液晶光子學(xué)第7章增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)及液晶器件的應(yīng)用課件

1、液晶光子學(xué)第7章增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)及液晶器件的應(yīng)用7.1人眼視覺(jué)因素7.2增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)及產(chǎn)品7.3頭戴式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示系統(tǒng)7.4基于液晶器件的AR應(yīng)用of392習(xí)題7.1 人眼視覺(jué)因素第7章 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)及液晶器件的應(yīng)用of393眼睛是人類的視覺(jué)器官，人類對(duì)外界超過(guò)80%的感知信息都是通過(guò)眼睛獲得的。人眼是一套由角膜、晶狀體、玻璃體及視網(wǎng)膜等組成的完整的視覺(jué)感知系統(tǒng)。1人眼視覺(jué)模型1. 屈光度：眼睛折射光線的作用稱為屈光。在光學(xué)中，通常用屈光度或焦度來(lái)度量光學(xué)系統(tǒng)的屈光能力，用 表示，為焦距的倒數(shù)，單位為D（1D=1m-1）。2. 瞳孔：是動(dòng)物或人眼睛內(nèi)虹膜中心的小圓孔，為光線進(jìn)入眼睛的通道。

2、其附近肌肉可調(diào)節(jié)瞳孔的大小。一般人的瞳孔直徑大小在1.58mm之間變動(dòng)，人眼平均的瞳孔大小約為3mm。明適應(yīng)：當(dāng)人從暗環(huán)境進(jìn)入明亮環(huán)境時(shí)，瞳孔會(huì)迅速變小，減少光通量，不至于因光線太強(qiáng)而灼傷眼睛。暗適應(yīng)：從明亮環(huán)境進(jìn)入暗環(huán)境時(shí)，瞳孔會(huì)變大，以增加光通量，看清楚黑暗物體7.1 人眼視覺(jué)因素第7章 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)及液晶器件的應(yīng)用of3941人眼視覺(jué)模型3. 分辨率：人眼的分辨率是角分辨率。當(dāng)空間中兩個(gè)點(diǎn)對(duì)人眼所成的張角小于人眼的分辨率時(shí)，人眼將無(wú)法對(duì)這兩個(gè)點(diǎn)進(jìn)行區(qū)分。人眼角分辨率 的計(jì)算需遵循瑞利判據(jù)，=1.22/D，其中為光波長(zhǎng)，D 為瞳孔直徑。4. 視覺(jué)暫留：當(dāng)人眼所看到的影像消失后，人眼仍能

3、繼續(xù)保留圖像0.10.4s。這種殘留的圖像稱“后像”，而這一現(xiàn)象則被稱為“視覺(jué)暫留”。一般來(lái)說(shuō)當(dāng)每秒有24 幅或更多的圖片進(jìn)行更替變換時(shí)，人眼就會(huì)看到一個(gè)連續(xù)的畫面，這也是視頻播放的原理。視頻播放的最低刷新速度為24Hz。對(duì)于顯示器件，一般要求其刷新率達(dá)到60Hz，畫面才不會(huì)有明顯的閃爍感。5. 視場(chǎng)角：視場(chǎng)角是指人眼能夠觀看到的最大的視野范圍。人類單眼視場(chǎng)角通常在水平方向上有150160，在豎直方向上有120130。雙眼視場(chǎng)角在水平方向可以達(dá)到200210；當(dāng)眼球移動(dòng)時(shí)，水平方向的視場(chǎng)角可以擴(kuò)大到290。7.1 人眼視覺(jué)因素第7章 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)及液晶器件的應(yīng)用of3952深度暗示人眼雙目

4、視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)不同深度的物體可產(chǎn)生不同立體視覺(jué)感受，產(chǎn)生這些立體視覺(jué)感受的因素稱為深度暗示。深度暗示分為生理深度暗示和心理深度暗示。生理深度暗示1. 調(diào)焦：調(diào)焦是指當(dāng)物體處于不同距離時(shí)，睫狀肌需要對(duì)晶狀體的形狀進(jìn)行調(diào)節(jié)，改變眼睛的屈光度，從而在視網(wǎng)膜上獲得清晰的成像，如圖所示；反之，人們也可以從睫狀肌的收縮或放松程度來(lái)反推三維物體的深度。7.1 人眼視覺(jué)因素第7章 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)及液晶器件的應(yīng)用of396生理深度暗示2. 輻輳：觀看三維空間中的一點(diǎn)時(shí)，雙目的視軸會(huì)交會(huì)于該點(diǎn)，形成輻輳角?？聪蚪幬矬w時(shí)，眼球會(huì)朝內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)，使輻輳角變大；反之，看向遠(yuǎn)處物體時(shí)，輻輳角會(huì)變小，如圖所示。輻輳角的大小與人

5、眼觀看距離近似成反比，因此，根據(jù)視軸輻輳角的大小，大腦可以反推出物體的深度信息，這種生理深度暗示稱為輻輳。3. 移動(dòng)視差：當(dāng)觀察者相對(duì)于三維物體的位置發(fā)生移動(dòng)時(shí)，觀察得到的圖像也會(huì)發(fā)生變化，距離越近的物體移動(dòng)得越快，越遠(yuǎn)的物體移動(dòng)得越慢。這種深度感知要素稱為移動(dòng)視差。7.1 人眼視覺(jué)因素第7章 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)及液晶器件的應(yīng)用of397生理深度暗示4. 雙目視差：由于兩眼之間存在一定的間距（瞳孔間距，約為6.5cm），在觀察某個(gè)三維物體時(shí)，左、右眼與該物體的相對(duì)位置不一樣，觀察得到的圖像也存在差異。左眼看到左邊的部分多一些，右眼看到的右邊部分多一些，因此，左、右眼視網(wǎng)膜感受到不同的刺激，形成視

6、覺(jué)上的差異，即雙目視差。心理深度暗示1. 線性透視：景物隨著距離的變大而在視野中顯得越來(lái)越小。就好像道路在遠(yuǎn)處在視野中會(huì)逐漸成縮小成一點(diǎn)。如圖7.3所示，利用線性透視，人們可以明確地分辨出遠(yuǎn)近信息。7.1 人眼視覺(jué)因素第7章 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)及液晶器件的應(yīng)用of398心理深度暗示2. 遮擋：遮擋是指前面（距離較近）的不透明物體會(huì)遮住后面（距離較遠(yuǎn)）的物體的某一部分。人們會(huì)根據(jù)遮擋與被遮擋的關(guān)系，可以自然而然地判斷出物體的遠(yuǎn)近關(guān)系：沒(méi)有被遮擋的物體在前面而被遮擋的物體在后面。如圖 所示，一個(gè)圓柱體和一個(gè)長(zhǎng)方體，其大小和在圖像中位置都沒(méi)有發(fā)生變化，只是改變物體的遮擋關(guān)系，我們可以輕易地辨別出遠(yuǎn)近關(guān)

7、系。3. 陰影：陰影的出現(xiàn)會(huì)影響人們對(duì)物體三維信息的判斷。如左圖所示，陰影可以幫助人們判斷物體的凹凸，亮的部分為光線照亮的部分，而暗的部分則是背著光線的部分，看到這樣的圖片，人們會(huì)自然而然地在心里產(chǎn)生空間層次感。4. 紋理：紋理指的是物體表面一個(gè)小范圍的紋理結(jié)構(gòu)能夠顯出物體的三維形狀及其與觀看者的距離。5. 先前認(rèn)知：人們?cè)陂L(zhǎng)期認(rèn)識(shí)世界的過(guò)程中，會(huì)形成自己的認(rèn)知，根據(jù)熟悉的物體與光線的相互作用及物體的運(yùn)動(dòng)方式，可以想象和推斷它們的三維形狀和距離。7.1 人眼視覺(jué)因素第7章 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)及液晶器件的應(yīng)用of399調(diào)焦-輻輳的矛盾（Accommodation-vergence conflict

8、）存在于目前大多數(shù)三維顯示產(chǎn)品中。在長(zhǎng)期觀看后用戶容易產(chǎn)生頭暈、惡心等不適感，因此被認(rèn)為是一種偽三維顯示技術(shù)。3.調(diào)焦-輻湊矛盾7.1人眼視覺(jué)因素7.2增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)及產(chǎn)品7.3頭戴式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示系統(tǒng)7.4基于液晶器件的AR應(yīng)用全國(guó)高校標(biāo)準(zhǔn)教材云計(jì)算姊妹篇，剖析大數(shù)據(jù)核心技術(shù)和實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用of3910習(xí)題第7章增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)及液晶器件的應(yīng)用7.2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)及產(chǎn)品第7章 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)及液晶器件的應(yīng)用of3911LCD、OLED、LED、電子紙等，在尺寸、分辨率、色彩和對(duì)比度等方面都已取得了巨大的進(jìn)步。近年來(lái)VR和AR技術(shù)，在全球范圍內(nèi)掀起了一股熱潮。2.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)（virtual

9、reality，VR）技術(shù)是一種通過(guò)計(jì)算機(jī)產(chǎn)生虛擬背景或環(huán)境，在一定范圍內(nèi)創(chuàng)造一個(gè)與真實(shí)環(huán)境在視、聽(tīng)、觸感等方面高度相似的數(shù)字化虛擬世界的技術(shù)。7.2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)及產(chǎn)品第7章 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)及液晶器件的應(yīng)用of39123I 特征沉浸感Immersion交互性Interactivity構(gòu)想性Imagination沉浸感又稱臨場(chǎng)感，是指用戶通過(guò)虛擬設(shè)備如頭戴式顯示設(shè)備和感知系統(tǒng)，沉浸于虛擬場(chǎng)景的感知程度。交互性是指用戶進(jìn)入虛擬環(huán)境之后，可以用自然的方式對(duì)虛擬環(huán)境中的物體進(jìn)行操作，并且得到反饋，同時(shí)保證操作的實(shí)時(shí)性和有效性。構(gòu)想性指的是虛擬的環(huán)境可提供廣闊的想象空間，拓寬人類的認(rèn)知范圍，其不僅可

10、以再現(xiàn)一些日常的場(chǎng)景，還可以呈現(xiàn)出一些未知世界或者人類無(wú)法體驗(yàn)的場(chǎng)景。7.2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)及產(chǎn)品第7章 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)及液晶器件的應(yīng)用of39132.增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)是在虛擬現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的技術(shù)。在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)對(duì)用戶直接觀察到的真實(shí)信息進(jìn)行分析和處理，將生成的虛擬信息正確地疊加到真實(shí)場(chǎng)景中，從而使虛擬信息與真實(shí)世界無(wú)縫融合在一起，使用戶與虛擬物體進(jìn)行交互提高體驗(yàn)的真實(shí)感，并輔助用戶認(rèn)知現(xiàn)實(shí)世界。7.2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)及產(chǎn)品第7章 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)及液晶器件的應(yīng)用of39143個(gè)主要特征實(shí)時(shí)交互虛實(shí)融合三維注冊(cè)時(shí)交互是指用戶與真實(shí)世界和虛擬信息間的自然交互。相比于虛擬現(xiàn)實(shí)，

11、交互對(duì)象則不再限制于虛擬世界，還包括現(xiàn)實(shí)世界中的物體。虛實(shí)融合指的是通過(guò)把計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的虛擬信息疊加到真實(shí)的環(huán)境中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的增強(qiáng)。三維注冊(cè)技術(shù)是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)之一。注冊(cè)就是將計(jì)算機(jī)生成的虛擬物體信息和真實(shí)場(chǎng)景的景物“精準(zhǔn)對(duì)齊”。7.2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)及產(chǎn)品第7章 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)及液晶器件的應(yīng)用of3915時(shí)交互增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用7.2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)及產(chǎn)品第7章 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)及液晶器件的應(yīng)用of39163.增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)主要產(chǎn)品Google glassGoogle Glass是谷歌于2012年發(fā)布的一款具有增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)功能的單目智能眼鏡，它可以像智能手機(jī)一樣，實(shí)現(xiàn)視頻通話、拍照、聽(tīng)音樂(lè)

12、、觀看視頻等功能。眼鏡前方的分光鏡，可以將硅基液晶微顯示屏投影的圖像反射成像到人眼視網(wǎng)膜上，同時(shí)讓外界環(huán)境光線透過(guò)進(jìn)入人眼，從而實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示的功能。7.2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)及產(chǎn)品第7章 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)及液晶器件的應(yīng)用of3917ODG 眼鏡ODG 眼鏡沒(méi)有將處理器和電池集成到一側(cè)，而是在鏡片上方中間位置集成了處理器、存儲(chǔ)器和攝像頭，兩側(cè)的空間則留給大容量電池。兩個(gè)1080P 的OLED 微顯示屏幕為用戶提供色彩炫麗的3D 立體畫面。相比于Google Glass，在視角方面，ODG 眼鏡的表現(xiàn)也更為出色，ODG R9 眼鏡有50的視角。7.2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)及產(chǎn)品第7章 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)及液晶

13、器件的應(yīng)用of3918MetaMeta是一家可穿戴設(shè)備公司，主要專注于可穿戴計(jì)算和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)領(lǐng)域，總部位于美國(guó)加利福尼亞州的Portola Valley。Meta2 智能眼鏡采用較大尺寸的LCD 顯示屏提供圖像源，可以實(shí)現(xiàn)接近90的大視角，同時(shí)提供單眼12801440 分辨率的畫面顯示。7.2 頭戴式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)及產(chǎn)品第7章 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)及液晶器件的應(yīng)用of3919Hololens微軟Hololen是由微軟公司2015年發(fā)布的，隨后這款產(chǎn)品成為世界矚目的焦點(diǎn)。在3D顯示方法上，此款產(chǎn)品依然采用的是雙目視差3D顯示技術(shù)，即通過(guò)左右眼顯示不同的視差圖像來(lái)實(shí)現(xiàn)3D顯示，而非全息顯示方法。美中不

14、足的是Hololens的視角較小，只有30左右，稍微轉(zhuǎn)動(dòng)頭，虛擬物體就會(huì)移出視角范圍，影響了真實(shí)性感受。7.2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)及產(chǎn)品第7章 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)及液晶器件的應(yīng)用of39203. AR 眼鏡三維成像機(jī)理目前大部分VR/AR 產(chǎn)品一般采用雙目視差式的三維顯示方法。雙目視差式顯示方法簡(jiǎn)單，很容易實(shí)現(xiàn)連續(xù)、大深度范圍的三維顯示，但其本質(zhì)上不符合人眼觀看真實(shí)世界三維物體的特性，用戶長(zhǎng)時(shí)間觀看后容易產(chǎn)生視覺(jué)疲勞，甚至產(chǎn)生頭暈、惡心的癥狀。7.1人眼視覺(jué)因素7.3頭戴式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示系統(tǒng)7.2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)及產(chǎn)品7.4基于液晶器件的AR應(yīng)用全國(guó)高校標(biāo)準(zhǔn)教材云計(jì)算姊妹篇，剖析大數(shù)據(jù)核心技術(shù)和實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用o

15、f3921習(xí)題第7章增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)及液晶器件的應(yīng)用7.3 頭戴式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示系統(tǒng)第7章 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)及液晶器件的應(yīng)用of3922VR 簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)HMD 一般由圖像源、光學(xué)成像系統(tǒng)、電路控制系統(tǒng)及其他組裝附件組成。虛擬現(xiàn)實(shí)顯示設(shè)備主要由一個(gè)微顯示屏和一個(gè)等效接目透鏡組成。微顯示屏位于接目鏡的焦面上或者一倍焦距以內(nèi)，形成一個(gè)放大的虛像。7.3 頭戴式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示系統(tǒng)第7章 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)及液晶器件的應(yīng)用of3923AR 簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示設(shè)備除了微顯示屏、接目鏡，還有一個(gè)融合器（如分光鏡）。融合器的主要作用是把微顯示屏顯示的虛擬畫面導(dǎo)入人眼，同時(shí)又允許外部的光線透射進(jìn)入人眼。7.2 增強(qiáng)現(xiàn)

16、實(shí)技術(shù)及產(chǎn)品第7章 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)及液晶器件的應(yīng)用of39241. 頭戴式顯示系統(tǒng)參數(shù)（1）分辨率。分辨率是指顯示器所能顯示的像素個(gè)數(shù)。顯示器可顯示的像素越多，畫面就越精細(xì)，相同區(qū)域內(nèi)能顯示的信息也越多。對(duì)于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)而言，分辨率主要取決于所采用的圖像源的分辨率。（2）視場(chǎng)角。視場(chǎng)角 是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)一個(gè)重要參數(shù)，是指畫面對(duì)人眼的張角，單位為（）。由于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)既要顯示虛擬畫面，又要允許用戶看到現(xiàn)實(shí)世界，所以增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中有虛擬畫面視場(chǎng)角和真實(shí)世界視場(chǎng)角兩個(gè)參數(shù)。7.3 頭戴式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示系統(tǒng)第7章 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)及液晶器件的應(yīng)用of3925VR/AR 簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)（4）出瞳。出瞳是光學(xué)系統(tǒng)中孔徑光

17、闌在光學(xué)系統(tǒng)像空間所成的像，而入瞳是孔徑光闌在物空間的像。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的出瞳位置應(yīng)該與人眼瞳孔的入瞳重合。（5）出瞳距離。出瞳距離是指能看清整個(gè)視場(chǎng)時(shí)眼睛離開(kāi)光學(xué)系統(tǒng)最后一個(gè)面中心的距離。（6）Eye box。Eye box 指能夠看到完整圖像時(shí)眼睛移動(dòng)的范圍。為實(shí)現(xiàn)較好的畫面顯示，eye box 大小應(yīng)該能夠覆蓋人眼瞳孔。（7）Eye clearance。Eye clearance 指的是人眼離頭戴式顯示系統(tǒng)（任意部位）的最近距離。17mm 是允許用戶能夠佩戴頭戴式顯示器的最小距離，而20mm 的距離則被認(rèn)為是一較合適的距離。7.3 頭戴式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示系統(tǒng)第7章 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)及液晶器件的

18、應(yīng)用of39262.增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像源微顯示器根據(jù)制造工藝和材料不同，主要包括透射式液晶顯示（LCD）、有機(jī)電致發(fā)光顯示（OLED）、硅基液晶（LCoS）、硅基鐵電液晶（FLCoS）和數(shù)字微反射鏡（DMD）器件。7.3 頭戴式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示系統(tǒng)第7章 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)及液晶器件的應(yīng)用of39273.接目光學(xué)系統(tǒng)在頭戴式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示中，接目光學(xué)系統(tǒng)包括接目鏡和融合器。（1）自由曲面棱鏡接目光學(xué)系統(tǒng)。自由曲面棱鏡接目光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖所示。光學(xué)系統(tǒng)表面為經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)的弧形結(jié)構(gòu)。微顯示器的光線從自由曲面頂部端面S4 入射后在下一個(gè)玻璃-空氣界面S2 發(fā)生全反射，然后在曲面分光鏡S3（鍍金屬分光鏡）處反射，

19、再穿過(guò)S2 進(jìn)入人眼。7.3 頭戴式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示系統(tǒng)第7章 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)及液晶器件的應(yīng)用of3928（2）全息波導(dǎo)接目鏡光學(xué)系統(tǒng)。如圖7.23 所示為一全息波導(dǎo)接目鏡光學(xué)系統(tǒng)。微顯示屏放在準(zhǔn)直透鏡的前焦面上，形成平行光束進(jìn)入波導(dǎo)，遭遇輸入耦合全息光柵以后，光線發(fā)生衍射，以較大入射角射入玻璃-空氣界面，滿足全反射條件而在波導(dǎo)中傳播，直到遇到輸出耦合全息光柵，再次發(fā)生衍射，因衍射光線入射角變小，不再滿足全反射條件，而從波導(dǎo)中出射，進(jìn)入人眼。由于全息光柵的波長(zhǎng)選擇性，這里分別用三對(duì)光柵來(lái)實(shí)現(xiàn)紅、綠、藍(lán)三色的輸入和輸出耦合，從而生成彩色圖像。7.3 頭戴式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示系統(tǒng)第7章 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)及

20、液晶器件的應(yīng)用of39294. 問(wèn)題與挑戰(zhàn)（2）亮度。由于室內(nèi)環(huán)境和室外環(huán)境的光亮度存在較大差別，室內(nèi)的光強(qiáng)亮度約為500cd/m2，而室外的亮度一般在1 000cd/m2 以上。對(duì)于現(xiàn)在的AR 顯示，由于光源亮度和光能利用率等問(wèn)題，一般只適合在室內(nèi)觀看，在強(qiáng)光的室外卻很難看清畫面，這也是目前限制增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)發(fā)展的一個(gè)重要因素。（3）角分辨率與視場(chǎng)角的矛盾。（4）調(diào)焦-輻輳的矛盾。7.3 頭戴式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示系統(tǒng)第7章 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)及液晶器件的應(yīng)用of39305. 無(wú)視覺(jué)疲勞增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)三維顯示方法1基于集成成像的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)解決了傳統(tǒng)三維顯示中的調(diào)焦和輻輳之間的矛盾。重建的三維光場(chǎng)信息再通過(guò)自由曲面的

21、折射和反射作用，將微小的三維圖像在人眼前生成一個(gè)放大的虛像。缺點(diǎn)：分辨率低。7.3 頭戴式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示系統(tǒng)第7章 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)及液晶器件的應(yīng)用of39312基于全息的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示基于全息的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)頭戴式顯示，一般用空間光調(diào)制器生成較小的三維物體，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)放大后，以虛像的形式成像在人眼前。缺點(diǎn)：計(jì)算量大、受限于空間光調(diào)制設(shè)備分辨率和尺寸。7.3 頭戴式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示系統(tǒng)第7章 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)及液晶器件的應(yīng)用of39323基于體三維的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示（1）基于可調(diào)液體透鏡的多層頭戴式AR 顯示。通過(guò)對(duì)液體透鏡施加電壓，來(lái)改變液體透鏡的焦距，將微顯示屏上的圖像成像在不同位置，通過(guò)曲面反射鏡的光路傳

22、遞，透過(guò)分光棱鏡，形成放大的虛像。通過(guò)時(shí)序控制加在液體透鏡上的電壓和微顯示屏上的圖像，可以準(zhǔn)確地將三維圖像的切片投影到準(zhǔn)確的深度，利用人眼視覺(jué)暫留效應(yīng)，在人眼前重建一個(gè)三維場(chǎng)景。缺點(diǎn)：由于受到微顯示屏刷新頻率和液體透鏡響應(yīng)時(shí)間的限制，該方案能夠?qū)崿F(xiàn)的圖像顯示層數(shù)有限，圖像刷新率也不高。a）聚焦于虛擬物體 （b）聚焦于最遠(yuǎn)的真實(shí)物7.3 頭戴式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示系統(tǒng)第7章 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)及液晶器件的應(yīng)用of39333基于體三維的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示（1）基于可調(diào)反射鏡的多層頭戴式AR 顯示。利用一個(gè)快速可調(diào)反射鏡來(lái)替代液體透鏡，圖像源也采用有更快刷新率的DMD。通過(guò)施加不同電壓改變球面反射鏡的焦距，進(jìn)而在不

23、同的深度成像。缺點(diǎn)：要求DMMD 具有較大的形變，此時(shí)施加的電壓高達(dá)210V。7.1人眼視覺(jué)因素7.4基于液晶器件的AR應(yīng)用7.3頭戴式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示系統(tǒng)7.2增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)及產(chǎn)品全國(guó)高校標(biāo)準(zhǔn)教材云計(jì)算姊妹篇，剖析大數(shù)據(jù)核心技術(shù)和實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用of3934習(xí)題第7章增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)及液晶器件的應(yīng)用7.4 基于液晶器件的AR 應(yīng)用第7章 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)及液晶器件的應(yīng)用of39351.基于液晶透鏡液晶透鏡有很多種，比較常見(jiàn)的是多電極液晶透鏡，其結(jié)構(gòu)如圖 所示。主要結(jié)構(gòu)包括基板、公共電極、取向?qū)印⒁壕Ш投鄠€(gè)驅(qū)動(dòng)電極。當(dāng)各驅(qū)動(dòng)電極上施加不同電壓時(shí)，不同區(qū)域的電場(chǎng)強(qiáng)度變化，導(dǎo)致液晶分子呈漸變分布，折射率和相位也形成類似透鏡形狀的分布，實(shí)現(xiàn)聚焦功能。液晶透鏡口徑較小，一般為幾毫米，并且有偏振選擇性。7.4 基于液晶器件的AR 應(yīng)用第7章 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)及液晶器件的應(yīng)用of3936雙層液晶透鏡結(jié)構(gòu)（a）液晶透鏡表現(xiàn)為凸透鏡時(shí)成虛像在較遠(yuǎn)處 （b）液晶透鏡表現(xiàn)為凹透鏡時(shí)成實(shí)像在眼鏡附近通過(guò)改變液晶透鏡的焦距，使微顯示屏投射的圖像顯示在不同的深度位置，并