC 笔记本电脑。作为参考，我添加了一张从大约 30 英寸拍摄的 28 英寸 LCD 显示器的图片，以提供与传统 4K 显示器的图像大致相同的 FOV（该显示器可以解析其中四个 1080p 图像的单个像素，尽管您必须有非常好的视力才能清楚地看到它们）。

中特写比较

下面是 AVP 图像（左）、28 英寸显示器（中）和 MQ1 图像（右）中心附近的裁剪图。数字 34 上方的 AVP 图像上的红色圆圈来自处于打开状态的眼动追踪指针（也用于帮助对齐和对焦相机）。AVP 的模糊在较大的视图中更为明显。

AVP 和 Q3 的极端特写

更仔细地裁剪以查看细节（上面的所有图像都具有相同的分辨率），顶部是 AVP，底部是 Q3。需要注意的一些事项：

1. AVP 和 Q3 都无法解析 1 像素的线条，即使便宜的 1080p 显示器可以清楚地显示它们。
2. 虽然 Q3 有更多的锯齿和纱门效果，但它明显更清晰。
3. 查看圆形和红色箭头所指向的 3 像素宽线之间的空间，应该注意到 AVP 的对比度低于 Q3（黑色较少）。
4. AVP 和 Q3 都无法正确解析 1 像素宽的线条，但 2 像素和 3 像素宽的线条以及所有文本明显比 AVP 更清晰，对比度更高。是的，Q3 的有效分辨率客观上优于 AVP。
5. 在Q3图像中可以看到一些彩色摩尔纹，这是由于相机的拜耳滤光片（肉眼看不到）和Q3光学元件的相对清晰度造成的颜色伪影。相机可以通过光学元件“看到”Q3的LCD滤色片。

尝试稍微模糊 Meta Quest 3

一个自然的问题是，Q3是否应该让他们的光学元件稍微失焦，以隐藏纱门效应。作为一个快速实验，我尝试了 Q3 图像的（高斯）模糊（下面的中间图像）作为实验。有模糊的空间，同时仍然具有比 AVP 更高的有效分辨率。AVP 仍然有更多的像素，人物/精灵的图像在略微模糊的 Q3 上看起来更柔和。这些线条正在测试高对比度分辨率（和光学反射），照片显示了对比度较低、更自然的图像和更多像素细节会发生什么。

AVP 的高分辨率内容问题

虽然 Apple 将每台显示器的像素数与 4K 显示器相同（但形状不同且宽度不大），但分辨率会降低多种因素，包括下面列出的因素：

1. 椭圆形光学元件可切割约 25-30% 的像素。
2. 光学元件的外部分辨率较差（中心每度约为像素的 1/3），并且颜色较差。
3. 矩形图像必须刻在椭圆形光学器件的“良好”部分内，并留有余量以支持头部运动。虽然组合显示器可能具有 ~100 度的 FOV，但只有大约 45 到 50 度的最佳点。
4. 源图像中的任何像素都必须缩放并映射到目标像素。对于任何高分辨率内容，这可能会导致分辨率损失超过 2 倍（线性），如果出现混叠，情况会更糟。有关缩放问题的更多信息，请参阅我关于Apple Vision Pro（第5A、5B和5C部分）的文章。
5. 作为上述#4的一部分或在单独的过程中，必须对图像进行光学畸变和颜色校正，作为眼动追踪的函数，从而导致图像进一步退化
6. 任何头部运动都会闪烁和摆动高分辨率内容。
7. 光学模糊

上述情况，以及通过前面显示的光学元件的照片所证明的那样，AVP 无法准确显示详细的 1920×1080 （1080p） 图像。

AVP缺乏“信息密度”

将所有内容（包括短消息和视频）放大，可以用于低信息密度的应用程序。如果说有什么不同的话，那就是AVP表明，对于电影来说，非常高的分辨率并不像人们想象的那么重要（看电影是判断分辨率的一种众所周知的糟糕方式）。

正如上次所讨论的，AVP 通过使一切都变得大来隐藏问题，从而弥补了低于人类的角度分辨率。但是，使单个元素变大意味着随着整体图像的放大，可以同时看到的内容更少。但是，让事情变得更大意味着“信息密度”下降，眼睛和头部必须移动更多才能看到相同数量的内容，同时可以看到更少的整体内容。考虑一个电子表格;更少的行和列将处于一个人视野的最佳位置，并且更少的电子表格将可见，而无需转头。

本博客的文章 FOV Obsession 使用 Thad Starner 的 2019 年 Photonic 的 West AR/VR/MR 演示文稿中的信息讨论了眼球运动和疲劳的问题。关键的一点是，眼睛通常不想长时间移动超过 10 度。左下方的图表是单目显示器，其中文本不会随着头部转动而移动。斯塔纳指出，一个典型的报纸专栏只有大约6.6度。众所周知，当阅读宽度超过 ~30 度的内容时，即使是很短的时间，人们也会转过头而不是移动眼睛。使文本内容更大以使其清晰易读将需要更多的眼睛和头部运动来查看/阅读相同数量的内容，这可能会导致疲劳（我希望看到对此问题的研究）。

类似 ANSI 的对比度

测量对比度的标准方法是使用黑白棋盘图案，通常称为 ANSI 对比度。事实证明，对于大棋盘图案，AVP 和 Q3 具有非常相似的对比度。对于下图，我将棋盘变大，以水平填充每个设备的 FOV 约 70 度。AVP光学元件内部的光学反射抵消了AVP内部OLED显示器固有的高对比度。

AVP 的色彩均匀性比 Q3 差

您也许可以看出 AVP 在中间的白色方块中略带粉红色。当我四处移动头部时，我看到粉红色区域随之移动。AVP的部分处理用于根据眼动追踪校正颜色。大多数时候，AVP的表现还可以，但它不能完美地校正光学器件的色彩问题，这在大面积的白色区域中变得很明显。这些问题在头部和眼球运动中最为明显。有时，苹果公司承认，如果眼动追踪存在问题，校正可能会出错。

使用上面的相同图像并将两张图像中的色彩饱和度增加相同的数量会使颜色问题更加明显。Q3 颜色均匀性仅在白色颜色上略有变化，但 AVP 中心变成粉红色，外面变成青色。

AVP 的“激进”光学设计具有大约 Q3 的 1.6 倍放大倍率，并且正如上次讨论的那样，具有弯曲的四分之一波片 （QWP）。波片改变偏振光，并且取决于光的波长（颜色）和角度。在 AVP 和 Q3 之间反复切换后，Q3 具有更好的色彩均匀性，尤其是在取下其中一个并快速戴上另一个时。

结论与意见

作为一个完整的产品（在以后的文章中会详细介绍），AVP 优于 Meta Quest Pro、Quest 3 或任何其他直通混合现实头戴显示设备。尽管如此，由于光学元件更柔和/更模糊，AVP的有效分辨率仍低于像素差异所暗示的分辨率。

虽然像素分辨率优于 Quest Pro 和 Quest 3，但在高对比度图像上，其光学后的有效分辨率更差。由于 PPD 略高，AVP 在“自然”低对比度内容上看起来比 MQP 和 Q3 更好。AVP 图像比显示高分辨率、高对比度内容的廉价显示器差得多。实际上，AVP 支持的是多个低角度分辨率显示器。

在有人让我成为 Meta 粉丝之前，请阅读我关于 Meta Quest Pro 的系列文章。我并不是说 Q3 比 AVP 更好。我是说 Q3 客观上更清晰，色彩均匀性更好。苹果和 Meta 没有得到不同的物理特性，他们做出了不同的权衡，我指出了这一点。

AVP 和任何 VR/MR 头显在“电影”和视频内容方面的表现会好得多，几乎没有高对比度边缘;大多数“自然”内容的细节和像素间对比度也很低（这也是为什么压缩对图片和电影如此有效）。我还必须告诫说，我们仍处于“狂热阶段”，技术的日常问题被忽视了。

在最好的情况下，显示器中央的 AVP 为用户提供了其直接（非直通）内容的 ~20/30 视觉视图，而使用直通（20/35 至 20/50）时则更糟。当然，有些人会发现 AVP 很有用。但它仍然是一个技术极客玩具。它将给人们留下深刻的印象，就像十多年前的3D电影一样。值得一提的是，3D电视在2012年达到4145万台的峰值，几年后就消失了。

制作头戴式设备显示器就像 n 维国际象棋;必须改善 20 多个主要因素，改善一个因素通常会使其他因素恶化。这些因素包括更高的分辨率、更宽的 FOV、周边视觉和安全问题、更低的功耗、更小、更轻的重量、更好的光学元件、更好的相机、更多的相机和传感器等等。人们希望在大幅降低成本的同时进行所有这些改进。我认为对成本的评价过高，因为 AVP 在根据通货膨胀调整后对新技术的成本是正确的;我担心其他 20 个问题必须解决才能拥有大众市场产品。

附录 – 调制传递函数 （MTF）

MTF的测量方法是放入一系列宽度和间距相等的线，并随着线的大小和间距的变化测量白色和黑色之间的差异。人们通常使用 50% 对比度临界来指定 MTF。但请注意，对比度定义为 （Imax-Imin）/（Imax+Imin），因此要实现 50% 的对比度，黑色电平必须是白色电平的 1/3。下图显示了响应如何随行距而变化。

光学器件的MTF会因光学器件的锐度和任何内部反射而降低，而这些反射反过来又会降低对比度。

来源：kguttag