显示专题 | 支持空间遮挡的光学穿透式AR显示 （IEEE TVCG）
参数化空间遮挡：空间光调制器时分复用实现空间遮挡的光学穿透增强现实显示
Factored Occlusion: Single Spatial Light Modulator Occlusion-capable Optical See-through Augmented Reality Display
本期导读
空间遮挡是一种强有力的可以实现深度感知的视觉暗示，能极大地增强光学透视型增强现实Optical See-through Augmented Reality (OST-AR)显示的真实感。目前报道的OST-AR显示系统大多通过合光器件将虚拟图像和真实背景图像叠加。这种方法不支持空间遮挡，导致显示的虚拟物体半透明且不真实，极大地限制了用户体验真实感。针对现在AR显示方案空间遮挡能力缺失或受限的问题，来自美国斯坦福大学(Stanford)的研究学者提出了一种支持空间遮挡的OST-AR显示系统。
技术思路
该技术不同于常规处理将虚拟世界和真实世界进行简单叠加的加法模式，该项研究采用单片DMD以乘法形式分别融入到虚拟图像和透视真实环境的成像光路中。这种独特的方法通过DMD器件在像素尺度上挡住透视真实场景的入射光，同时调制LED照明光去显示虚拟图像的内容，通过时分复用来实现虚拟图像和透视真实环境的融合。其基本原理如图1所示。
图1 基于DMD支持空间遮挡的AR显示基本原理
这项技术核心在于建立了一套混合二值/连续参数化分解算法，用以优化时分复用的二值DMD图像和相应的LED颜色去接近目标的AR场景。在实验模拟以及平台实验显示样机中，展示了基于单个空间光调制器的强大边缘遮挡和逼真的阴影效果，以及基于这一显示方式的注视跟踪优化。实验装置和实验结果分别如图2和图3所示。尽管目前实验样机小型化层面还需要进一步完善，这项参数化空间遮挡技术通过引入计算优化为实现OST-AR显示提供了一种新策略，不局限于仅利用有限的光学器件实现光路的加减，为突破传统物理上的一些固有限制探索了新思路。
图2 作者搭建的原理验证实验系统
该项研究工作于近期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详见
https://www.computationalimaging.org/publications/factored-occlusion-ar-display-ieee-vr-2020/ 或点击页末左下方“阅读全文”。
回顾与预告
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下期预告：我们将不定期持续推荐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。end