VR|厚度仅2.5毫米，NVIDIA研发全息光波导VR方案英伟达

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【VR|厚度仅2.5毫米，NVIDIA研发全息光波导VR方案】

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随着技术发展， VR的视觉效果和体验感越来越好，尽管如此这项技术依然存在多种技术局限，其中最明显的，就是VR笨重的外形。实际上，从2016年Rift头显问世至今， C端VR头显的体积的确在逐渐缩小，然而现有的VR头显产品依然普遍体积笨重。这主要是因为VR光学元件通常具有一定厚度，经过多年发展，这一点并没有太大改善。为此，一些VR厂商开始探索基于Pancake的超短焦光学，不过目前还没有一个将6DoF Inside-Out定位和短焦方案结合的VR一体机产品。

基于Pancake光学的超短焦VR已经足够轻便，但在NVIDIA眼中， VR还可以更小，尤其是VR光学模组的厚度、透镜和显示器之间的距离还可以缩短。因此， NVIDIA与斯坦福大学合作研发了一种基于SLM元件和光波导的全息VR显示方案，并在近期公布了这项成果。
据青亭网了解， NVIDIA的全息方案可以将VR眼镜的厚度缩短至2.5毫米，而且不仅能显示2D图像，还支持3D显示，视觉效果更立体。其最大的突破是采用精密设计的光学结构，极大缩减光学模组的厚度。值得注意的是，该方案可搭配眼球追踪模组，并采用一种Pupil-HOGD算法来校准用户的动态瞳孔尺寸（误差小于0.5毫米），以提升VR图像质量。巧妙的是，还能将用户的瞳孔作为一种天然的傅里叶滤波器。
全息VR光学原理
我们知道， VR头显的本质是将一款显示屏放在你眼前很近的地方。而人眼距离屏幕太近会看不清东西，因此为了让你在近距离看清楚VR屏幕的画面，则需要加入透镜结构来放大图像。长期以来， VR常常采用菲涅尔透镜结构，这种透镜方案的缺点是光路较长，因此光学模组的厚度偏大。相比之下， Pancake透镜采用折叠式光路，可大幅缩小整体厚度。

尽管如此， Pancake光学方案仍然具有一定厚度，而且仅能显示2D图像，因此NVIDIA研发了全息VR方案，来解决Pancake光学的痛点。

简单来讲，这项全息VR方案由三大核心部分组成：1 ，虚拟模式的全息显示屏；2 ，几何相位透镜；3 ，瞳孔仿生光波导。

其中，全息显示屏包含目镜、分束器、激光、纯相位空间光调制器（Phase-Only SLM）等元件。与真实模式相比，虚拟模式的全息显示屏主要区别是成像平面位置不同，好处是可缩短光路，降低硬件厚度。实际上，纯相位SLM在模组前方和后方均可显示全息图像，在前方显示时光线通过分束器反射至目镜一侧，而在后方显示时，目镜与SLM光路的距离可以进一步缩短，从而降低整体厚度。

为了进一步缩减硬件体积， NVIDIA采用了一个仿造瞳孔的光波导结构，来取代分束器，从而将全息成像位置改为人眼前。此外，还采用更轻的几何相位透镜（GP）来取代目镜。 GP仅支持几种特定的光束偏振，由于大多数SLM仅支持线性偏振光，因此NVIDIA在SLM和GP透镜之间加入了一个四分之一波片（QWP）。

VR原型与优化
为了验证效果， NVIDIA设计了台式、单目和双目三种原型方案，其中双目眼镜原型的厚度仅2.5毫米，重60g ，对角线FOV达22.8° ，固定眼动范围为2.3毫米，动态眼动范围可达8毫米。当然，由于该方案具备可扩展性，现有的原型参数也可以进一步优化。 NVIDIA表示：全息显示方案的显示特性主要由SLM和目镜决定，比如SLM体积越大则FOV越大， SLM像素越小则眼动范围越大， GP透镜焦距越短则适眼距越短。