新一代AR眼鏡仍需克服一些技術(shù)挑戰(zhàn)

智能手機(jī)上的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用軟件和工具有助于推動(dòng)開發(fā)新一代的AR眼鏡應(yīng)用。

現(xiàn)實(shí)世界是美好的，但增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)可以讓它變得更有趣、更高效，還可以帶來更豐富的信息。雖然面向大眾消費(fèi)者的可穿戴式AR眼鏡尚未問世，但用于智能手機(jī)的AR應(yīng)用和工具已經(jīng)為新一代AR眼鏡應(yīng)用鋪平了道路。

從某種程度上，基于智能手機(jī)的AR應(yīng)用已經(jīng)驗(yàn)證了這個(gè)概念。新一代AR眼鏡在硬件上將會(huì)集舒適性、高性能與性價(jià)比為一體。但是設(shè)計(jì)這樣的設(shè)備仍需克服一些技術(shù)挑戰(zhàn)。

AR 技術(shù)無處不在。..。..

自Pokemon Go在2016年快速風(fēng)靡市場(chǎng)，AR應(yīng)用程序幾乎是隨處可見。 Facebook、Snapchat、Instagram等公司相繼入場(chǎng)。Apple的ARKit和Google的ARCore等AR開發(fā)環(huán)境極大地推動(dòng)了AR應(yīng)用在iPhone和Android設(shè)備上的擴(kuò)展（圖1）。像Blippar、Zappar和Aurasma這樣的AR內(nèi)容創(chuàng)建工具，或是免費(fèi)，或是成本很低，使應(yīng)用程序開發(fā)人員、小型和大型企業(yè)，甚至非營利組織都可以更輕松地使用AR。

1．將零售信息添加到視圖當(dāng)中只是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的諸多應(yīng)用示例之一。

游戲行業(yè)在早期催化了AR應(yīng)用的興起，但現(xiàn)在AR應(yīng)用已經(jīng)漸漸滲透至各行各業(yè)，例如教育、廣告營銷、建筑工程、博物館等。宜家等零售商通過AR應(yīng)用讓買家提前感受家具的實(shí)際陳列效果。Airbnb展示的一款A(yù)R應(yīng)用程序，可以為租客提供信息豐富的導(dǎo)游服務(wù)。

教育類AR應(yīng)用程序可創(chuàng)建沉浸式的學(xué)習(xí)環(huán)境。想象一下，在學(xué)習(xí)火山相關(guān)的知識(shí)時(shí)，學(xué)生們不再是通過閱讀或觀看火山的相關(guān)視頻，而是在課桌上真實(shí)地經(jīng)歷一次火山爆發(fā)。

大英博物館正在測(cè)試一款A(yù)R智能手機(jī)應(yīng)用程序，它將取代錄音或壁掛式卡片等傳統(tǒng)的藝術(shù)品介紹形式，轉(zhuǎn)而以一種更為生動(dòng)形象的方式再現(xiàn)藝術(shù)品的創(chuàng)作過程。建筑或工程公司將物理模型與AR相結(jié)合，在提供解釋或促銷信息的同時(shí)，還可以讓客戶從內(nèi)到外體驗(yàn)建筑物。至少這種方式更具吸引力。這些例子為AR提供了廣闊的應(yīng)用前景。

新一代可穿戴設(shè)備

盡管智能手機(jī)上的應(yīng)用程序已經(jīng)證明了AR的可行性和巨大潛力，不過專為AR應(yīng)用設(shè)計(jì)的新一代眼鏡將提供一種更強(qiáng)大的、身臨其境的體驗(yàn)。智能手機(jī)上的AR體驗(yàn)受到手機(jī)顯示屏的限制，而AR眼鏡顯示的圖像和圖形則漂浮在觀察者的視野前方，就好像它們確實(shí)是現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中的一部分一樣。

有幾種不同類型的應(yīng)用可能非常適合AR眼鏡。當(dāng)然，游戲就是其中之一。想象一下，小型戰(zhàn)艦在客廳的家具周圍巡航，飛機(jī)從你的吊扇上俯沖下來攻擊。在機(jī)械和工業(yè)工程中，查看和操縱3D對(duì)象的能力也非常有用。自行車手、滑雪者或摩托車越野賽車手可以從嵌入頭盔的AR眼鏡中看到速度、心率、跑道位置、剩余燃料等關(guān)鍵信息。在庫存管理或倉儲(chǔ)應(yīng)用中，AR眼鏡可以將人員引導(dǎo)到很難找到的存儲(chǔ)箱位置或者立即確認(rèn)從庫存中取出了正確的物品。

為有效利用這些應(yīng)用，AR眼鏡必須擁有舒適的佩戴效果，還要有合適的續(xù)航和性能平衡。AR眼鏡的關(guān)鍵組件之一是顯示子系統(tǒng)。它的主要作用是欺騙大腦，讓它認(rèn)為所看到的是現(xiàn)實(shí)世界的一部分，而達(dá)到這種性能水平就需要精心設(shè)計(jì)的AR顯示器。

設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

在為特定應(yīng)用設(shè)計(jì)最佳AR眼鏡時(shí)，設(shè)計(jì)人員可以遵循幾種不同的方法。每種顯示技術(shù)都有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，但在評(píng)估AR顯示技術(shù)時(shí)，AR眼鏡設(shè)計(jì)師都需要考慮一定的操作特性，包括：

低功耗：為實(shí)現(xiàn)小巧輕量化的AR眼鏡，顯示子系統(tǒng)的功耗必須要低。AR顯示器功耗的關(guān)鍵決定因素是其光學(xué)效率，即從照明光源進(jìn)入眼睛的光線量。如果設(shè)計(jì)的光學(xué)效率不高，通常需要提高產(chǎn)品尺寸以便容納更大的電池，或者降低顯示器的亮度以適應(yīng)有限的電池容量。

高光學(xué)效率的顯示器為開發(fā)人員提供了更大的靈活性，可根據(jù)在AR眼鏡上運(yùn)行應(yīng)用的特定要求來優(yōu)化設(shè)計(jì)。例如，騎自行車之類的戶外運(yùn)動(dòng)應(yīng)用可能需要AR眼鏡針對(duì)高亮度進(jìn)行優(yōu)化，部署在倉庫庫存管理應(yīng)用中的AR眼鏡不需要高亮度水平，因而可以針對(duì)性地優(yōu)化，延長電池的續(xù)航時(shí)間。

亮度：AR顯示器的亮度是用戶體驗(yàn)的關(guān)鍵決定因素。如果亮度有限，則顯示器可能無法在顯示的內(nèi)容和背景環(huán)境之間產(chǎn)生足夠的差異（圖2）。另外，如果眼鏡是在戶外使用，則顯示器的輸出必須非常明亮，才能使內(nèi)容清晰可見。

2．明亮的AR顯示（右）是用戶體驗(yàn)的關(guān)鍵決定因素。如果亮度受限（左），則顯示器可能無法在顯示的內(nèi)容和背景環(huán)境之間產(chǎn)生足夠的差異。

對(duì)比度：對(duì)比度衡量顯示器中最黑的黑色和最白的白色之間的差別（圖3）。高對(duì)比度將使內(nèi)容非常豐富，也可以讓用戶感到更加身臨其境。另外，單個(gè)像素能成為真正黑色的能力在AR眼鏡中是至關(guān)重要的，因?yàn)楹谏袼貙?duì)佩戴者來說是透明的。如果這些像素不是真正的黑色，而是灰色的陰影時(shí)，佩戴者將會(huì)看到一個(gè)既不真實(shí)而且令人分心的灰色背景，勾勒出眼鏡的顯示區(qū)域。

3．與低對(duì)比度（左）演示相比，高對(duì)比度（右）使內(nèi)容更豐富，更具沉浸感。

高速／低延遲：高幀率、低延遲的顯示在與頭部移動(dòng)相關(guān)的AR應(yīng)用中尤為重要。在這樣的應(yīng)用中，顯示器中的延遲可能導(dǎo)致增強(qiáng)的內(nèi)容與現(xiàn)實(shí)世界中的對(duì)象不能夠正確對(duì)齊。

結(jié)論

新一代AR眼鏡將使AR應(yīng)用更充分地發(fā)揮其全部潛力。AR眼鏡不會(huì)將AR應(yīng)用嵌入到現(xiàn)實(shí)中的智能手機(jī)屏幕上，而是將使應(yīng)用及其現(xiàn)實(shí)成為用戶現(xiàn)實(shí)世界中的一部分。達(dá)到上述目標(biāo)需要認(rèn)真考慮眼鏡顯示子系統(tǒng)相關(guān)的設(shè)計(jì)問題。