玻璃是未來AR設(shè)備的關(guān)鍵組件，可以完美地將真實(shí)和數(shù)字世界融為一體。通過引入靈活的超薄玻璃技術(shù)，使得我們的產(chǎn)品開發(fā)人員能夠在新的維度進(jìn)行思考。
增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)將真實(shí)世界與虛擬世界融合在一起。 它在技術(shù)上的復(fù)雜性同樣令人著迷 ，特別是與逐漸流行的AR眼鏡相結(jié)合時(shí)。 這些高科技眼鏡的生產(chǎn)商得到位于德國(guó)耶拿的LightTrans的支持。該公司開發(fā)和銷售用于物理光學(xué)建模和仿真的軟件。
目前的問題是非常深?yuàn)W的：我們?cè)撊绾慰创@個(gè)世界？每個(gè)獨(dú)立的個(gè)體都會(huì)從不同的角度來觀察世界，這樣的事實(shí)已經(jīng)足夠哲學(xué)家們?nèi)ニ伎剂耍退闶菑募兇獾募夹g(shù)角度來看，AR也給物理學(xué)家?guī)砹司薮蟮奶魬?zhàn)。真實(shí)世界和虛擬世界的融合異常復(fù)雜，特別是在AR眼鏡的流行趨勢(shì)面前。畢竟，AR觀看時(shí)首先應(yīng)該保持視野清晰，同時(shí)在此基礎(chǔ)上使用虛擬重疊進(jìn)行現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)。那么，如何保證AR眼鏡的使用者在能夠清楚地觀察世界的前提下，將虛擬世界的信息清晰、銳利的展現(xiàn)在用戶眼前呢？
答案可以在耶拿找到！位于德國(guó)圖林根州的大學(xué)城被認(rèn)為是卓越的光學(xué)中心，它秉承著卡爾·蔡司，奧托·肖特和恩斯特·阿貝等光學(xué)巨匠的傳統(tǒng)。SCHOTT在這里設(shè)有一個(gè)玻璃工廠，同樣LightTrans也在這里。這家雄心勃勃的公司開發(fā)了VirtualLab Fusion軟件，該軟件使用快速物理光學(xué)計(jì)算模型模擬和優(yōu)化光學(xué)元件以及系統(tǒng)。
一棟位于在耶拿市中心西南部的薩勒（Saale）不遠(yuǎn)處的辦公樓，從建筑的外表看幾乎沒有人會(huì)相信這里面有高深的物理光學(xué)技術(shù)。但公司的主人一旦打開門，這種印象就會(huì)立刻發(fā)生轉(zhuǎn)變。
Frank Wyrowski教授（博士）是LightTrans的董事長(zhǎng)以及耶拿大學(xué)應(yīng)用計(jì)算光學(xué)組的主席教授。
Wyrowski Photonics首席執(zhí)行官Christian Hellmann（左）與肖特首席科學(xué)家Frank-Thomas Lentes博士一起試用AR眼鏡。
一個(gè)簡(jiǎn)單的握手仿佛告訴我：他想要做與眾不同的事。Frank Wyrowski在討論增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)時(shí)眼中閃爍的光芒更加確認(rèn)了這個(gè)想法。Wyrowsi是一名物理學(xué)教授。他是弗里德里希·席勒大學(xué)應(yīng)用物理研究所應(yīng)用計(jì)算光學(xué)小組的負(fù)責(zé)人。他于1999年創(chuàng)立了LightTrans集團(tuán)公司，該公司由三家子公司組成：LightTrans GmbH，LightTrans International UG和Wyrowski Photonics GmbH。公司現(xiàn)有約30名員工，包括物理學(xué)家，數(shù)學(xué)家和計(jì)算機(jī)專家。“我們將自己視為電磁建模和設(shè)計(jì)的潮流引領(lǐng)者。我們的VirtualLab Fusion軟件不僅可以讓我們模擬現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)中的光傳播，還可以在這一平臺(tái)上結(jié)合各種仿真模型，“Wyrowski解釋道。這是一個(gè)獨(dú)特的賣點(diǎn)。
具有藝術(shù)性的物理光學(xué)軟件
AR目前正在蓬勃發(fā)展。兩年前，智能手機(jī)游戲PokémonGo引發(fā)了全球熱潮。 直到今天，全世界約有6000萬粉絲每個(gè)月都在尋找虛擬幻想生物。新的世界早已打開，這不僅僅是對(duì)游戲玩家而言。使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用有望徹底改變我們的日常生活。 由Splendid Research主導(dǎo)的調(diào)查：“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)監(jiān)測(cè)2018”（ Augmented Reality Monitor 2018）中，超過一半的受訪者表示他們希望將來能夠使用AR技術(shù)來幫助日常生活。
例如，體育迷們?cè)缇褪煜さ淖闱虮荣愔杏脕順?biāo)識(shí)出爭(zhēng)球線或有爭(zhēng)議越位的疊加線。AR早已進(jìn)入貿(mào)易和工業(yè)領(lǐng)域。例如，來自蒂森克魯普的裝配工使用AR眼鏡進(jìn)行電梯維護(hù)，顯示所需維修信息—實(shí)現(xiàn)讓雙手在艱巨條件下的自由工作。 汽車制造商的全球開發(fā)團(tuán)隊(duì)在AR應(yīng)用程序（如設(shè)計(jì)對(duì)象）上進(jìn)行協(xié)作。未來還有更多可能：從通過虛擬人體學(xué)習(xí)的醫(yī)學(xué)生到通過真實(shí)全息圖與來自世界另一端的朋友和同事進(jìn)行實(shí)時(shí)對(duì)話。
光導(dǎo)技術(shù)
市場(chǎng)正在悄悄發(fā)生變化。像智能手機(jī)制造商這樣的科技巨頭，正在投資他們自己的應(yīng)用編程接口（APIs）和傳感器技術(shù)，用于直接實(shí)現(xiàn)AR產(chǎn)品開發(fā)，正如微軟及其HoloLens一樣，銷售功能性的AR眼鏡。然而，另一方面，沒有專業(yè)知識(shí)或財(cái)務(wù)能力的中小公司也可以使用LightTrans的軟件計(jì)算開發(fā)高質(zhì)量的光學(xué)設(shè)計(jì)。
目標(biāo)：清晰、銳利的圖像
這種光學(xué)設(shè)計(jì)對(duì)于眼鏡而言尤其困難，因?yàn)橥队昂透兄l(fā)生在非常狹窄的空間中，而不允許額外的屏幕來描繪真實(shí)世界和虛擬世界，正如智能手機(jī)的情況一樣。 “定義規(guī)范非常復(fù)雜，問題總是出現(xiàn)在大腦處理問題的方式上，因?yàn)檫@方面仍然不是很清楚，“Wyrowski教授說。在LightTrans會(huì)議室，他用一個(gè)激光筆指示著投影在墻上的幻燈片解釋說明“平面波”進(jìn)入人眼—光在到達(dá)人眼視網(wǎng)膜成像前的過程。
LightTrans首席技術(shù)官Site Zhang博士，負(fù)責(zé)監(jiān)督產(chǎn)品開發(fā)和使用案例。
使用VirtualLab Fusion軟件，可以準(zhǔn)確，快速地建模各種光學(xué)系統(tǒng)。
AR眼鏡有許多方法盡可能最佳地將光波引入眼睛以產(chǎn)生清晰，銳利的圖像。 “光導(dǎo)技術(shù)（參見第17頁(yè)的圖表）證明在未來具有光明的前景，”Wyrowski解釋道。首先，因?yàn)槭袌?chǎng)上已有類似的很有前景的產(chǎn)品，其次因?yàn)檫@樣AR技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)緊湊設(shè)計(jì)。
光導(dǎo)技術(shù)通常使用三個(gè)玻璃晶片，每個(gè)晶片用作紅 - 綠 - 藍(lán)（RGB）顏色空間中的一種顏色的光導(dǎo)。然后將諸如LED投影儀的光源定位在三個(gè)晶片的側(cè)面上，以將圖像信息耦合到晶片中。晶圓需要一個(gè)“光柵”—一個(gè)周期性的納米結(jié)構(gòu) - 為光提供進(jìn)入人眼的最佳路徑。目的是將傳播角度擴(kuò)大到總是大于全內(nèi)反射角度的極限角度的點(diǎn)。Wyrowski將此與觀察水面相比較：“如果你從上面直視游泳池，你可以看到游泳池的底部。另一方面，如果你在陽光明媚的日子潛入水池并沿著水面觀察，那么你會(huì)看到很多強(qiáng)烈的光反射。“覆蓋大視野（FoV）也很重要。在盡可能引導(dǎo)光波時(shí)，同時(shí)還要考慮通過大的眼框的不同眼睛位置或距離。包含多個(gè)視野的信息必須通過光導(dǎo)引導(dǎo)，然后再通過光柵耦合出來，以便將其提供給人眼 - 理想情況是以盡可能最均勻的方式。 “因?yàn)檫@是在光柵結(jié)構(gòu)的納米尺度上進(jìn)行的，我們的軟件建模必須基于物理光學(xué)。我們正在進(jìn)行高水平的建模，包括所有相關(guān)的物理光學(xué)效應(yīng)。我們可以快速，非常準(zhǔn)確地做到這一點(diǎn)，“Wyrowski說。
肖特則是基于LightTrans的專業(yè)技術(shù)。目前正在進(jìn)行一個(gè)聯(lián)合項(xiàng)目，其中兩個(gè)合作伙伴正在研究如何進(jìn)一步改進(jìn)AR應(yīng)用的玻璃晶圓。如今，肖特RealView™高折射率玻璃晶圓已達(dá)到前所未有的銳度，視野和重量。涂覆的晶片由具有高折射率的光學(xué)玻璃制成 - 它們的折射率超過1.9。 這允許它們顯著增加AR設(shè)備中的視野。 生產(chǎn)者第一次可以將視野擴(kuò)展到人類周邊視覺的極限。 到目前為止，只有非常小的區(qū)域才能實(shí)現(xiàn)漸進(jìn)。 玻璃表面的高幾何精度，精確到原子，可以在對(duì)比度和分辨率方面達(dá)到圖像質(zhì)量，這是迄今為止尚未被認(rèn)為可能實(shí)現(xiàn)的。 肖特RealView™晶圓是傳統(tǒng)玻璃晶圓的全反射角度的兩倍。
如果沒有Light-Trans的精確光學(xué)建模，這些結(jié)果就無法實(shí)現(xiàn)。 兩家公司之間的密切合作將有助于我們?cè)谖磥硪酝耆煌囊暯强创@個(gè)世界。
通過生產(chǎn)獨(dú)特的高折射率玻璃晶片作為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的關(guān)鍵組件，我們使產(chǎn)品工程師和設(shè)計(jì)師能夠?qū)⒂脩趔w驗(yàn)提升到新的水平。
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