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来,跟着 TI 一起展望 AR 技术的广阔发展前景

2018-10-24
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智能手机上的增强现实应用软件和工具有助于推动开发新一代的AR眼镜应用。


现实世界是美好的,但增强现实(AR)技术可以让它变得更有趣、更高效,还可以带来更丰富的信息。虽然面向大众消费者的可穿戴式AR眼镜尚未问世,但用于智能手机的AR应用和工具已经为新一代AR眼镜应用铺平了道路。


从某种程度上,基于智能手机的AR应用已经验证了这个概念。新一代AR眼镜在硬件上将会集舒适性、高性能与性价比为一体。但是设计这样的设备仍需克服一些技术挑战。


AR 技术无处不在......


Pokemon Go在2016年快速风靡市场,AR应用程序几乎是随处可见。Facebook、Snapchat、Instagram等公司相继入场。Apple的ARKit和Google的ARCore等AR开发环境极大地推动了AR应用在iPhone和Android设备上的扩展(图1)。像Blippar、Zappar和Aurasma这样的AR内容创建工具,或是免费,或是成本很低,使应用程序开发人员、小型和大型企业,甚至非营利组织都可以更轻松地使用AR。



图一:将零售信息添加到视图中只是增强现实应用的诸多应用示例之一


游戏行业在早期催化了AR应用的兴起,但现在AR应用已经渐渐渗透至各行各业,例如教育、广告营销、建筑工程、博物馆等。宜家等零售商通过AR应用让买家提前感受家具的实际陈列效果。Airbnb展示的一款AR应用程序,可以为租客提供信息丰富的导游服务。


教育类AR应用程序可创建沉浸式的学习环境。想象一下,在学习火山相关的知识时,学生们不再是通过阅读或观看火山的相关视频,而是在课桌上真实地经历一次火山爆发。


大英博物馆正在测试一款AR智能手机应用程序,它将取代录音或壁挂式卡片等传统的艺术品介绍形式,转而以一种更为生动形象的方式再现艺术品的创作过程。建筑或工程公司将物理模型与AR相结合,在提供解释或促销信息的同时,还可以让客户从内到外体验建筑物。至少这种方式更具吸引力。这些例子为AR提供了广阔的应用前景。


新一代可穿戴设备


尽管智能手机上的应用程序已经证明了AR的可行性和巨大潜力,不过专为AR应用设计的新一代眼镜将提供一种更强大的、身临其境的体验。智能手机上的AR体验受到手机显示屏的限制,而AR眼镜显示的图像和图形则漂浮在观察者的视野前方,就好像它们确实是现实场景中的一部分一样。


有几种不同类型的应用可能非常适合AR眼镜。当然,游戏就是其中之一。想象一下,小型战舰在客厅的家具周围巡航,飞机从你的吊扇上俯冲下来攻击。在机械和工业工程中,查看和操纵3D对象的能力也非常有用。自行车手、滑雪者或摩托车越野赛车手可以从嵌入头盔的AR眼镜中看到速度、心率、跑道位置、剩余燃料等关键信息。在库存管理或仓储应用中,AR眼镜可以将人员引导到很难找到的存储箱位置或者立即确认从库存中取出了正确的物品。


为有效利用这些应用,AR眼镜必须拥有舒适的佩戴效果,还要有合适的续航和性能平衡。AR眼镜的关键组件之一是显示子系统。它的主要作用是欺骗大脑,让它认为所看到的是现实世界的一部分,而达到这种性能水平就需要精心设计的AR显示器。


设计注意事项


在为特定应用设计最佳AR眼镜时,设计人员可以遵循几种不同的方法。每种显示技术都有自己的优点和缺点,但在评估AR显示技术时,AR眼镜设计师都需要考虑一定的操作特性,包括:


低功耗:


为实现小巧轻量化的AR眼镜,显示子系统的功耗必须要低。AR显示器功耗的关键决定因素是其光学效率,即从照明光源进入眼睛的光线量。如果设计的光学效率不高,通常需要提高产品尺寸以便容纳更大的电池,或者降低显示器的亮度以适应有限的电池容量。


高光学效率的显示器为开发人员提供了更大的灵活性,可根据在AR眼镜上运行应用的特定要求来优化设计。例如,骑自行车之类的户外运动应用可能需要AR眼镜针对高亮度进行优化,部署在仓库库存管理应用中的AR眼镜不需要高亮度水平,因而可以针对性地优化,延长电池的续航时间。


亮度:


AR显示器的亮度是用户体验的关键决定因素。如果亮度有限,则显示器可能无法在显示的内容和背景环境之间产生足够的差异(图2)。另外,如果眼镜是在户外使用,则显示器的输出必须非常明亮,才能使内容清晰可见。



图二:明亮的AR显示(右)是用户体验的关键决定因素。如果亮度受限(左),则显示器可能无法在显示的内容和背景环境之间产生足够的差异。


对比度:


对比度衡量显示器中最黑的黑色和最白的白色之间的差别(图3)。高对比度将使内容非常丰富,也可以让用户感到更加身临其境。另外,单个像素能成为真正黑色的能力在AR眼镜中是至关重要的,因为黑色像素对佩戴者来说是透明的。如果这些像素不是真正的黑色,而是灰色的阴影时,佩戴者将会看到一个既不真实而且令人分心的灰色背景,勾勒出眼镜的显示区域。



图三:与低对比度(左)演示相比,高对比度(右)使内容更丰富,更具沉浸感。


高速/低延迟:


高帧率、低延迟的显示在与头部移动相关的AR应用中尤为重要。在这样的应用中,显示器中的延迟可能导致增强的内容与现实世界中的对象不能够正确对齐。


结论

新一代AR眼镜将使AR应用更充分地发挥其全部潜力。AR眼镜不会将AR应用嵌入到现实中的智能手机屏幕上,而是将使应用及其现实成为用户现实世界中的一部分。达到上述目标需要认真考虑眼镜显示子系统相关的设计问题。



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