空間運算創新領域的研究人員創造了一種擴增實境頭顯原型，可將全彩三維動態影像投射到看起來像普通眼鏡的鏡片上。與當今體積龐大的擴增實境系統不同，這種新型頭戴裝置設計時尚舒適，便於全天佩戴，可提供身臨其境的三維視覺體驗。

透過全像技術和人工智慧，這些眼鏡可以在直接觀看真實世界的基礎上顯示全彩3D 行動影像。圖片來源：安德魯-布羅德海德

電子工程系副教授、快速崛起的空間計算領域專家戈登-韋茨坦（Gordon Wetzstein）說：”我們的頭顯在外界看來就像一副日常佩戴的眼鏡，但佩戴者透過鏡片看到的是一個豐富的世界，上面疊加著生動的全彩三維計算圖像。

他們說，雖然這種技術現在只是一個原型，但它可以改變從遊戲和娛樂到培訓和教育等領域–在任何地方，電腦影像都可以增強或告知佩戴者對周圍世界的了解。

韋茨坦領導的斯坦福計算成像實驗室的博士生、該論文的共同第一作者馬努-戈帕庫馬爾（Manu Gopakumar）說：”我們可以想像，外科醫生戴著這樣的眼鏡來規劃精細或複雜的手術，或是飛機機械師戴著這樣的眼鏡來學習如何操作最新的噴射發動機。

這種新方法首次將複雜的工程要求串聯起來，迄今為止，這些要求要么導致頭戴式頭顯不美觀，要么導致3D 視覺體驗不令人滿意，佩戴者會感到視覺疲勞，有時甚至有點噁心。

史丹佛大學計算成像實驗室博士後研究員、論文共同第一作者Gun-Yeal Lee 說：”目前還沒有其他擴增實境系統能與我們的三維影像品質相媲美。”

為了取得成功，研究人員結合人工智慧增強全像成像和新型奈米光子設備方法，克服了各種技術障礙。第一個障礙是，顯示擴增實境影像的技術通常需要使用複雜的光學系統。在這些系統中，用戶實際上無法透過頭戴裝置看到真實世界。相反，安裝在頭顯外部的攝影機會即時捕捉世界，並將影像與計算影像結合。然後將生成的混合影像立體投射到使用者眼中。

“使用者看到的是現實世界的數位化近似圖，上面疊加了計算影像。這是一種增強虛擬現實，而不是真正的擴增實境。”Wetzstein 解釋說，這些系統必然非常笨重，因為它們在佩戴者的眼睛和投影螢幕之間使用放大鏡片，要求眼睛、鏡片和螢幕之間的距離最小，從而增加了體積。

史丹佛計算成像實驗室的博士生、論文的共同作者Suyeon Choi 說：”除了笨重之外，這些局限性還可能導致感知真實度不盡人意，通常還會造成視覺不適。”

為了製作出在視覺上更令人滿意的三維影像，韋茨坦摒棄了傳統的立體方法，轉而採用全像技術，這是一種在20 世紀40 年代末獲得諾貝爾獎的視覺技術。儘管全像技術在三維成像方面大有可為，但由於無法描繪準確的三維深度線索，全像技術的廣泛應用一直受到限制，導致視覺體驗不佳，有時甚至令人有類似暈車的反應。

Wetzstein 團隊利用人工智慧改進了全像投影中的深度提示。然後，利用奈米光子學和波導顯示技術的進步，研究人員能夠將計算出的全像影像投射到眼鏡鏡片上，而無需依賴笨重的附加光學元件。

透過在透鏡表面蝕刻奈米級的圖案來建構波導。安裝在每個太陽穴上的小型全像顯示器透過蝕刻圖案投射計算影像，這些圖案會在鏡片內反彈光線，然後將光線直接傳送到觀看者的眼睛。透過眼鏡片，使用者既能看到真實世界，又能看到上面顯示的全彩3D 計算影像。

3D 效果之所以得到增強，是因為它是透過立體和全像兩種方式產生的，前者是指每隻眼睛都能看到略有不同的影像，就像傳統的3D 成像一樣；後者則是指每隻眼睛都能看到略有不同的影像，就像傳統的3D 成像一樣。

史丹佛大學計算成像實驗室的博士生布萊恩-趙（Brian Chao）是這篇論文的共同作者，他說：”利用全息技術，你還可以在每隻眼睛前獲得完整的三維體積，從而提高栩栩如生的三維影像品質。

新的波導顯示技術和全像成像技術的最終成果是提供逼真的三維視覺體驗，既能滿足使用者的視覺需求，又不會讓使用者感到疲勞，而這種疲勞感正是早期方法所面臨的挑戰。

Wetzstein 說：”全息顯示一直被認為是終極3D 技術，但它從未取得重大的商業突破。也許現在他們有了多年來一直在等待的殺手級應用”。

編譯來源：ScitechDaily