玻璃是未來AR設(shè)備的關(guān)鍵組件，可以完美地將真實和數(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（AR）技術(shù)將真實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。 這些高科技眼鏡的生產(chǎn)商得到位于德國耶拿的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奧的：我們該如何看待這個世界？每個獨立的個體都會從不同的角度來觀察世界，這樣的事實已經(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眼鏡的流行趨勢面前。畢竟，AR觀看時首先應(yīng)該保持視野清晰，同時在此基礎(chǔ)上使用虛擬重疊進(jìn)行現(xiàn)實增強(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，這種印象就會立刻發(fā)生轉(zhuǎn)變。
Frank Wyrowski教授（博士）是LightTrans的董事長以及耶拿大學(xué)應(yīng)用計算光學(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。
一個簡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)實時眼中閃爍的光芒更加確認(rèn)了這個想法。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)家和計算機(jī)專家。“我們將自己視為電磁建模和設(shè)計的潮流引領(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，還可以在這一平臺上結(jié)合各種仿真模型，“Wyrowski解釋道。這是一個獨特的賣點。
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，這不僅僅是對游戲玩家而言。使用增強(qiáng)現(xiàn)實技術(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)實監(jiān)測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，體育迷們早就熟悉的足球比賽中用來標(biāo)識出爭球線或有爭議越位的疊加線。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)隊在AR應(yīng)用程序（如設(shè)計對象）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)生到通過真實全息圖與來自世界另一端的朋友和同事進(jìn)行實時對話。
光導(dǎo)技術(shù)
市場正在悄悄發(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)知識或財務(wù)能力的中小公司也可以使用LightTrans的軟件計算開發(fā)高質(zhì)量的光學(xué)設(shè)計。
目標(biāo)：清晰、銳利的圖像
這種光學(xué)設(shè)計對于眼鏡而言尤其困難，因為投影和感知發(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，因為這方面仍然不是很清楚，“Wyrowski教授說。在LightTrans會議室，他用一個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頁的圖表）證明在未來具有光明的前景，”Wyrowski解釋道。首先，因為市場上已有類似的很有前景的產(chǎn)品，其次因為這樣AR技術(shù)可以實現(xiàn)緊湊設(shè)計。
光導(dǎo)技術(shù)通常使用三個玻璃晶片，每個晶片用作紅 - 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“光柵”—一個周期性的納米結(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。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，同時還要考慮通過大的眼框的不同眼睛位置或距離。包含多個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。 “因為這是在光柵結(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，“Wyrowski說。
肖特則是基于LightTrans的專業(yè)技術(shù)。目前正在進(jìn)行一個聯(lián)合項目，其中兩個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)域才能實現(xiàn)漸進(jìn)。 玻璃表面的高幾何精度，精確到原子，可以在對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)果就無法實現(xiàn)。 兩家公司之間的密切合作將有助于我們在未來以完全不同的視角看待這個世界。
通過生產(chǎn)獨特的高折射率玻璃晶片作為增強(qiáng)現(xiàn)實設(shè)備的關(guān)鍵組件，我們使產(chǎn)品工程師和設(shè)計師能夠?qū)⒂脩趔w驗提升到新的水平。
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