斯坦福课程揭示VR/AR光学设计挑战与解决方案

在VR/AR光学设计领域，斯坦福大学的EE267虚拟现实课程，由Gordon Wetzstein教授主讲，深入剖析了当前硬件挑战与解决方案。课程内容涵盖了多个关键技术点，如焦点线索和调节-集合冲突、高级光学设计以引入焦点线索、可适应性和基于注视的聚焦显示、单眼视觉与多平面显示、近眼场显示以及Maxwellian类型显示等。 核心挑战在于如何解决虚拟图像固定在单一焦平面的问题，这在缺乏自然的聚焦线索（如在真实世界中，我们能根据物体远近调整眼睛的聚焦）时显得尤为明显。研究发现，随着年龄的增长，人们对于聚焦线索的需求会逐渐减弱，而老花（即调节能力下降）的发生使得这个问题更为复杂。例如，Duane的研究指出，随着年龄增长，人眼的最近聚焦距离不断缩短。 课程强调了 vergence-accommodation conflict（VAC，调节-集合冲突）在VR中的重要性，因为在实际的VR设备中，用户的头部运动与眼睛的调节和集合并未同步，导致不适感。为了克服这一问题，研究者探讨了如何通过设计能够适应用户注视点变化的显示器，比如使用可变焦距或自适应镜片来减少视网膜模糊。 另外，课程还讨论了多维（例如1D+1D'=1f）和放大的显示器设计（如1D+1D'），以及微显示技术在VR/AR中的应用。这些微显示技术可以提供更小的像素尺寸，有助于提高图像质量，但同时也带来了新的光学挑战。 最后，关于AR显示，它们不仅要解决聚焦问题，还要考虑如何将真实世界与虚拟元素融合，同时保持深度感知。例如，利用近眼场显示技术可以模拟出一种仿佛物体就在眼前的效果，但这也要求显示器能够准确地呈现景深信息。 斯坦福的这门课程深入剖析了VR/AR光学设计中的关键难点，包括如何在硬件上实现聚焦、深度和空间感知的无缝体验，以及如何通过创新技术来解决与人眼生理特性相关的挑战。这对于理解和改进当前及未来VR/AR设备的用户体验具有重要意义。