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@Kore

隨著 Google Glass 和 HTC Vive 頭戴設(shè)備正成為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)的新趨勢。 戴設(shè)備屏幕 (head-mounted displays，HMDs)，它包含兩個基本元素： 光學(xué)元件和 圖形顯示。

光學(xué)

在了解光學(xué)基礎(chǔ)之前，我們需要了解人眼的基本屬性。

視場 FOV (Field of View)

它主要表示人眼能看到的圖像的最大角度范圍。對于普通人來說，我們的眼睛水平方向是 200 度，會有 120 重疊度。雙眼重疊部分對人眼構(gòu)建立體感和景深非常重要，我們稍后會討論，垂直視角約為 130 度。

瞳間距 IPD (Inter-pupillary distance)

這更容易理解，是人眼瞳孔的距離，它對雙眼視覺系統(tǒng)有重要的影響。瞳孔距離在不同的人、性別和種族之間是不同的。錯誤的瞳孔距離計算會影響眼鏡的對齊、圖形扭曲、視覺疲勞和頭暈。一般來說，成年人的瞳孔距離是63mm，浮動范圍是 50–75mm。孩子最小瞳距約為 40 mm。

出瞳距離 (Eye relief)

這意味著人眼角膜與第一個光學(xué)元素表面之間的距離。這意味著你可以看到整個視野。這也是一個重要的考慮因素，尤其是那些視力矯正的學(xué)生。眼鏡的瞳孔距離約為 12 mm。 對于頭戴設(shè)備，讓用戶適應(yīng)當(dāng)前 瞳距離很重要。

出射光瞳 (exit pupil)

光學(xué)系統(tǒng)中出射光瞳是光圈的真實(shí)直徑，只有通過這種真實(shí)直徑的光才能離開系統(tǒng)。

視窗

它是指用戶體驗(yàn)虛擬現(xiàn)實(shí)空間中瞳孔存儲的體積。

用眼數(shù)量 (Ocularity)

它用于測量人類看東西所需的眼睛數(shù)量。我們都用兩只眼睛來感知，所以我們不必考慮眼睛的數(shù)量。

單眼成像 (Monocular display)

顯示設(shè)備允許用戶通過一個顯示元素或鏡頭在一個單獨(dú)的視覺通道中觀看。這個鏡頭出現(xiàn)在用戶的一只眼睛前面，另一只眼睛可以查看外面的其他內(nèi)容。單眼成像在生活中得到了廣泛的應(yīng)用，不容易受到外部因素的影響，但它不能為用戶提供三維的景深，不能產(chǎn)生較低的對比度。Google Glass 基于這種模式。

雙眼單通道 (Biocular)

它將提供一個單獨(dú)的視覺檢查通道，但您可以根據(jù)設(shè)備中的折射進(jìn)行眼睛觀察。它也會缺乏三維感，但適合更高精度的觀察工作。

雙眼雙通道 （Binocular)

每只眼睛都能得到一個獨(dú)立的視野，從而形成一個三維的視角。它將為用戶提供景深和沉浸式的感覺。但你也是最復(fù)雜的計算系統(tǒng)。

光學(xué)架構(gòu)

眼部光學(xué)設(shè)備主要解決三個問題：

瞄準(zhǔn)視野內(nèi)容，使其呈現(xiàn)更大的距離來放大視野內(nèi)容，方便用戶觀看光的折射傳遞到用戶視野中的失真 (Distortion)

一般有兩種光學(xué)設(shè)計系統(tǒng)，或增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)或虛擬現(xiàn)實(shí)的基本結(jié)構(gòu)，pupil forming 以及 non-pupil forming。

Non-pupil forming 非直視結(jié)構(gòu)

它由一些單獨(dú)的鏡頭組成，如常見鏡頭 HTC Vive, Oculus Rift 和 Sony PSVR都是基于這種設(shè)計的。這種設(shè)計通過放大鏡直接投射到太顯示屏上。

pupil forming 直視型結(jié)構(gòu)

這種設(shè)計需要在視窗中進(jìn)行更復(fù)雜、更輕的設(shè)計，在渲染光線時會造成明顯的效果 枕形失真的設(shè)計，鏡頭會產(chǎn)生 桶形失真 從而抵消這種效果。這種設(shè)計通常用于不需要沉浸式設(shè)備，如 Microsoft’s Hololens 和 Google glass。

波導(dǎo)

顧名思義，它是一種物理光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以使光曲折進(jìn)入人們的眼睛。這是用來控制內(nèi)部反射和光進(jìn)出的。工業(yè)上有四種波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計。

全息波導(dǎo) (Holographic waveguide)

這是一種相當(dāng)簡單的光學(xué)元件波導(dǎo)類型，如耦合（進(jìn)入）和外部耦合（退出）。 這種類型用于Sony 的 S ** rt Eyeglass。

衍射波導(dǎo) (Diffractive waveguide)

通過顯示器實(shí)現(xiàn)無縫3D覆蓋圖形。 許多波導(dǎo)都被使用Vuzix 顯示設(shè)備和Microsoft的Hololens中。

偏振波導(dǎo) (Polarized waveguide)

光進(jìn)入波導(dǎo)，并通過部分偏振表面進(jìn)行一系列內(nèi)部反射。 選定的光波會抵消(偏振)并進(jìn)入觀眾的眼睛。 該方法由Lumus DK-50 AR眼鏡使用。

反射波導(dǎo) (Reflective waveguide)

這類似于全息波導(dǎo)，其中單個平面光導(dǎo)與一個或多個半反射鏡一起使用。 在愛普生的Moverio和Google Glass這種波導(dǎo)可以在中間看到。

全沉浸式顯示技術(shù)顯示類型

這些都是標(biāo)準(zhǔn)的完全沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器。 這些立體顯示器與傳感器結(jié)合起來跟蹤位置和方向。 它們像《 Ready Player One》一本書完全阻擋了用戶對外界的視野。

光學(xué)透視型

在“光學(xué) ** 用戶可以通過光學(xué)元件(如全息波導(dǎo)等可以在現(xiàn)實(shí)世界中疊加圖形的系統(tǒng))直接查看現(xiàn)實(shí)。 微軟的Hololens，Magic Leap One和Google Glass是最近通過智能眼鏡進(jìn)行光學(xué)透視的例子。

視頻透視型

借助這些智能眼鏡，用戶可以觀看安裝在顯示器上的一兩個攝像頭首先捕獲的真實(shí)圖像。 然后將這些相機(jī)視圖與計算機(jī)生成的圖像結(jié)合起來供用戶查看。 HTC Vive VR 頭顯有內(nèi)置攝像頭，通常用于在設(shè)備上創(chuàng)建 AR 體驗(yàn)。

蒲小花：AR/VR 展示技術(shù)原理 (下)擴(kuò)展閱讀瞳孔距離出射光瞳Eye-relief-and-eye-box枕形失真波導(dǎo)Augmented Hu ** n — Helen PapagiannisPractical Augmented Reality — Steve Aukstakalnis

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