英伟达改进克服增强现实显示设备视角受限和视力矫正问题

在2019年度国际计算机学会计算机图形学专业组（ACM SIGGRAPH）年会新兴技术展示环节，英伟达（NVIDIA）公司展示了其在增强现实（AR）显示技术方面的最新研究进展，包括凹陷式AR（Foveated AR）和视力矫正AR（Prescription AR）两款AR眼镜，前者可显著增大AR显示视角，后者可解决近视/远视用户的AR眼镜佩戴问题。

AR显示视角受到显示技术、传输带宽、渲染和处理速度等多重因素制约，视角受限是当下AR显示技术面临的瓶颈之一，微软Hololens等设备虽在AR显示方面已有较大突破，但使用者视野范围依然被限制在狭窄区域内。英伟达将凹陷式渲染（Foveated Rendering）技术和深度学习（Deep Learning）技术有效结合，较好地控制了功耗和计算量，在视角、显示分辨率和形状因子权衡方面实现显著改进，可提供更为清晰的图像和更加宽广的视角（单眼净视角为85°×78°，均为HoloLens的2倍以上）。

凹陷式渲染技术多年前已由行业从事眼动追踪（Eye Tracking）的技术公司提出，利用人眼中心（Foveal）视力和周边（Peripheral）视力的不同视觉特性（中心视力用于提供精确细节视觉内容，而周边视力则提供广角视野范围画面），在保证中心视力内容精细渲染的同时，可以在周边视力用较低分辨率渲染画面；但传统凹陷式渲染会产生闪烁、模糊或隧道视觉（Tunnel Vision）效应，造成视觉障碍，有别于日常真实感受。英伟达于2016年开始应用这一技术，重点研究了人眼周边视力画面中颜色、对比度、边缘、动态效果等特性，提出了新的凹陷式渲染技术，在需要模糊的内容中融入了反差保持（Contrast Preservation），更接近人眼的真实感受。

该款AR眼镜由移动式微显示器件（Traveling Microdisplay）和投影式麦克斯韦视野显示器件（Projector-Based Maxwellian-View Display）两种显示器件组成。移动式微显示器件连接凹面半透明放大镜（Concave Half-mirror Magnifier）实现高分辨率中心视场显示，而投影式麦克斯韦视野显示器件实现低分辨率周边视场显示；在眼球运动时利用可移动的全息光学元件（Holographic Optical Elements，HOEs）追踪使用者的瞳孔，通过深度学习实时适应使用者视线、匹配瞳孔位置，调整显示分辨率和焦距深度，使两种显示器件相互配合呈现所需画面。

传统AR眼镜无法很好地与近视/远视眼镜配合使用，近视用户使用Magic Leap One需花费249美元（约合人民币1717元）定制近视夹片，且仅支持屈光度为-7.50~0（即750度以内）的近视用户。

英伟达视力矫正AR眼镜由镜片系统、背光模组和电池等组成，总重量仅为46克多，较传统的AR显示设备更为轻薄，且虚拟图像将出现在整个视角而不是聚集在中心，矫正度数根据用户视力验光情况定制，可为近视/远视人群提供更为舒适、实用、易于接受的AR可穿戴显示设备体验。此款眼镜通过视力矫正透镜（厚度为5mm）矫正用户视力并传递增强图像，来自微型有机发光二极管（OLED）的光线通过附着在视力矫正透镜上的光束整形透镜和耦合棱镜进入视力矫正透镜，最终实现在矫正焦距（1m）处成像。