基于波导的AR显示屏光学原理示意图
斯坦福大学计算成像实验室研究团队开发出了一款增强现实头戴设备原型，它采用全息成像技术，可以在看似普通的眼镜镜片上投射出全彩、动态的3D图像。与当今笨重的增强现实头戴设备不同，这种新方法在小巧、舒适且时尚的外形中实现了令人满意的3D视觉体验，适合全天佩戴。
研究人员表示，从外部看，头戴设备就像一副普通的日常眼镜，但佩戴者透过镜片看到的是一个叠加了色彩鲜艳、全彩3D计算图像的丰富世界。该成果论文《Full-colour 3D holographic augmented-reality displays with metasurface waveguides》发表在NATURE上。
研究人员表示，尽管目前还只是个原型，但这一技术可能会改变从游戏娱乐到培训教育等诸多领域——只要计算生成的图像能够增强或帮助佩戴者更好地理解周围的世界，它就能发挥作用。外科医生可以通过佩戴这种眼镜来规划精细或复杂的手术，飞机机械师可以通过佩戴这种眼镜来学习如何维修最新的喷气发动机。
此前该领域技术或是导致生产出笨重的头戴设备，或是带来了不尽如人意的3D视觉体验，让佩戴者感到视觉疲劳，甚至有时还会感到些许恶心，这种新方法首次同时满足了一系列复杂的工程要求。
研究团队表示，目前市面上没有其他增强现实系统能与该系统在紧凑性方面相媲美，也没有其他系统能与该方法的3D图像质量相提并论。
该系统的主要难点是，展示增强现实图像的技术通常需要使用复杂的光学系统。在这些系统中，用户实际上并非通过头戴式设备的镜片看到真实世界。相反，安装在头戴式设备外部的摄像头会实时捕捉周围环境，并将这些图像与计算生成的图像相结合。然后将生成的混合图像以立体方式投射到用户的眼睛中。用户看到的是现实世界的数字化近似图像，上面叠加了计算生成的图像。这些系统导致了整体的体积庞大，因为它们在佩戴者的眼睛和投影屏幕之间使用了放大镜片，这要求眼睛、镜片和屏幕之间保持一定的最小距离。
除了体积庞大之外，这些限制还可能导致感知真实感不佳，而且常常会引起视觉不适。
为了取得成功，研究人员通过结合人工智能增强的全息成像和新型纳米光子器件方法克服了技术障碍。
（天津津航技术物理研究所 杨茗）
点击