AR技术新进展完整版.docx

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AR技术新进展

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2016年是VR技术全力发展的一年，相关技术均有突破，应用产品也相继出现，让用户能够深刻体会到VR技术在不同领域带来的变革。随后AR技术同样迎来了爆发，并且其发展势头已赶超VR，按这个发展趋势，未来在消费级层面，AR的整体市场潜力将大大超过VR。

2018年，工信部《关于加快推进虚拟现实产业发展的指导意见》仍将虚拟现实重点环节放在了建模、显示、传感、交互等方面。针对这几个方面，各大公司和高校均加大了研发力度，并取得了很好的预期。下面将从软、硬件两方面对近来AR的技术发展进行总结介绍。

一硬件

任何新技术的研究和发展，最终都要依托硬件设备完成落地，AR同样要经历这样的过程。因此，AR硬件技术的发展将直接决定了未来AR的发展方向和前进的速度。目前，AR在拓展面向工业级的应用的同时，逐步开拓面向消费级应用市场。这也对硬件的轻便性提出更高的要求。在2018年的CES上，我们能够看到AR硬件设备成熟了许多，门槛也在不断降低，已经吸引了英特尔和网易这样的巨头开始积极投身于AR+应用和内容的生产制作。

（一）AR镜片技术

AR技术中的视觉AR方向的增强现实技术，可以让人们切实体会到最直观的AR技术带来的感受。因此，AR镜片技术的发展也是时下最火热的AR技术代表。截至2018年，AR镜片的光学技术已经经历了四代，分别是偏振光棱镜技术、自由曲面技术、离轴光学、波导技术。

1.偏振光棱镜技术

偏振光技术主要是利用光的偏振属性，使用偏振分光器（PBS，PolarizedBeamSplitter）选择光的不同偏振态，从而完成对光的选择性过滤。比较常采用的是使用偏振分光棱镜把两种光区分出来。

在现有AR眼镜中，谷歌的第一代商用眼镜（GoogleGlass）就采用偏振光棱镜技术，它也是市场上的第一代AR眼镜。偏振光棱镜技术是通过在眼镜的侧面设计一块玻璃块放在眼睛前面的位置，然后偏振分光膜将侧面微显示器投影信息进行反射，同时集合分光棱镜透射的自然光一起以同一光路射入人眼中，从而达到虚拟信息与真实世界物体处于同一空间的叠加效果。

受偏振光棱镜原理本身所限，为获取更多的现实区域，我们需要更厚的玻璃棱镜来实现，镜片制作会相对较厚。另外，偏振分光膜对可分光角度范围外光线的分光效果不好，因此一般会把最终的视角控制在15度左右的范围。这也导致了镜片厚度和视场角的大小成为偏振光棱镜应用于AR的最大限制因素。

2.自由曲面技术

为了减少棱镜技术的局限性影响，设计师们在棱镜技术上则采用了自由曲面技术。该技术是在精密的计算的基础上，将立方体平面改成弯曲的表面，把膜层也做成弯曲的形状，最大限度地利用每一个位置的分光效果，最终在保证不增加体积的前提下，扩大视场角的范围。

北京理工大学耐德佳公司的NED+AR眼镜及EPSON的AR眼镜为自由曲面技术的代表。通过采用该项技术，AR眼镜的视场角可达到40度左右。

但是该项技术仅优化了棱镜技术中对较大光线选择效果的一致性较差的问题，对于镜片过厚的问题仍然无法解决，也就是说镜片的体积和质量仍对产品产生制约。

3.离轴光学

离轴光学技术可以说是最早期的AR现实技术，该技术在早年的空军飞行员的头盔上已开始使用。这个技术是将玻璃块按自由曲面的设计做成了一个半透明罩子，这就很好地扩大了视场角。Meta2就是很好的代表。它的玻璃罩达到的效果相当于一块10cm厚的GoogleGlass镜片，但是该眼镜的形状更像一个透明盖子的VR头盔，佩戴起来还是稍显笨重。

4.波导技术

波导技术很好地解决了光的横向传输问题。目前，AR镜片主要采用阵列波导技术（波导镜片中间的位置有一排栅格状的条条，阵列排布，对每束光都做不同处理，最终精确还原投影的图像）。波导技术可以很好地利用光的全反射属性，解决AR镜片过厚的问题，同时其视场角理论上可控制在30～60度。

2016年，微软推出的Hololens混合现实头盔就是使用的光波导技术，在2018年的CES上，有几家使用光波导技术的公司已取得阶段性的成果，主要有以色列的Lumus公司、Vuzix公司和国内的灵犀微光公司和鼎界科技公司及枭龙科技。

其中，灵犀微光公司已经将其AR镜片做到1.7mm，透光效果看上去几乎和普通眼镜无差异，这是目前国内最薄的AR镜片。同时灵犀AR的视场角也可达到36度，分辨率可达1280×720。鼎界科技的AR镜片采用偏振光波导光学设计，镜片厚度也达到2mm，视场角达到36度的可视角度，并且其光学模组可提供1080P的超清画质。

来自以色列的公司Lumus拥有世界先进的光波导技术，他们的光波导技术将光学镜片的厚度控制在2mm以内（已达到普通镜片厚度），而视场角达到55度。首先将图像由镜片