AR增强现实双目显示技术打造立体感

Google Glass只在右眼部分配备了LCOS投影设备和光学镜片，所打出的光学影像为2D平面，实现的是二维信息的叠加，这不会让人产生虚实难辨的体验。而HoloLens实现的Stereoscopic 3D技术打造了立体显示效果，也即计算机视觉中的立体显示技术。其原理是给双眼输送不同的图像，除了在水平方向上存在视差外，两图完全一致。这两张图片就像由两个平行放置的相机所拍摄的3D电影一样，人在观察中大脑通过三角计算得到空间深度感。具体地显示方式分为时分复用，就是把左右眼图像交替显示，此时屏幕刷新频率翻倍;也可以通过空分复用，配备两个独立投影的光学系统显示视差图像。目前市面上的AR和VR眼镜—微软HoloLens、Epson Moverio、Lumus DK40、Facebook Oculus等都采用了此类技术。2015年，微软配合硬件开发了HoloLens定制版《我的世界》游戏，玩家通过语音、动作来放大/缩小镜头、任意移动，提供的是游戏的空间而非传统的游戏平面，这具有跨时代的意义。

Stereoscopic 3D成像具有立体感，但与人眼观察真实世界还有一定差距，人在长时间使用此类AR眼镜会产生眩晕、恶心等生理反应。区别来源于“聚散冲突”和景深的缺失。当人在观察现实世界的物体时，晶状体会调节厚度以让物体的像清晰的呈现在视网膜中间，这种机制是“聚焦”，此外左右眼睛在聚焦的同时眼球会旋转运动指向这个物体，直到视线相交在物体深度处，这种机制是“会聚”。这两个行为在真实世界中是联结对等的，呈一一映射关系。而对于双目成像的系统，人眼始终从屏幕中观察物体影像，会聚的视线相交于屏幕处，而聚焦点处于物体虚像的深度，这两种距离的不一致会造成两种神经相连运动的强行分离。此外，当人观察现实世界时主动聚焦会使得焦点清晰而周围的影像模糊，这类似单反成像的“景深感”，但对于Stereoscopic成像机制不论人眼注视屏幕何处，投影仪始终会投射全幅清晰的画面，视野内所有景物都是清晰的，反而会让人产生失衡的感受。长时间的使用此类AR眼镜容易引起视觉错乱进而造成生理不适。

图81:Stereoscopic 3D技术的成像机制

此外，狭窄的视场角也是目前影响AR眼镜佩戴体验的问题之一。HoloLens的视场角仅实现左右宽幅30度、上下17度，长时间佩戴会因为影响视场而引发不适。这个问题一方面受显示镜片的制造工艺所限，目前Lumus已经提出基于光导元件的解决方案;另一方面分辨率的限制、图像渲染运算量以及计算功耗都有待解决。随着硬件制造、算法以及处理器性能的优化，未来的产品有望提供更广阔的视角。但不可否认的是，尽管基于LCOS或DLP投影的Stereoscopic 3D成像技术可以实现AR的基本目标，但无法与真实世界的观察效果相提并论，聚散冲突和景深问题是该技术发展的“天花板”。