为什么很难发明高质量的AR眼镜?

近年来,AR眼镜的话题逐渐引起了各大媒体的关注。Magic Leap One和HoloLens 2已经在国际上发布,国内也出现了nreal、Rokid、vivo等新品。就连华为AR眼镜和苹果AR眼镜也脱颖而出,给人一种AR眼镜时代即将到来的错觉。

事实上,如今的AR显示技术已经在军工等领域发展应用多年。近年来,AR眼镜中的光学显示并没有大的突破,更多的是用来降低成本,缩小体积。不仅如此,有些厂商宣称AR市场是120度甚至更大。对此,ar公司的DAQ·里克特(Daniel Rictor)Daniel Wagner给出了明确的态度,包括AR眼镜的视场角、显示效果、eyebox等等,短期内可能不会有大的突破。

市面上主流的AR光学显示系统有两种:光学透视和视频透视。据悉,这两种AR光学显示系统已经有所探索,但视频透视方式在头显重量和体积上有很大的局限性,所以大部分AR眼镜都采用光学透视方案。

光学透视方案类似于传统眼镜。可以直接看到真实世界,但是光学模块并不是完全透明的,所以AR现实是通过将虚拟图像叠加在真实图像上实现的。光学透视方案的缺点是很难显示黑色或深色,所以阴影渲染非常困难。科学家做了一些尝试,但实用性不高。

光学透视方案中有很多光学原理,其中最常见的有光波导和半反射半透射。目前包括Magic Leap在内的大部分高端AR头显都采用了光波导显示技术。这项技术的原理是微型显示屏将光线投射到光波导的一侧。通过全内反射的原理,光会在光波导中反射传播,然后从另一侧反射,最后反射到用户的眼睛。

光波导的优点是可以实现更小的机身体积,缺点是在画质上有一些问题。此外,光波导的光效率较低,对微型显示屏的要求较高。现有的光波导主要与LCoS和微有机发光二极管微显示屏配合使用。

半反射半透射虽然比光波导设计复杂,但原理更简单,成本也比光波导方案低很多。Daniel说:一个普遍的误解是,即使在追求大FOV的前提下,半反射半透射光学的AR眼镜也可以比Meta 2小。

视频透视AR方面,Varjo XR-1等VR头戴设备已经具备该功能。原理是将虚拟内容直接叠加在相机拍摄的画面上。你看的是屏幕的“虚拟内容”,看不到真实世界的环境。它的优点是可以让AR与真实环境融合的更加自然,缺点是这种基于摄像头和屏幕的组合在光学显示上有很大的不确定性,包括对比度、亮度、视野等等。