显示专题 | 支持聚焦辐辏及视力矫正的VR/AR可切换近眼显示
支持聚焦辐辏及视力矫正的VR/AR可切换近眼显示
Towards a Switchable AR/VR Near-Eye Display with Accommodation-Vergence and Eyeglass Prescription Support
本期导读
今天VR/AR圈子头条新闻必然是烧钱20亿美金的Magic Leap宣布裁员近1000员工，同时退出消费者业务市场。其实去年下半年就谣言四起，VR/AR显示的发展遇到了一些瓶颈，究其缘由，技术层面的不成熟以及用户视觉感知的不友好是根本。鉴于此，业界依然对VR/AR前景抱有希望，但也应认识到技术研究的核心之一在于，如何更好地支持自然的深度感知能力（聚焦辐辏冲突）以及用户友好度。本期给大家带来该方向研究的学术论文解读，希望为大家提供一些思路。
核心问题
技术路线
简单来说，该研究工作利用透镜、电调变焦透镜、微显示器、主动式液晶快门、以及Arduino微控制器等现有器件构建了VR/AR可切换的近眼显示样机，可以将虚拟图像显示在从0.33m到无穷远范围。该设计方案的特殊之处在于在眼前设置了变焦透镜，进而保证了虚拟场景和真实场景的时序切换。
图1 近眼显示样机系统设计和工作原理框图
具体来说，当系统工作在VR模式时，通过设置主动式液晶快门挡住前方穿透场景只让微显示器上的虚拟图像通过光学系统进入人眼，并通过变焦透镜调节焦距与用户单目调节深度相适应。当系统工作在AR模式时，则需要虚拟场景和穿透场景的快速时序切换。当变焦透镜的焦距为无穷远时，通过配置主动式液晶快门只让穿透的真实场景进入人眼；当变焦透镜的焦距调节到一定深度时，通过切换主动式液晶快门保证虚拟图像成像到单目调节深度上。这一设计方案充分利用了大孔径的变焦透镜实现大视场角的显示效果。
图2 样机AR显示实验结果
该设计在眼前设置了变焦透镜对虚拟和真实场景均进行调节，因此对近视、远视以及老花等屈光不正用户非常友好，通过将自己的矫正眼镜度数导入显示控制软件，即可无需佩戴眼镜就可直接观看VR/AR图像。
这项时分复用技术理论上可以很好地弥补目前众多VR/AR显示设备在提供自然地深度感知方面遇到的瓶颈，为VR/AR显示解决聚焦辐辏冲突以及用户友好度提供了一种新思路，有助于VR/AR近眼显示技术的推广与普及。
该项研究工作近期已发表在计算机图形学领域顶级期刊IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics (TVCG)，更多技术细节和结果请点击左下角“阅读全文”或参见下述链接 https://doi.org/10.1109/TVCG.2019.2932238。
回顾与预告
上期回顾：VR/AR/MR领域近期国际学术会议投稿资讯，推荐了5月份截稿的两大顶级学术会议及技术展览，IEEE ISMAR和ACM SIGGRAPH Asia，欢迎点击查阅。
下期预告：本期为显示|AR专题<第一弹>，接下来我们将不定期持续推荐近期学术领域具有代表性的计算显示和计算成像研究工作，同时穿插一些新型光学设计和VR/AR光机实现科普等的资讯分享，欢迎订阅关注，欢迎来稿交流。
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