试想一下,我们将虚拟信息无缝叠加到现实世界中,却因为阳光照射而看不清楚,实在是大煞风景。虚拟世界和现实世界亮度水平的混合,是透光增强现实(AR)设备面临的障碍。为了克服 AR 眼镜的这种限制,业界正在开发关键的环境调光技术。
AR 眼镜是透光的,用户可以同时看到真实世界和投射在上面的数字层。然而,现实世界中物体的亮度很容易盖过所投影虚拟物体的亮度。在阳光明媚的日子里,虚拟信息会显得模糊不清,从而影响整体AR 体验。环境调光从根本上控制了进入人眼的真实世界光线量,使得虚拟内容在各种不同的外部照明条件下显得更加真实和逼真。
可以在全局 (global dimming) 或像素级执行环境调光。调光可直接添加到设备光学组件中,既可以在全局层面上对整个真实世界进行调光,也可以在局部层面上仅对虚拟图像区域本身进行调光(这称为像素化调光 (pixelated dimming))。
全局调光可以通过液晶快门或电致变色薄膜等技术来实现,而开关速度要求也不太高。全局调光适用于基本的 AR 叠加,相比完全不调光要好,但会牺牲对于现实世界的可视性。
而像素化调光则能显着改善图像质量,因为调光器的每个像素都能独立调整传输,有选择性地调暗特定区域。它可以调暗虚拟对象背后的明亮背景,使得虚拟对象更加突出,看起来更有立体感,从而为高级 AR 应用打开空间。此外,由于眼睛仍在观看全亮度真实世界的其他部分,因此虚拟对象中的黑色内容会比使用全局调光时更黑。与所有更先进的技术一样,像素化调光技术也更难实现,它需要快速切换的调光技术,如生物塑料薄膜上的液晶单元。
调光类型。来源:FlexEnable
全局调光有几种备选技术,包括基于电致变色和液晶的方法。
电致变色薄膜可以根据外加电荷改变透光率,控制光线的通过量,并降低整体亮度。市场上的一些产品已经采用了电致变色薄膜,比如Viture XR 眼镜和 XReal Air Pro 2 眼镜都有电致变色镜片,只需按下按钮,镜片就会变暗,遮挡外界光线。
由于像素化调光(和叠加的虚拟对象)都需要根据用户头部位置不断移动,需要较高的切换速度,因此必须使用液晶单元。这种像素化调光单元可以在玻璃上制造,但玻璃本身相对较重,会增加不必要的重量。AR 眼镜需要非常轻便,以保证全天佩戴舒适度。此外,AR 光学镜片通常在超过一个方向(双轴)上弯曲,因此调光单元还必须与弯曲的固定 3D 光学镜片相匹配,这超出了玻璃液晶单元所能做到的范围。表明了需要塑料液晶单元来满足全天候可穿戴 AR 设备对形状、重量和体积的要求。
FlexEnable已经开发出在塑料上制造液晶单元的方法,以及使用有机晶体管将其像素化的方法(同样在光学性能理想的生物塑料薄膜上),这些都是在塑料上实现像素化调光的必要因素。最终,像素调光器变得无比轻薄(一个直径 30 毫米调光器重量不到 0.3 克,厚度仅为100 微米)。这些液晶单元可以在不损坏液晶材料或有机晶体管的温度下通过热成型进行双轴弯曲。
双轴弯曲液晶调光单元,来源:FlexEnable
增强现实技术(AR)有可能改变我们与世界互动的方式,为教育、培训、制造、娱乐、购物和旅游等不同领域带来诸多益处。然而,如要充分发挥 AR 的潜力和广泛采用 AR,便 需要佩戴舒适、用户友好的 AR 眼镜。
环境调光技术将会为AR 眼镜克服重要障碍。随着技术的成熟,我们可以预期,在各种照明条件下,AR 体验将变得更加自然、更加身临其境及更加实用。这为未来 AR 与人类世界无缝融合、增强人们对周围环境的感知和互动打稳基础。