AR增強現實雙目顯示技術打造立體感

Google Glass只在右眼部分配備了LCOS投影設備和光學鏡片，所打出的光學影像為2D平面，實現的是二維信息的疊加，這不會讓人產生虛實難辨的體驗。而HoloLens實現的Stereoscopic 3D技術打造了立體顯示效果，也即計算機視覺中的立體顯示技術。其原理是給雙眼輸送不同的圖像，除了在水平方向上存在視差外，兩圖完全一致。這兩張圖片就像由兩個平行放置的相機所拍攝的3D電影一樣，人在觀察中大腦通過三角計算得到空間深度感。具體地顯示方式分為時分復用，就是把左右眼圖像交替顯示，此時屏幕刷新頻率翻倍;也可以通過空分復用，配備兩個獨立投影的光學系統顯示視差圖像。目前市面上的AR和VR眼鏡—微軟HoloLens、Epson Moverio、Lumus DK40、Facebook Oculus等都采用了此類技術。2015年，微軟配合硬件開發了HoloLens定制版《我的世界》游戲，玩家通過語音、動作來放大/縮小鏡頭、任意移動，提供的是游戲的空間而非傳統的游戲平面，這具有跨時代的意義。

Stereoscopic 3D成像具有立體感，但與人眼觀察真實世界還有一定差距，人在長時間使用此類AR眼鏡會產生眩暈、惡心等生理反應。區別來源于“聚散沖突”和景深的缺失。當人在觀察現實世界的物體時，晶狀體會調節厚度以讓物體的像清晰的呈現在視網膜中間，這種機制是“聚焦”，此外左右眼睛在聚焦的同時眼球會旋轉運動指向這個物體，直到視線相交在物體深度處，這種機制是“會聚”。這兩個行為在真實世界中是聯結對等的，呈一一映射關系。而對于雙目成像的系統，人眼始終從屏幕中觀察物體影像，會聚的視線相交于屏幕處，而聚焦點處于物體虛像的深度，這兩種距離的不一致會造成兩種神經相連運動的強行分離。此外，當人觀察現實世界時主動聚焦會使得焦點清晰而周圍的影像模糊，這類似單反成像的“景深感”，但對于Stereoscopic成像機制不論人眼注視屏幕何處，投影儀始終會投射全幅清晰的畫面，視野內所有景物都是清晰的，反而會讓人產生失衡的感受。長時間的使用此類AR眼鏡容易引起視覺錯亂進而造成生理不適。

圖81:Stereoscopic 3D技術的成像機制

此外，狹窄的視場角也是目前影響AR眼鏡佩戴體驗的問題之一。HoloLens的視場角僅實現左右寬幅30度、上下17度，長時間佩戴會因為影響視場而引發不適。這個問題一方面受顯示鏡片的制造工藝所限，目前Lumus已經提出基于光導元件的解決方案;另一方面分辨率的限制、圖像渲染運算量以及計算功耗都有待解決。隨著硬件制造、算法以及處理器性能的優化，未來的產品有望提供更廣闊的視角。但不可否認的是，盡管基于LCOS或DLP投影的Stereoscopic 3D成像技術可以實現AR的基本目標，但無法與真實世界的觀察效果相提并論，聚散沖突和景深問題是該技術發展的“天花板”。