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因为科幻电影的影响(“钢铁侠”和“星际迷航”,等等。),人们一直期待着全息光学镜头的出现。那么什么是增强现实显示的工作原理?著名游戏开发商亚伦Yip在问答网站(国外)的答案,完成下面的文本。
让我们从基础开始。我们有这些部分透明显示屏,可以将数字图像与真实的世界。光在反弹需要某些东西来重定向到你的眼睛。在现实世界中,我们必须重定向光。数字世界,我们需要创建人工光源(例如,OLED),然后重定向。将由计算机生成的图像结合现实世界光学器件称为“组合器(合路器)”。基本上,组合器的工作原理类似于镜子的一部分,即根据光重定向,和有选择地通过光从真实的世界。这是非常简单的。
光学硬件解决方案可以分为两类:传统的HMD光学组合器和新兴波导合路器。两者都是非常不同的,有不同的权衡。
自1960年代以来角度显示出现。因此,产生了许多不同的光学技术,但基本上是分辨率,视野,眼框,图片质量、硬件、重量/适应,形状参数和其他特性之间的权衡。在一个理想的世界,每个人都想时尚的眼镜,有200 x 200度的视野(匹配的人类的眼睛),和“钢铁侠”明星托尼·斯塔克发明了完美的图像质量。但由于头部显示/关闭眼睛显示等物理和光学限制,这在可预见的未来不切实际的幻想。所以我们需要考虑上面提到的权衡。
光学硬件都是关于权衡
传统组合器能产生合理的角度和图像质量,具有一致的性能和受益于几十年发展的供应链能负担得起的材料。下面是实现的两种常见方法:作为一个平面组合器样品极化波束组合器(左上);。
作为离轴的弯曲组合器例子组合器(右上)。极化波束组合器的例子包括谷歌眼镜,爱普生,红色核心微观(瑞)和台湾工业技术研究院的智能眼镜。分束器可以使用LCOS极化(硅基液晶显示,谷歌眼镜等;。或者只是使用简单的半色调反射器。不幸的是,由于组合器的重量和大小限制,基于极化波束组合器显示字段通常较小,而且可能有一束光分离导致额外的模糊,分辨率低造成的。谷歌眼镜的13度视场和爱普生BT - 300在23度,分辨率是1280 * 720。
在消费者显示可接受范围的低端
然而,更大的视场和/或决议需要更大和更重的硬件。
优势:轻,小,相对便宜(约500 - 700美元)。缺点:有限的视野和决议,很难提高。离轴,半球形组合器是最好的现代元2的例子。不同于其他品种的小型和轻型组合,元往往是较大的视场和显示分辨率。他们发起了一个OLED平板电脑支持几乎90度视场和2560 x 1440像素。与虚拟现实硬件体积巨大,然而,头,如眼睛和相似。其他问题包括低角分辨率(少/图像不清楚详情),如何保持其质量和组合器塑料材料(例如,随着时间的推移轻微抖动将加强,可能导致最终的视觉错觉)。
但这是他们的选择,以减少成本,
弯曲的组合器是另一个实例链接先进头盔显示器。
优点:宽视野和高分辨率,相对便宜(900美元)。缺点:大而笨重,角分辨率低,材料质量风险。
正如你所看到的,试图改善传统的视场和分辨率组合器意味着一个小盒子,厚组合器光学组件,更大的合路器,和/或更糟的成像质量。与计算性能限制,但它与硬件性能特征。为了解决这个艰难的权衡,新技术是采用非常规的技术,如全息和衍射光学。这些技术使用所谓的波导光栅或波导全息图提取逐步指导下全内反射(行动)准直波导的图像。
波导是由玻璃或塑料床单,反射光线通过。事实上,你可以想象波导作为一个路由器在你眼前的图像。波导光学元件是最复杂的技术角度来看,他们也很难设计。但它不是一个新概念。
自80年代初以来,人们一直在探索光波导。从那时起,像索尼(图2),柯尼卡美能达(见上图),诺基亚和微软(下图),魔法的飞跃和其他公司正在研究各种波导合路器。亚波长光栅表面倾斜,例如,通常是用于微软全息透镜实现形式。在这里,与一系列的线性阵列波导波长非常精细结构(关闭)。
衍射光栅能够使光弯曲,像一个镜头,直到眼睛。这一过程的好结果是瞳孔放大,出射光可以稍微为了增加FOV传播。总之,波导的最先进的技术可能会在1920 x 1080分辨率接近32 hx18v FOV程度,可能没有传统的组合器的体积和重量的解决方案。其专利神奇的技术飞跃的欲望水平接近120 hx80v度视场,但也许最终FOV接近50到55度。与传统方法相比,魔法飞跃科技可能更多的前景,或者至少可以有更多的炒作。
但是,到目前为止,他们没有给出太多的示范来证明。此外,波导组合器还有一个挑战。首先,波导需要很高的精度,和聚合物如光,重铬酸明胶,卤化银好体积全息介质根据环境温度,湿度和/或压力变化。第二,角分辨率随着越来越多的扩散和衰减(即视场和成像的权衡)。
最后,供应链的相关技术尚未建立,大规模生产是困难和昂贵的。
更不用说两家公司高达10亿美元+持续的研究和开发成本。
优点:可能在中等大小的设备实现更高的视野和解决。缺点:昂贵的(估计为3000美元或以上),仍然需要积极改善技术。总的来说,本文主要讨论已被证明和相对大量的勘探的传统技术,和有很多炒作的实验技术。
就我个人而言,我认为有不信任的波导技术是合理的,毕竟,目前仍然没有任何公开演示演示证明其效果优于传统的合路器。另一方面,我也认为这些巨大的投资是非常合理的。消费者受到大多数/所有的科幻小说的传统组合器硬件无动于衷。