從最小的谷歌眼鏡到完全沉浸HTC vive，用于AR/VR頭戴設(shè)備有不同的形狀和尺寸，其核心是頭戴顯示器 (head-mounted displays，HMDs)，它由光學(xué)設(shè)備和圖形顯示器兩個(gè)主要結(jié)構(gòu)組成。

光學(xué)設(shè)備

了解人眼的性質(zhì)，在認(rèn)識(走)真(***)學(xué)(觀)學(xué)(花)光學(xué)設(shè)備基礎(chǔ)之前，還是很重要的。人眼的基本性質(zhì):

1、Field of View (FOV) 視場角

視角被定義為雙眼看到圖像的最大角度范圍。平均而言，水平雙眼視角為200度，其中重疊120度。這部分重疊對于構(gòu)建立體視覺和估計(jì)深度尤為重要（稍后再詳細(xì)討論），垂直視角約為130度。

2、Inter-pupillary distance (IPD) 瞳距

正如名字所描述的，瞳距是指眼睛和瞳孔之間的距離，這是眼睛視覺系統(tǒng)中極其重要的參數(shù)。瞳距因人而異，性別和種族不同。錯(cuò)誤的瞳距參數(shù)可能導(dǎo)致眼鏡校準(zhǔn)失敗、圖像畸變、眼鏡疲勞、頭痛等不良反應(yīng)。成人瞳距平均值約63mm，大部分浮動(dòng)在50-75mm之間，而兒童最小瞳距約40mm。

3、Eye relief 目視離隙

視覺間隙定義為：當(dāng)用戶可以看到整個(gè)視角時(shí)，角膜與第一個(gè)光學(xué)設(shè)備表面之間的距離。這是戴矯正眼鏡和近視眼鏡的人的一個(gè)非常重要的參數(shù)，通常眼鏡的視覺間隙約為12毫米。用戶調(diào)整視覺間隙非常重要。

4、Exit pupil 出射瞳

通過光學(xué)系統(tǒng)，光線透射到眼睛的光圈直徑。

5、Eye box眼框

目數(shù)

目數(shù)測量的是看物體時(shí)需要的眼睛的數(shù)量，因?yàn)槲覀內(nèi)祟愖疃嘀挥袃芍谎劬Γ灾悄茱@示器的目數(shù)限制在最多的眼睛上。

1、Monocular display 單目

單目顯示系統(tǒng)允許用戶通過單個(gè)小顯示元件或鏡頭觀察單個(gè)視覺通道。該通道放置在用戶的一只眼睛前，用戶可以用另一只眼睛完全自由地觀察現(xiàn)實(shí)世界。單目顯示系統(tǒng)通常用作信息顯示器，因?yàn)樗w積小，但不能提供三維深度信息，導(dǎo)致對比度低。谷歌眼鏡是一種單目顯示系統(tǒng)。

2、Biocular 雙目單鏡

雙目單鏡類型通過內(nèi)部反射向雙目觀察提供單通道視顯示系統(tǒng)也缺乏三維視覺，適用于近距離觀測任務(wù)。

3、Binocular 雙目雙鏡

在雙眼鏡類型中，每只眼睛都獲得了獨(dú)立的視圖來創(chuàng)建三維視覺，它提供了最深的信息和沉浸感，但也是最重、最復(fù)雜的計(jì)算密集的顯示系統(tǒng)。

光學(xué)架構(gòu)

智能眼鏡中的光學(xué)設(shè)備主要有三種用途：

1、Distortion 畸變

光學(xué)系統(tǒng)通常有兩種設(shè)計(jì)，或者AR/VR一般有兩種結(jié)構(gòu)：非直視型和直視型

2、Non-pupil forming architecture 直視型

直視型由單鏡頭組成，通常用于一些流行的沉浸式設(shè)備，如HTC vive、Oculus Rift、索尼PSVR，這種類型的架構(gòu)通常用單個(gè)放大透鏡直接對準(zhǔn)顯示板的光線。

3、Pupil forming architectures 非直視型

非直視結(jié)構(gòu)具有更輕、更緊湊的設(shè)計(jì)和更大的眼框，但透鏡也會(huì)導(dǎo)致明顯的光彎曲畸變，即枕形畸變；在這種類型中，另一種透鏡通常會(huì)產(chǎn)生桶形畸變來抵消以前的畸變。一般用于微軟等非沉浸式設(shè)備Hololens谷歌眼鏡。

波導(dǎo)

顧名思義，波導(dǎo)是一種引導(dǎo)光進(jìn)入用戶眼睛的光學(xué)物理結(jié)構(gòu)，通過精細(xì)控制光進(jìn)出運(yùn)動(dòng)和內(nèi)部反射來達(dá)到效果。工業(yè)上有四種波導(dǎo)：

1、Holographic waveguide 全息波導(dǎo)

全息波導(dǎo)是一種相當(dāng)簡單的波導(dǎo)類型，利用光學(xué)元件（如透鏡）通過一系列內(nèi)部反射進(jìn)行內(nèi)耦合（進(jìn)入）和外耦合（出口）。S ** rt Eyeglass使用這種類型的波導(dǎo)。

2、Diffractive waveguide 衍射波導(dǎo)

衍射波導(dǎo)表面有精確的起伏光柵，用于內(nèi)部反射，然后通過顯示屏實(shí)現(xiàn)無縫3D圖形覆蓋。相當(dāng)一部分。Vuzix顯示器和微軟Hololens使用這種波導(dǎo)。

3、Polarized waveguide 偏振波導(dǎo)

光進(jìn)入偏振波導(dǎo)，選定的光抵消(偏振)通過在部分反射部分偏振面進(jìn)行一系列內(nèi)部反射進(jìn)入觀眾眼睛。Lumus DK-50 AR眼鏡采用這種波導(dǎo)方法。

4、Reflective waveguide 反射波導(dǎo)

反射波導(dǎo)類似于全息波導(dǎo)，使用單個(gè)平面波導(dǎo)結(jié)合一個(gè)或多個(gè)半反射透鏡。這種波導(dǎo)可以在愛普生使用Moverio看谷歌眼鏡。

顯示器技術(shù)

1、Fully immersive 全沉浸型

完全沉浸式是標(biāo)準(zhǔn)的完全沉浸式VR這些三維顯示器結(jié)合傳感器跟蹤位置和方向，就像《Ready Player One》它們完全阻擋了用戶對外界的視線。

2、Optical see through 光學(xué)透視型

用戶可以直接通過光學(xué)設(shè)備(如全息波導(dǎo)等)覆蓋現(xiàn)實(shí)世界的光學(xué)透視智能眼鏡

中間系統(tǒng))觀察現(xiàn)實(shí)世界。這種類型的最新例子是:微軟Hololens、Magic Leap One、谷歌眼鏡。

3、Video see through 視頻透視型

視頻透視智能眼鏡，用戶首先看到安裝在顯示器上的一個(gè)或兩個(gè)相機(jī)錄制的真實(shí)圖像，然后將這些相機(jī)獲得的圖像與計(jì)算機(jī)生成的圖像結(jié)合起來供用戶觀看。HTC的Vive VR頭盔內(nèi)置相機(jī)通常用于設(shè)備創(chuàng)建AR效果。

成像技術(shù)

在過去的幾十年里，成像顯示技術(shù)取得了很大的進(jìn)步，高端陰極射線顯像管種關(guān)鍵成像技術(shù)所取代：

1、Liquid Crystal Displays (LCD) 液晶顯示屏

液晶顯示屏（LCD）自20世紀(jì)80年代以來，它在高清電視中很常見AR/VR中。該類型由含有液晶分子的單元陣列組成，位于兩個(gè)偏振片之間。該精密裝置位于數(shù)百萬晶體管印刷的薄玻璃基底之間。彩色液晶顯示屏（LCD），將紅、綠、藍(lán)濾光片的附加基底放置在原基底的每個(gè)單元上。單個(gè)RGB液晶單元被稱為子像素，三個(gè)子像素形成一個(gè)像素。

液晶顯示屏（LCD）在中間，電流可以通過玻璃電流來調(diào)節(jié)光通道，產(chǎn)生準(zhǔn)確的顏色；如果所有的子像素通道都完全打開，就會(huì)出現(xiàn)白光。

液晶單元本身不發(fā)光，所以需要背光。液晶單元只能改變光通道，以產(chǎn)生所需的顏色和圖像。

2.有機(jī)發(fā)光二極管屏

二極管屏幕有機(jī)發(fā)光（OLED）基于有機(jī)材料（碳技術(shù)，基于有機(jī)材料（碳與氫結(jié)合），施加電流時(shí)會(huì)發(fā)光。能量以有機(jī)薄片的形式釋放，也稱為電致發(fā)光。顏色可以通過仔細(xì)包裝有機(jī)發(fā)光(薄膜)來控制，但大多數(shù)制造商都在有機(jī)發(fā)光二極管屏幕上（OLED）在棧列中加入紅、綠、藍(lán)膜。二極管有機(jī)發(fā)光（OLED）有兩種面板：

（1）被動(dòng)驅(qū)動(dòng)有機(jī)發(fā)光二極管：與陰極射線顯像管一樣，該類型由復(fù)雜的電子網(wǎng)格組成，以控制每行中的每個(gè)像素。它不包括存儲(chǔ)電容器，減慢更新速度，保持像素狀態(tài)，因此主要用于簡單的字符和圖標(biāo)顯示。

(2)主動(dòng)驅(qū)動(dòng)有機(jī)發(fā)光二極管:被動(dòng)驅(qū)動(dòng)（POLED）主動(dòng)驅(qū)動(dòng)有機(jī)發(fā)光二極管不同（AOLED）晶體管層由一個(gè)薄晶體管層組成，它包含一個(gè)存儲(chǔ)電容器，以保持每個(gè)子像素的狀態(tài)，從而更好地控制單個(gè)像素。主動(dòng)驅(qū)動(dòng)（AOLED）單個(gè)像素可以完全關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)更深的黑色和更高的對比度，這是近視虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備最合適的顯示類型。

二極管屏幕有機(jī)發(fā)光（OLED）遠(yuǎn)優(yōu)于液晶顯示屏（LCD），它們的結(jié)構(gòu)相對簡單，可以非常薄，因?yàn)樗鼈儾恍枰獠勘彻?。此外，它們消耗的功率大大降低，刷新速度更快，對比度更高，顏色恢?fù)效果更好，分辨率更高，所以大多數(shù)完全沉浸式頭戴設(shè)備都使用這種技術(shù)。

3.數(shù)字光投影微顯示屏

數(shù)字光投影微顯示屏（DLP）芯片最初由德州儀器開發(fā)，也被稱為數(shù)字微鏡器件（DMD）。該顯示器由大約200萬個(gè)單獨(dú)控制的微鏡組成，每個(gè)微鏡可以用來表示單個(gè)像素，每個(gè)微鏡的大小約是m.89che.com微米。有趣的是，眼睛的視網(wǎng)膜本身就是顯示面。RGB這些微鏡反射光，朝向或遠(yuǎn)離光源。由于每個(gè)微鏡可以在一秒鐘內(nèi)向任何方向改變數(shù)千次，所以改變反射的顏色會(huì)在視網(wǎng)膜上產(chǎn)生不同的陰影。

數(shù)字光投影微顯示屏（DLP）它是目前最快的顯示技術(shù)之一，具有高色刷新率、低延遲率、低功耗和超高分辨率(m.89che.com英寸的對角線陣列可以實(shí)現(xiàn) x 因此，720圖像成為制作頭戴式顯示器的理想選擇。

4.硅基液晶微顯示屏

硅基液晶微顯示屏（LCoS）液晶顯示屏顯示（LCD）和數(shù)字光投影微顯示屏（DLP）顯示之間。液晶顯示屏（LCD）數(shù)字光投影微顯示屏是一種生成和傳輸給用戶的透射技術(shù)（DLP）單個(gè)子像素通過微鏡反射是一種反射技術(shù)。硅基液晶微顯示屏（LCoS）光強(qiáng)度和顏色由一系列子濾鏡通過反射表面和光反射來調(diào)節(jié)。類似于DLP與小型設(shè)備集成時(shí)，顯示器的小尺寸屬性使其具有相當(dāng)大的靈活性。微軟的Hololens，甚至谷歌眼鏡Magic Leap One使用硅基液晶微顯示屏（LCoS）。

考慮到正在開發(fā)的顯示技術(shù)分辨率很高，基于平板電腦的頭戴顯示器可能會(huì)成為AR設(shè)備的歷史。歡迎積極討論~

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