AR显示器的技术原理是什么？

增强现实(Augmented Reality，简称AR)，增强现实技术也被称为扩增现实，AR增强现实技术是促使真实世界信息和虚拟世界信息内容之间综合在一起的较新的技术内容，其将原本在现实世界的空间范围中比较难以进行体验的实体信息在电脑等科学技术的基础上，实施模拟仿真处理，叠加将虚拟信息内容在真实世界中加以有效应用，并且在这一过程中能够被人类感官所感知，从而实现超越现实的感官体验。

真实环境和虚拟物体之间重叠之后，能够在同一个画面以及空间中同时存在。增强现实技术不仅能够有效体现出真实世界的内容，也能够促使虚拟的信息内容显示出来，这些细腻内容相互补充和叠加。在视觉化的增强现实中，用户需要在头盔显示器的基础上，促使真实世界能够和电脑图形之间重合在一起，在重合之后可以充分看到真实的世界围绕着它。增强现实技术中主要有多媒体和三维建模以及场景融合等新的技术和手段，增强现实所提供的信息内容和人类能够感知的信息内容之间存在着明显不同。

当前AR 显示器有 2 类主要技术：光学透视和视频透视。两种类型过去都有很多探索，但视频透视的限制非常明显，几乎所有商业 AR 设备都在使用光学透视显示器。

光学透视显示器让用户透过一组光学镜片“直接”看到真实世界。AR 显示器的原理是：在真实世界的源光线中叠加虚拟内容的光线。这个叠加操作是无法展示黑色或让真实世界变暗的，所以现在的 AR 显示器是无法展示黑色内容或绘制阴影的。实验室中已有设备能做到像素级遮挡源光线了，但离实用还很远，这里不再考虑。

目前主要有 2 种光学透视显示器：光波导(waveguide)和自由空间系统(free-space system)。光波导在现今的高端市场中占据主导地位，上文提到的所有设备都是基于光波导的：从投影仪(projector)在发出的一帧图像的光，从光波导镜片的一侧进入，根据全内反射原理将在光波导内发生反射(和光纤电缆类似);然后在另一侧离开光波导并进入眼睛。光波导很流行，因为通过它很容易实现优雅的扁平设计，但也带来了很多图像质量问题。

视频透视显示器通过一对摄像头记录真实世界，然后将影像展示在 OLED 或 LED 的不透明屏幕上，通过传统的视频混合技术添加虚拟内容。这意味着包括 展示黑色内容、暗化真实世界 在内的任何操作都是可行的。

视频透视相比光学透视的优点是内容混合的可控性。但目前几乎所有的 AR 设备都采用了光学透视，原因也简单：视频透视需要面对本文讨论的所有对现实世界和虚拟内容的挑战;相反光学透视只需要面对虚拟内容的挑战，且通过一些 UI 设计可以较好的规避。动态范围就是个明显的例子：人眼的动态范围可清晰分辨一个站在阳光直射下的人和邻近的站在阴影下的人，目前摄像头和显示器做不到这点;阴影里的人太暗而阳光下的人又太亮，此外大视场就变得必要了，不仅要匹配所部署的相机系统，还要要模仿肉眼所见的真实世界视场。加之人类自身因素的安全考虑。基于以上因素，下文只考虑光学透视显示器。

AR 显示器诸多关键设计参数介绍：

· 视场

· 适眼区尺寸

· 亮度、透明度和工作时间

· 对比度

· 均匀性和颜色质量

· 分辨率

· 真实世界失真

· 虚拟图像失真

· 眼睛安全

· 出瞳距离

· 周边视觉

· 色差

· 深度感知

· 尺寸、重量和结构

· 光学效率

· 延迟

· 杂散光

由于AR技术的颠覆性和革命性，AR技术获得了大量了解。早在20世纪90年代，就有3D游戏上市，但由于当时的AR技术价格较高，其自身延迟较长，设备计算能力有限等缺陷，导致这些AR游戏产品以失败收尾，第一次AR热潮就此消退。到了2014年，Facebook以20亿美元收购Oculus后，类似的AR热再次袭来。在2015和2016两年间，AR领域共进行了225笔风险投资，投资额达到了35亿美元，原有的领域扩展到多个新领域，如城市规划、虚拟仿真教学、手术诊疗、文化遗产保护等。如今，AR、VR等沉浸式技术正在快速发展，一定程度上改变了消费者、企业与数字世界的互动方式。用户期望更大程度上从2D转移到沉浸感更强的3D，从3D获得新的体验，包括商业、体验店、机器人、虚拟助理、区域规划、监控等，人们从只使用语言功能升级到包含视觉在内的体验。而在这个发展过程中，AR将超越VR，更能满足用户的需求。