投影投影机光学

VR思考的大脑——信息处理系统（二）

此次介绍VR信息处理系统中的微投技术和传感技术...

作者：佚名

AR之显示：微投影将虚拟融入现实

（1）、微投技术将为AR显示扮演重要角色

光学式AR和视频式AR是增强现实两种显示实现方式。

AR显示讲究的是虚拟物体与真实世界的混合显示，主要分为光学透视式显示增强现实装置（以下简称“光学式AR”）和视频透视式显示增强现实装置（以下简称“视频式AR”）。它们主要的区别在于真实环境的显示方式，类似于单反相机的光学取景器与电子取景器的区别。

光学式AR对真实环境几乎是无损显示，真实场景几乎完整地呈现给用户，所获得的信息可靠全面，但是也使得真实环境与虚拟环境的融合变得困难，代表产品如google glass和微软的hololens。

视频式AR是用封闭的视频头盔与两个视频摄像机结合到一起，视频摄像机为用户获取真实环境的信息，然后将真实环境信息与虚拟物体信息同时合并到显示屏上。视频式AR是通过对真实环境的复现，然后在与虚拟图像进行融合，实现会容易得多，但真实环境的显示受多种因素干扰而存在一定的失真。

由于视频式AR的显示器是由显示屏近眼来实现的，属于沉浸式体验，这与VR的显示屏没有区别，以AMOLED显示屏为优选。

光学式AR的显示主要靠投影器件将虚拟物体视频源投射到半透半反的光学棱镜上，进而与真实环境相融合。微投影器件是光学式AR的核心，承担了将虚拟物体叠加到真实环境显示的功能。

此外，在专业的增强现实领域，投影仪也扮演着重要角色。车载抬头显示（HUD）大大改善了汽车驾驶体验，微型投影仪将导航信息直接投射在驾驶者前方，用户无需转移视线去关注中控平台显示屏上的导航信息，提升了驾驶安全性。飞机抬头显示（HUD）可以将飞行和作战信息提取后，由微型投影仪将影像信息投射到驾驶员前方的玻璃上，提高了飞行安全性和作战能力。

DLP和LCOS将成为增强现实两种主流微投技术。投影技术主要包括LCD投影技术（液晶投影机）、DLP投影技术（数字光学处理器投影机）和LCOS投影技术（反射式液晶投影机）：1、LCD投影机利用金属卤素灯或UHP（冷光源）提供外光源，将液晶板作为光的控制层，通过控制系统产生的电信号控制相应像素的液晶，液晶透明度的变化控制通过液晶的光的强度，产生具有不同灰度层次及颜色的信号，显示输出图像；2、DLP技术由由德州仪器公司研发（专利为德州仪器公司拥有），采用微镜反射投影技术，在投影效果上，亮度和对比度明显提高，体积和重量明显减小；3、LCOS投影机的基本原理与LCD投影机相似，只是LCOS投影机是利用LCOS面板来调变由光源发射出来欲投影至屏幕的光信号。

DLP投影系统的核心是DMD数字微镜设备芯片，其主要特性是投影效果佳，延迟少，适合于无屏电视显示领域（微投影）和可穿戴显示（沉浸式）领域。德州仪器向微投影市场推出了DLP Pico 0.47英寸TRP全高清1080p芯片组，适用于微投产品和沉浸式显示应用，特点是尺寸更小，更适用于VR/AR应用。

LCoS属于新型的反射式微型LCD投影技术（体积比LCD投影小得多），其主要特性是功耗低、生产难度低，更适用于移动应用。它是在液晶LCD的基础上改造发展起来的，采用反射式投射，较少了液晶面板中的晶体管电路层阻挡的部分光线，因此光利用效率可达40%以上，远高于LCD投影的3%，可以大幅节省耗电。此外，LCoS投影还可以利用CMOS制作技术来生产，无需额外投资，可随半导体制程快速的微细化，逐步提高解析度。

因此，DLP投影和LCoS投影非常适合增强现实的所需要的低功耗、微型化的要求。

（2）、DLP技术TI一家垄断，LCoS技术参与商较多

DLP技术的核心在于DMD芯片，而DMD芯片的生产被德州仪器垄断生产，因此要想生产制造DLP微投影器件绕不开德州仪器的支持。德州仪器向微投影市场推出了DLP Pico 0.47英寸TRP全高清1080p芯片组，拥有“全高清分辨率、画面清晰、紧凑型结构适用于各种尺寸的用户终端设备”和“低功耗、适用于电池供电设备，例如便携式投影机和可穿戴式设备”两大关键特性，非常适用于微投产品和沉浸式显示应用。

LCoS的芯片商比较多。包括美国的3M公司，以及通过收购Displaytech获取FLCOS微型显示投影技术的美光公司。

VR/AR之传感器：人机交互的核心

（1）、传感技术是VR/AR人机交互的核心

无论是VR还是AR，都强调用户的交互性，离不开传感器。传感器就是VR/AR的五官，而且VR要想制造身临其境的感觉，AR要想实现虚拟世界与现实世界无缝衔接，它们都对传感器提出了更高的要求。

与智能手机等传统智能硬件相比，VR/AR产品的种类众多，大致包含体视觉传感技术、体感识别技术、眼球追踪技术、触觉反馈技术等，它们传感器通过人体动作追踪，对周围位置环境感知，进而对用户形成动作反馈，从而完成用户在视觉、听觉、触觉、嗅觉的全部人体感知体验。

（2）、关键的传感器件

在VR/AR产品中，除了拥有智能手机里面已经存在的加速度传感器、磁力传感器、光线传感器等普通传感器外，我们应当重视VR/AR中关键的传感器件。

此外，体感识别则是VR/AR最重要的交互技术，人体动作是用户与设备之间交互的最基础的信息输入方式，设备通过捕捉人体动作的位置，识别人体动作的类型，从而对输入的信息进行处理，进而对用户反馈输出信息。要实现体感交互，首先需要位置传感器识别用户自身所处的环境，然后需要捕捉用户的动作进行信息反馈。代表先驱包括微软的Kinect、索尼的PS Move、任天堂的Vii。

激光雷达是VR/AR位置传感器的核心基础器件，摄像头是捕捉动作，实现深度传感的基础，它们在VR/AR中扮演重要角色。

（3）、传感技术的现状

传感技术是VR/AR人机交互的核心手段，其重要性不言而喻。目前虚拟现实巨头在加紧发展终端设备的同时，也积极布局传感技术，以期待在虚拟现实产业上占据关键环节。

从各大巨头的布局来看，微软掌握了深度传感器Kinect；苹果收购了深度传感器PrimeSense，并且在软件上收购了FaceShift和Metaio，可配合PrimeSense进行传感技术深度布局；索尼收购了收购比利时传感器技术公司Softkinetic Systems SA，拥有全世界最小带精细化手势识别功能的 3D深度摄像头；谷歌收购了Lumedyne Technologies，掌握了光学加速度计、振动能量采集器、基于时域相应的惯性传感器等传感技术，此外谷歌的无人驾驶系统整合了声呐系统和雷达系统，将传感器应用发挥到了极致；Facebook收购了Oculus平台，并在软件上收购Surreal Vision，在室内三维重建领域技术领先。

此外，国内厂商也积极切入虚拟现实传感器领域。中科院宁波材料所所属二级所先进制造所的计算机视觉实验室利用全景成像技术成功研制了“虚拟现实视觉传感器”。曼恒数字成功自主研发了光学位置追踪产品G-motion，实现虚拟与真实世界互动。

每一次交互技术的革命，都会引爆一个新的蓝海市场，孕育出伟大的公司。Windows让大妈们也可以轻松的使用电脑，而多点触控屏幕让游戏变得更加轻松自如，VR显示技术是人类第一个相对成熟的，高度沉浸式的，有潜力进入个人消费市场的3D显示技术。目前VR的体验还得依赖外设设备，场景需求明显，只有在自然的符合人性的3D交互技术真正成熟之后，VR的新玩法才能真正成型，才有可能突破场景的限制，成为一个大众消费电子产品。