微软VR/AR全息近眼显示研究：如普通眼镜大小的原型

日前，微软研究团队介绍了一个关于“用于VR/AR的全息近眼显示”的研究项目，在这个项目中，微软将探索如何通过数字全息技术来构建基于虚拟现实和混合现实（或增强现实）的近眼显示设备。根据VR科技网了解，微软研究团队在实验中通过对激光形成的纯相位全息图进行研究，解决了数字全息图的一些已知局限性，并展示了全息技术为近眼显示带来的一些新功能，包括每像素焦点控制、视觉矫正等突破。

解决全息图的局限性：

画面质量

数字全息图通常与噪声，低对比度，低分辨率和单色图像相关联。而微软研究团队却是使用现有的硬件设备形成高对比度，高分辨率和全色数字全息图，从而生成更接近传统显示器的画质。以下图像是全息近眼显示设备原型拍摄的照片，视野是水平角度为70度。

计算速度

由于涉及到复杂的计算，因此数字全息图也常与慢速离线计算相关联。在这方面，微软研究团队使用类似于眼球跟踪的全息图，当用户正在注视某一特定图像时，它具有正确的图像焦点和最佳的图像质量。结合 GPU 加速算法，可在 GPU（NVIDIA GeForce GTX 980 TI）上带来 90-260 Hz的实时全息图渲染。

为近眼显示设备集成强大的功能

焦点控制

改变图像焦点在近眼显示设备上是可以实现的，在透视的显示设备中它允许图像焦点匹配眼睛焦点，从而增加沉浸感。与可变焦点、多焦点和光场显示不同，全息显示能够提供每像素焦点控制，几乎没有离散化，从而实现平滑和自然的焦点提示。下图是全息显示原型设备在每像素焦点控制下，可带来高分辨率和高画质的全息图。值得注意的是，下图（龙的胸部）处于对焦状态，而较近的区域（例如头部）较远的区域（例如主体和尾部）则不在焦点范围内。而右侧两列的图像显示（龙身体的各个区域），分别进入和离开焦点区域的效果。

视力校正

可根据不同用户的视力程度进行校正是近眼显示设备的一个重要指标。微软研究团队指出全息显示设备能够具备强大的视力校正能力，适用人群可涵盖近视和远视，甚至在更高阶的视力问题，如散光。而下图展示了全息显示设备原型校正散光的能力，左图是正常视力用户显示的图像，而中图是散光用户显示的图像（主要是水平线条比垂直方向的会更模糊），右图是散光用户经过校正后显示的图像。

像差校正

全息显示设备还能提供像差校正，是一种在软件中对光学器件的光学校正过程进行编码的能力，而这种能力可以使用更简单的光学器件来实现新的光学架构。全息图可以在每个像素的基础上进行任意的光学校正，在下图（左上角）的是没有应用像差校正的全息图，我们可以看到图像存在严重的散光，使得图像未能在合适的水平和垂直线上对焦。而下图（右上角）展示的则是经过像差校正的全息图。我们可以看到，在整个视野中的线条是十分锐利不模糊的。而下图（底部）的图像展示的是应用像差校正后更为复杂、多色的全息图。

形状因素

近眼显示器要考虑的关键因素是外形，重量足够轻、舒适度足够、能全天候使用的显示设备才能吸引更多的受众。下图是微软展示的一个如同普通太阳眼镜大小的原型设备，该眼镜具有80度的水平视野。不过该显示设备是单视镜，其他驱动的电子元件是外部的。因此要构建一个立体全息显示设备仍然是很大的挑战。

值得注意的是，微软研究人员表示，这个研究项目只是涉及全息显示设备的基础研究，并不代表任何微软的产品路线图。

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