寫(xiě)在前面
最近幾年互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展蓄氧，相信大家對(duì)AR也不能并不陌生了函似，并且國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的AR眼鏡廠商魚(yú)龍混雜，真正成熟的可應(yīng)用于真實(shí)場(chǎng)景的AR眼鏡設(shè)備少之又少喉童；
可能你會(huì)提問(wèn)撇寞，為什么可用的AR眼鏡少之又少？
來(lái)來(lái)來(lái)泄朴，接下來(lái)讓你像你了解手機(jī)一樣認(rèn)識(shí)下AR眼鏡的技術(shù)構(gòu)造重抖。
在了解AR眼鏡之前，你得先知道什么是“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)”祖灰。
增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，用很官方的語(yǔ)言就是：真實(shí)的環(huán)境和虛擬的物體實(shí)時(shí)地疊加到了同一個(gè)畫(huà)面或空間同時(shí)存在畔规。讀完這句話你可能會(huì)想象到之前看到的科幻電影里的情景局扶，其實(shí)差不多是那個(gè)意思。再來(lái)一張草圖你可能會(huì)更清楚。
按照我的官方描述就是：你帶上AR眼鏡不僅能看到虛擬物體三妈，也能看到你周?chē)恼鎸?shí)環(huán)境畜埋。
好了，了解完什么是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)畴蒲，我們就可以真正去打開(kāi)AR眼鏡的知識(shí)世界了悠鞍。
先來(lái)個(gè)AR眼鏡的構(gòu)造圖，想必會(huì)讓你從整體上對(duì)AR眼鏡有個(gè)初步的定位模燥。
AR眼鏡的構(gòu)造
AR眼鏡主要分為四大模塊：攝像頭咖祭、CPU處理中心、光學(xué)模組蔫骂、架托么翰；
攝像頭
AR眼鏡上一般會(huì)存在多個(gè)攝像頭，并且每個(gè)攝像頭之間的分工是不一樣的辽旋，主要功能有三方面浩嫌，一是用于提供基于視覺(jué)的跟蹤定位（SLAM）的圖像采集，二是進(jìn)行交互手勢(shì)識(shí)別补胚，三是日常的拍照和錄像码耐；
這里重點(diǎn)講解下什么是SLAM，大家百度之后的官方解說(shuō)是“即時(shí)定位與地圖構(gòu)建溶其，或并發(fā)建圖與定位”骚腥，SLAM應(yīng)用的場(chǎng)景有很多，比如自動(dòng)駕駛握联、AR/VR桦沉、機(jī)器人、三維重建等金闽；其框架主要分為：
其工作流程大致為：
傳感器讀取數(shù)據(jù)后纯露，視覺(jué)里程計(jì)估計(jì)兩個(gè)時(shí)刻的相對(duì)運(yùn)動(dòng)（Ego-motion），后端處理視覺(jué)里程計(jì)估計(jì)結(jié)果的累積誤差代芜，建圖則根據(jù)前端與后端得到的運(yùn)動(dòng)軌跡來(lái)建立地圖埠褪，回環(huán)檢測(cè)考慮了同一場(chǎng)景不同時(shí)刻的圖像，提供了空間上約束來(lái)消除累積誤差挤庇。
那么SLAM在AR眼鏡中怎么工作的呢钞速？首先是通過(guò)深度攝像頭將你視角內(nèi)的環(huán)境傳遞給AR眼鏡，SLAM通過(guò)圖像識(shí)別嫡秕、定位分析與AI計(jì)算渴语，將當(dāng)前環(huán)境進(jìn)行三維重建，構(gòu)造一個(gè)三維真實(shí)世界昆咽，以增強(qiáng)AR眼鏡對(duì)現(xiàn)實(shí)環(huán)境中相互作用的理解能力驾凶，為AR眼鏡賦予了復(fù)雜環(huán)境感知力和動(dòng)態(tài)場(chǎng)景適應(yīng)力牙甫。再明白點(diǎn)就是，你知道這個(gè)是堵墻调违，不能過(guò)去窟哺，AR眼鏡也知道這個(gè)物體不能穿透過(guò)去。
關(guān)于SLAM更深層的技術(shù)實(shí)現(xiàn)問(wèn)題技肩，就比較深入了且轨，涉及各種算法，在這里就不詳細(xì)敘述了虚婿，大家可以自行百度了解旋奢。
核心交互
手勢(shì)交互、語(yǔ)音交互雳锋、眼球追蹤等黄绩，裸手交互有望成為AR的核心交互方式之一，微軟的HoloLens2玷过，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了裸手交互爽丹，但是國(guó)內(nèi)AR眼鏡普遍采用的還是隔空敲物的交互方式，通過(guò)識(shí)別指定的手勢(shì)對(duì)眼前的虛擬物體進(jìn)行交互操作辛蚊，目前市場(chǎng)上AR眼鏡最常用的手勢(shì)為兩種分別是確定和返回兩個(gè)手勢(shì)粤蝎；這也是AR眼鏡解放雙手的優(yōu)勢(shì)所在。
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CPU處理大腦
作為AR眼鏡的大腦所處理的圖像和數(shù)據(jù)分為以下幾個(gè)方面：
（1）AI：從AR的輸入袋马、虛實(shí)融合和輸出初澎，整個(gè)一條鏈都需要AI的支持。
（2）云計(jì)算和大數(shù)據(jù)：由于AR結(jié)合的是現(xiàn)實(shí)虑凛，所以它的計(jì)算量和數(shù)據(jù)量會(huì)呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)上升碑宴，它的發(fā)展也離不開(kāi)云計(jì)算和大數(shù)據(jù)的支持。
（3）計(jì)算機(jī)視覺(jué)：比之于PC和手機(jī)桑谍，AR的本質(zhì)是信息呈現(xiàn)方式的升級(jí)延柠，由二維升級(jí)到三維。不管是AR的輸入锣披，還是輸出贞间，都離不開(kāi)計(jì)算機(jī)視覺(jué)。
（4）核心的交互技術(shù)：包括手勢(shì)交互雹仿、語(yǔ)音交互增热、眼球追蹤等。目前來(lái)看胧辽，裸手交互有望成為AR的核心交互方式之一峻仇。典型公司：leap motion、科大訊飛等
（5）操作系統(tǒng)：AR要成為下一代計(jì)算平臺(tái)邑商，就必須有自己的操作系統(tǒng)础浮，就像windows之于PC帆调，ios/安卓之于手機(jī)一樣奠骄。操作系統(tǒng)的好處就在于給產(chǎn)業(yè)上下游一個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)豆同，利于行業(yè)發(fā)展。典型公司：微軟含鳞、谷歌影锈。
光學(xué)模組
主要負(fù)責(zé)AR眼鏡的成像工作，AR不同于VR蝉绷，雖然它們的近眼顯示系統(tǒng)都是將顯示器上的像素鸭廷，通過(guò)一系列光學(xué)成像元件形成遠(yuǎn)處的虛像并投射到人眼中。不同之處在于熔吗，AR眼鏡需要透視(see-through)辆床，既要看到真實(shí)的外部世界，也要看到虛擬信息桅狠，所以成像系統(tǒng)不能擋在視線前方讼载。這就需要多加一個(gè)或一組光學(xué)組合器(optical combiner)，通過(guò)“層疊”的形式中跌， 將虛擬信息和真實(shí)場(chǎng)景融為一體咨堤，互相補(bǔ)充，互相“增強(qiáng)”漩符。這也是AR眼鏡的一個(gè)難點(diǎn)所在一喘；
目前市場(chǎng)上主流的AR設(shè)備基本都采用光波導(dǎo)光學(xué)方案，光波導(dǎo)是引導(dǎo)光波在其中傳播的介質(zhì)裝置嗜暴，又稱介質(zhì)光波導(dǎo)凸克，光波導(dǎo)的材質(zhì)輕薄，中間層薄度可達(dá)1-10微米闷沥，并且對(duì)于外界光線的穿透特性極高萎战，因此被認(rèn)為是消費(fèi)級(jí)AR眼鏡的必選光學(xué)方案，價(jià)格自然而然也就上去 狐赡。
目前隨著市場(chǎng)上的主流AR眼鏡HoloLens2撞鹉、Magic Leap One等對(duì)光波導(dǎo)技術(shù)的采用和設(shè)備量產(chǎn)，以及AR光學(xué)模組廠商DigiLens颖侄、耐德佳鸟雏、靈犀微光等行業(yè)技術(shù)不斷升級(jí)，國(guó)內(nèi)更多的AR眼鏡制造廠紛紛采用了光波導(dǎo)技術(shù)方案览祖。
AR設(shè)備的光學(xué)顯示系統(tǒng)通常由微型顯示屏和光學(xué)元件組成孝鹊。概括來(lái)說(shuō)，目前市場(chǎng)上的AR眼鏡采用的顯示系統(tǒng)就是各種微型顯示屏和棱鏡展蒂、自由曲面苔咪、BirdBath团赏、光波導(dǎo)等光學(xué)元件的組合，其中光學(xué)組合器的不同体谒，是區(qū)分AR顯示系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。
微型顯示屏，用來(lái)為設(shè)備提供顯示內(nèi)容被去。它可以是自發(fā)光的有源器件，比如發(fā)光二極管面板像micro-OLED和現(xiàn)在很熱門(mén)的micro-LED坯墨，也可以是需要外部光源照明的液晶顯示屏(包括透射式的LCD和反射式的LCOS)，還有基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的數(shù)字微鏡陣列(DMD, 即DLP的核心)和激光束掃描儀(LBS)耍攘。
目前市面上的AR光學(xué)顯示系統(tǒng)的分類和產(chǎn)品有：
那么通過(guò)光波導(dǎo)怎么去實(shí)現(xiàn)所謂的既要看到真實(shí)的外部世界庆揪，也要看到虛擬信息的這個(gè)需求呢式曲？
在AR眼鏡中，最重要的就是“全反射”，即光無(wú)論通過(guò)任何角度投射進(jìn)來(lái)吝羞，都要完全反射兰伤，做到光在傳輸?shù)倪^(guò)程中無(wú)損失無(wú)泄漏；那么想完成這個(gè)钧排，需要滿足兩個(gè)條件：
(1) 傳輸介質(zhì)比周?chē)橘|(zhì)高的折射率(如圖2所示n1> n2);
(2) 入射角需要大于臨界角γc。
光機(jī)完成成像過(guò)程后，波導(dǎo)將光耦合進(jìn)自己的玻璃基底中筒捺，通過(guò)“全反射”原理將光傳輸?shù)窖劬η胺皆籴尫懦鰜?lái)纸厉。這個(gè)過(guò)程中波導(dǎo)只負(fù)責(zé)傳輸圖像系吭，是獨(dú)立于成像系統(tǒng)而存在的一個(gè)單獨(dú)元件。
關(guān)于更多深層次的光波導(dǎo)的技術(shù)原理锄蹂，在本文就不詳細(xì)解說(shuō)了，想繼續(xù)了解的朋友可以網(wǎng)上搜一下，有很多的。
總結(jié)
目前市場(chǎng)上微軟的HoloLens2無(wú)論在交互、SLAM定位侮邀、三維數(shù)據(jù)處理、散熱等表現(xiàn)是非常好的捉超，但是由于操作系統(tǒng)的限制和價(jià)格的高昂，在我了解的工業(yè)行業(yè)使用的不是很多叶撒；國(guó)內(nèi)AR眼鏡做的比較好的有聯(lián)想的晨星AR-G2祠够、影創(chuàng)action one、亮風(fēng)臺(tái)的AIARG200等落君；國(guó)內(nèi)眼鏡的設(shè)計(jì)大多將處理中心與眼鏡分離绎速，以保證處理中心的數(shù)據(jù)處理能力、續(xù)航能力和散熱能力赵哲，這樣做的比較好的一點(diǎn)就是減輕頭部的重量；但是缺點(diǎn)就是通過(guò)數(shù)據(jù)線連接君丁，在工人作業(yè)過(guò)程中避免不了掛到枫夺，接頭接觸不良情況發(fā)生。
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本文作者
史增濤印蔗，主要關(guān)注AR/VR扒最，工業(yè)數(shù)字孿生、AI等領(lǐng)域华嘹、喜歡技術(shù)型公司以及由技術(shù)驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品型公司吧趣。
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