透视式头盔显示器及评测方法

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1、See-throughHeadMountedDisplayanditsEvaluationMethod透视式头盔显示器及评测方法YueLiuBeijingEngineeringResearchCenterofMixedRealityandAdvancedDisplaySchoolofOptoelectronics,BeijingInstituteofTechnology,China北京理工大学光电学院北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心1刘越目录一.研究背景二.瓶颈问题三.解决方案四.未来方向2应用于VR/AR的头盔显示器MixedReality(MR)RealAugmen

2、tedAugmentedVirtualEnvironmentReality(AR)Virtuality(AV)Environment头盔显示器定义：“Ahead-mounteddisplayorhelmetmounteddisplay,bothabbreviatedHMD,isadisplaydevice,wornontheheadoraspartofahelmet,thathasasmalldisplayopticinfrontofone(monocularHMD)oreacheye(binocularHMD)”头盔显示器是虚拟现实领域最重要的设备头盔显示器是移动增强现

3、实领域最重要的设备头盔显示器是未来生活的最重要设备32016年是虚拟现实元年45头盔显示器发展历程HoloLensOculusMagicLeap19681999200420052008200970809020002010201519802001200420082009Googleglass6微软HololensHololens于北京时间2015年1月22日凌晨与Windows10同时发布HoloLens是增强现实眼镜，戴上它之后，会在现实的世界里混入虚拟物体或信息，从而进入到一个混合空间中去。它会将人的头部移动虚拟成指针，将手势用作动作开关，而将声音指令作为辅助，帮助切换

4、不同的动作指令。相比GoogleGlass，HoloLens的工作环境是室内，以提供新的交互方式来帮助人更加高效地工作，或者展示新的娱乐方式。相比OculusRift，HoloLens不会把人封闭在全新的虚拟世界里，所以并不妨碍人们面对面交流。目录一.研究背景二.瓶颈问题三.解决方案四.未来方向8瓶颈问题头戴式装置的体积和重量显示视场角/分辨率矛盾聚焦/辐辏失配带来的眩晕感系统标定及虚实融合一致性再现三维图像的畸变预测……9体积vs重量传统头盔显示器光学系统较为复杂，加大了整个系统的体积与重量。400g以上重量，佩戴时间平均为20-30分钟；300g重量，佩戴

5、时间可能延续到1个小时左右；终极目标是低于50g，与眼镜相当。N-VisionDatavisor803DHead公司推出GCS3样机IODC,201010视场角vs分辨率由于微显示器工艺的限制，在头盔显示器的设计中存在视场角越大、分辨率越低的矛盾，而设计头盔显示器时需同时追求大视场角和高分辨率。11230K10WQVGAVGA9WVGA8SVGASXGA7654分辨率（弧分）321102030405060708090o视场角（）Appliedoptics,200911聚焦vs辐辏用户在佩戴头盔显示器时由于双目辐辏系统和聚焦系统之间的冲突会引起双目融像困难，从而产生疲劳感。J

6、ournalofVision,200812虚vs实融合一致性几何一致性：虚拟图像要求准确叠加到真实环境，实现几何位置精确配准，标定结果根据人眼实时位置快速调校。光照一致性：使用真实世界光照渲染虚拟物体，从而达到虚实物体光照匹配。绘制具有真实世界光照的高真实感虚拟物体会牺牲增强现实系统的性能。ICIP,201313ACMTOG,2011IEEEISUVR,2011图像拍摄再现畸变预测在立体图像拍摄与再现的过程中，再现图像的长宽高比例会出现失真的情况，应该在拍摄与显示时尽量避免这一情况的发生。摄像机视场角15°，再现空间的整体深度辐辏距离2.3m，预测到木偶剧院被减小了，并

7、且预测到一个较大的硬纸板效应。深度大约在7.5m处的物体效应。再现于无穷远处。ReportITU-RBT.2293-0(11/2013)14目录一.研究背景二.瓶颈问题三.解决方案四.未来方向15增强现实透视式显示头盔视频式1可利用VR头盔显示器对注册、定位系统的要求相对较低需要进行图像融合2需要使用两台以上摄录机拍摄外部图像3光学式1PC对真实世界的感知准确2不易产生晕眩较少增加头部负重需重新研制头盔显示器3对注册、定位系统的要求高16视频透视式头盔显示器系统构成视频透