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隨著技術發(fā)展 ， VR的視覺效果和體驗感越來越好 ， 盡管如此這項技術依然存在多種技術局限 ， 其中最明顯的 ， 就是VR笨重的外形 。 實際上 ， 從2016年Rift頭顯問世至今 ， C端VR頭顯的體積的確在逐漸縮小 ， 然而現(xiàn)有的VR頭顯產(chǎn)品依然普遍體積笨重 。 這主要是因為VR光學元件通常具有一定厚度 ， 經(jīng)過多年發(fā)展 ， 這一點并沒有太大改善 。 為此 ， 一些VR廠商開始探索基于Pancake的超短焦光學 ， 不過目前還沒有一個將6DoF Inside-Out定位和短焦方案結合的VR一體機產(chǎn)品 。
基于Pancake光學的超短焦VR已經(jīng)足夠輕便 ， 但在NVIDIA眼中 ， VR還可以更小 ， 尤其是VR光學模組的厚度、透鏡和顯示器之間的距離還可以縮短 。 因此 ， NVIDIA與斯坦福大學合作研發(fā)了一種基于SLM元件和光波導的全息VR顯示方案 ， 并在近期公布了這項成果 。
據(jù)青亭網(wǎng)了解 ， NVIDIA的全息方案可以將VR眼鏡的厚度縮短至2.5毫米 ， 而且不僅能顯示2D圖像 ， 還支持3D顯示 ， 視覺效果更立體 。 其最大的突破是采用精密設計的光學結構 ， 極大縮減光學模組的厚度 。 值得注意的是 ， 該方案可搭配眼球追蹤模組 ， 并采用一種Pupil-HOGD算法來校準用戶的動態(tài)瞳孔尺寸（誤差小于0.5毫米） ， 以提升VR圖像質(zhì)量 。 巧妙的是 ， 還能將用戶的瞳孔作為一種天然的傅里葉濾波器 。
全息VR光學原理
我們知道 ， VR頭顯的本質(zhì)是將一款顯示屏放在你眼前很近的地方 。 而人眼距離屏幕太近會看不清東西 ， 因此為了讓你在近距離看清楚VR屏幕的畫面 ， 則需要加入透鏡結構來放大圖像 。 長期以來 ， VR常常采用菲涅爾透鏡結構 ， 這種透鏡方案的缺點是光路較長 ， 因此光學模組的厚度偏大 。 相比之下 ， Pancake透鏡采用折疊式光路 ， 可大幅縮小整體厚度 。
盡管如此 ， Pancake光學方案仍然具有一定厚度 ， 而且僅能顯示2D圖像 ， 因此NVIDIA研發(fā)了全息VR方案 ， 來解決Pancake光學的痛點 。
簡單來講 ， 這項全息VR方案由三大核心部分組成：1 ， 虛擬模式的全息顯示屏；2 ， 幾何相位透鏡；3 ， 瞳孔仿生光波導 。
其中 ， 全息顯示屏包含目鏡、分束器、激光、純相位空間光調(diào)制器（Phase-Only SLM）等元件 。 與真實模式相比 ， 虛擬模式的全息顯示屏主要區(qū)別是成像平面位置不同 ， 好處是可縮短光路 ， 降低硬件厚度 。 實際上 ， 純相位SLM在模組前方和后方均可顯示全息圖像 ， 在前方顯示時光線通過分束器反射至目鏡一側 ， 而在后方顯示時 ， 目鏡與SLM光路的距離可以進一步縮短 ， 從而降低整體厚度 。
為了進一步縮減硬件體積 ， NVIDIA采用了一個仿造瞳孔的光波導結構 ， 來取代分束器 ， 從而將全息成像位置改為人眼前 。 此外 ， 還采用更輕的幾何相位透鏡（GP）來取代目鏡 。 GP僅支持幾種特定的光束偏振 ， 由于大多數(shù)SLM僅支持線性偏振光 ， 因此NVIDIA在SLM和GP透鏡之間加入了一個四分之一波片（QWP） 。
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