玻璃是未來(lái)AR設備的關(guān)鍵組件，可以完美地將真實(shí)和數字世界融為一體。通過(guò)引入靈活的超薄玻璃技術(shù)，使得我們的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員能夠在新的維度進(jìn)行思考。
增強現實(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)上的復雜性同樣令人著(zhù)迷 ，特別是與逐漸流行的AR眼鏡相結合時(shí)。 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(kāi)發(fā)和銷(xiāo)售用于物理光學(xué)建模和仿真的軟件。
目前的問(wèn)題是非常深奧的：我們該如何看待這個(gè)世界？每個(gè)獨立的個(gè)體都會(huì )從不同的角度來(lái)觀(guān)察世界，這樣的事實(shí)已經(jīng)足夠哲學(xué)家們去思考了，但就算是從純粹的技術(shù)角度來(lái)看，AR也給物理學(xué)家帶來(lái)了巨大的挑戰。真實(shí)世界和虛擬世界的融合異常復雜，特別是在A(yíng)R眼鏡的流行趨勢面前。畢竟，AR觀(guān)看時(shí)首先應該保持視野清晰，同時(shí)在此基礎上使用虛擬重疊進(jìn)行現實(shí)增強。那么，如何保證AR眼鏡的使用者在能夠清楚地觀(guān)察世界的前提下，將虛擬世界的信息清晰、銳利的展現在用戶(hù)眼前呢？
答案可以在耶拿找到！位于德國圖林根州的大學(xué)城被認為是卓越的光學(xué)中心，它秉承著(zhù)卡爾·蔡司，奧托·肖特和恩斯特·阿貝等光學(xué)巨匠的傳統。SCHOTT在這里設有一個(gè)玻璃工廠(chǎng)，同樣LightTrans也在這里。這家雄心勃勃的公司開(kāi)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。
一棟位于在耶拿市中心西南部的薩勒（Saale）不遠處的辦公樓，從建筑的外表看幾乎沒(méi)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(kāi)門(mén)，這種印象就會(huì )立刻發(fā)生轉變。
Frank Wyrowski教授（博士）是LightTrans的董事長(cháng)以及耶拿大學(xué)應用計算光學(xué)組的主席教授。
Wyrowski Photonics首席執行官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在討論增強現實(shí)時(shí)眼中閃爍的光芒更加確認了這個(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)應用物理研究所應用計算光學(xué)小組的負責人。他于1999年創(chuàng )立了LightTrans集團公司，該公司由三家子公司組成：LightTrans GmbH，LightTrans International UG和Wyrowski Photonics GmbH。公司現有約30名員工，包括物理學(xué)家，數學(xué)家和計算機專(zhuān)家。“我們將自己視為電磁建模和設計的潮流引領(lǐng)者。我們的VirtualLab Fusion軟件不僅可以讓我們模擬現代光學(xué)系統中的光傳播，還可以在這一平臺上結合各種仿真模型，“Wyrowski解釋道。這是一個(gè)獨特的賣(mài)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，智能手機游戲PokémonGo引發(fā)了全球熱潮。 直到今天，全世界約有6000萬(wàn)粉絲每個(gè)月都在尋找虛擬幻想生物。新的世界早已打開(kāi)，這不僅僅是對游戲玩家而言。使用增強現實(shí)技術(shù)的創(chuàng )新應用有望徹底改變我們的日常生活。 由Splendid Research主導的調查：“增強現實(shí)監測2018”（ Augmented Reality Monitor 2018）中，超過(guò)一半的受訪(fǎng)者表示他們希望將來(lái)能夠使用AR技術(shù)來(lái)幫助日常生活。
例如，體育迷們早就熟悉的足球比賽中用來(lái)標識出爭球線(xiàn)或有爭議越位的疊加線(xiàn)。AR早已進(jìn)入貿易和工業(yè)領(lǐng)域。例如，來(lái)自蒂森克魯普的裝配工使用AR眼鏡進(jìn)行電梯維護，顯示所需維修信息—實(shí)現讓雙手在艱巨條件下的自由工作。 汽車(chē)制造商的全球開(kāi)發(fā)團隊在A(yíng)R應用程序（如設計對象）上進(jìn)行協(xié)作。未來(lái)還有更多可能：從通過(guò)虛擬人體學(xué)習的醫學(xué)生到通過(guò)真實(shí)全息圖與來(lái)自世界另一端的朋友和同事進(jìn)行實(shí)時(shí)對話(huà)。
光導技術(shù)
市場(chǎng)正在悄悄發(fā)生變化。像智能手機制造商這樣的科技巨頭，正在投資他們自己的應用編程接口（APIs）和傳感器技術(shù)，用于直接實(shí)現AR產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，正如微軟及其HoloLens一樣，銷(xiāo)售功能性的AR眼鏡。然而，另一方面，沒(méi)有專(zhuān)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(kāi)發(fā)高質(zhì)量的光學(xué)設計。
目標：清晰、銳利的圖像
這種光學(xué)設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(lái)描繪真實(shí)世界和虛擬世界，正如智能手機的情況一樣。 “定義規范非常復雜，問(wèn)題總是出現在大腦處理問(wèn)題的方式上，因為這方面仍然不是很清楚，“Wyrowski教授說(shuō)。在LightTrans會(huì )議室，他用一個(gè)激光筆指示著(zhù)投影在墻上的幻燈片解釋說(shuō)明“平面波”進(jìn)入人眼—光在到達人眼視網(wǎng)膜成像前的過(guò)程。
LightTrans首席技術(shù)官Site Zhang博士，負責監督產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和使用案例。
使用VirtualLab Fusion軟件，可以準確，快速地建模各種光學(xué)系統。
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。 “光導技術(shù)（參見(jiàn)第17頁(yè)的圖表）證明在未來(lái)具有光明的前景，”Wyrowski解釋道。首先，因為市場(chǎng)上已有類(lèi)似的很有前景的產(chǎn)品，其次因為這樣AR技術(shù)可以實(shí)現緊湊設計。
光導技術(shù)通常使用三個(gè)玻璃晶片，每個(gè)晶片用作紅 - 綠 - 藍（RGB）顏色空間中的一種顏色的光導。然后將諸如LED投影儀的光源定位在三個(gè)晶片的側面上，以將圖像信息耦合到晶片中。晶圓需要一個(gè)“光柵”—一個(gè)周期性的納米結構 - 為光提供進(jìn)入人眼的最佳路徑。目的是將傳播角度擴大到總是大于全內反射角度的極限角度的點(diǎn)。Wyrowski將此與觀(guān)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(yáng)光明媚的日子潛入水池并沿著(zhù)水面觀(guān)察，那么你會(huì )看到很多強烈的光反射。“覆蓋大視野（FoV）也很重要。在盡可能引導光波時(shí)，同時(shí)還要考慮通過(guò)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(guò)光導引導，然后再通過(guò)光柵耦合出來(lái)，以便將其提供給人眼 - 理想情況是以盡可能最均勻的方式。 “因為這是在光柵結構的納米尺度上進(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。我們可以快速，非常準確地做到這一點(diǎn)，“Wyrowski說(shuō)。
肖特則是基于LightTrans的專(zhuān)業(yè)技術(shù)。目前正在進(jìn)行一個(gè)聯(lián)合項目，其中兩個(gè)合作伙伴正在研究如何進(jìn)一步改進(jìn)AR應用的玻璃晶圓。如今，肖特RealView™高折射率玻璃晶圓已達到前所未有的銳度，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(guò)1.9。 這允許它們顯著(zhù)增加AR設備中的視野。 生產(chǎn)者第一次可以將視野擴展到人類(lèi)周邊視覺(jué)的極限。 到目前為止，只有非常小的區域才能實(shí)現漸進(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到圖像質(zhì)量，這是迄今為止尚未被認為可能實(shí)現的。 肖特RealView™晶圓是傳統玻璃晶圓的全反射角度的兩倍。
如果沒(méi)有Light-Trans的精確光學(xué)建模，這些結果就無(wú)法實(shí)現。 兩家公司之間的密切合作將有助于我們在未來(lái)以完全不同的視角看待這個(gè)世界。
通過(guò)生產(chǎn)獨特的高折射率玻璃晶片作為增強現實(shí)設備的關(guān)鍵組件，我們使產(chǎn)品工程師和設計師能夠將用戶(hù)體驗提升到新的水平。
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