“VR/AR显示技术及应用”专题前言

<正>虚拟现实（VR）与增强现实（AR）近眼显示技术是下一代新型显示技术,同时也是元宇宙的重要基础设施和入口,是继计算机、移动终端后的下一个平台级技术。轻薄化是VR/AR光学的发展趋势,也是决定未来近眼显示产品形态至关重要的因素。目前VR/AR显示光学系统涉及微型显示图像源技术,包括LCD、OLED、LCoS、DLP、MicroLED、LBS等;VR光学系统包括非球面方案、菲涅耳方案和折反射超薄透镜方案等;AR光学系统包括光学自由曲面方案、几何阵列波导方案、浮雕光栅波导方案、全息波导方案及液晶全息波导方案等。     

近眼显示光学系统技术分析与研究进展

目前VR/AR（虚拟现实/增强现实）显示技术深受市场欢迎，应用十分广泛，国内外各类近眼显示设备也深受消费者的青睐，各类近眼显示设备成像原理和采用的光学元件各有不同。本文对当下各种近眼显示成像技术进行了概括和分类，介绍了目前比较常见的几类近眼显示光学系统。针对双目视差显示系统、视网膜成像显示系统、集成成像近眼显示系统和全息技术近眼显示系统进行了介绍，深入剖析了几种典型近眼显示系统的技术原理和光路结构。提出了一种双目视网膜投影成像三维（3D）显示装置，将双目视差技术与视网膜投影技术相结合，实现了结构紧凑、无辐辏聚焦冲突、高清晰度的视网膜投影成像立体显示效果。对各类近眼显示技术的发展、更新以及各自技术的特点和研究进展进行了归纳总结，对近眼显示技术的发展方向进行了展望。     

增强现实显示光学引擎中光波导耦出超表面设计(特邀)EI北大核心CSCD

增强现实(AR)近眼显示光学引擎是新型显示光学设计领域的研究热点之一,它将虚拟图像投射到现实物理环境中进行显示,在空间上增强、融合和补充了物理世界。AR近眼显示光学引擎在光学系统集成化和微型化方面有较高要求,眼镜形态的AR近眼显示光学设备是未来必然发展趋势。光学超表面是一种由亚波长单元结构在二维平面上周期排布而成的人工结构阵列,通过单元结构和电磁波的相互作用实现对光场中振幅、相位和偏振的任意调控,同时具有体积小、效率高、结构紧凑等特点,在近眼显示应用中具有很大潜力。文中在AR光学引擎设计中引入一种传输相位型超表面光波导耦出结构,该超表面单元引入了突变相位,通过对超表面的等相位面调控改变光经过波导耦出的角度,使出射光效率最高达到77%,并实现20°视场角,为AR光波导结构设计提供一种可行方案,有望为下一代人机交互显示平台提供解决方案。     

超表面在增强现实近眼显示中的应用研究进展

增强现实近眼显示器是信息显示技术领域的研究热点之一。针对传统近眼显示系统结构存在的视场与体积不能兼顾的瓶颈技术问题,超表面光学元件凭借其光场多维物理量的调控能力和平面集成化优势,为开发大视场轻薄紧凑化的近眼显示器提供了新思路。首先介绍了超表面光场调控原理,重点分析了基于超表面的多种增强现实近眼显示光学系统设计方案,主要包括基于超表面和自由曲面的光学系统设计方案、基于超表面的视网膜投影显示设计方案、基于超表面的光波导设计方案及全息显示设计方案等,讨论了超表面在增强现实近眼显示领域面临的挑战,并对其未来的前景进行了展望。     

融合计算全息术与纳米印刷术的多功能超表面研究进展

计算全息术与纳米印刷术是超表面材料的两种典型应用。近年来,融合全息术与纳米印刷术的多功能超表面成为新兴研究热点,有望在多重光学防伪、信息编码与复用、多通道图像显示、VR/AR等领域得到重要应用。文中在介绍超表面纳米印刷术和计算全息术特点的基础上,将实现两者融合的研究进展进行了详细的归类和特点分析,具体包括:正交偏振复用法、平面合成法、空间堆叠法、光谱+相位调控法、复振幅法、转角简并性法等。最后,对多功能超表面的研究前景进行了展望。     

科技博物馆应用VR/AR 技术的 特殊需求与策略

目前众多科技博物馆对虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术的应用持观望态度。本文运用博物馆学、 传播学、教育学的理论与方法,从科学传播的目标、资源、方式特点入手,分析科技博物馆需要什么样的AR 产品,提出基于展览及其教育活动、基于实物的体验式学习、基于实践的探究式学习的VR/AR 产品是科技博 物馆的最大需求,而目前的大多数VR/AR 产品往往游离于上述需求。并据此提出科技博物馆VR/AR 产品的 开发策略：把基于展览及其教育活动的VR/AR 产品作为“主战场”,把基于实物的体验式学习和基于科技实 践的探究式学习的VR/AR 产品作为“主攻方向”;寻找科技博物馆与VR/AR 传播特长的契合点,“扬长补短”; 根据传播目标和传播效果的要求进行VR/AR 开发;运用教育学、传播学理论与方法设计VR/AR 产品要素。     

硅基微显示器发展现状与研究进展

硅基微显示器以单晶硅为衬底,背板中集成CMOS驱动电路,具有体积小、像素密度高、开关速度快、功耗低等特性,在近眼显示、投影、增强现实/虚拟现实（AR/VR）等领域具有广泛应用。综述数字微镜器件（DMD）、硅基液晶（LCoS）、硅基有机发光（OLED on silicon）、硅基二极管发光（硅基micro-LED）4种硅基微显示器,重点论述硅基OLED和硅基micro-LED的关键技术和研究进展。这些硅基微显示器具有主动发光、高分辨率、高刷新率、高对比度、低功耗等突出特点,在近眼显示领域拥有巨大的应用潜力。     

基于微纳器件的全光图像处理技术及应用

纳米技术的飞速发展促进了微纳结构的加工制造、科学研究及工业应用。而微纳结构的光学特性是近年来光学领域的研究热点之一,其带动了纳米光子学、表面等离激元光学、超表面/超材料光学、拓扑光子学、非厄米光学等新兴学科的发展,为实现光的高精度、全方位操控奠定了重要技术基础。文中主要针对全光图像处理中的边缘检测技术,系统地梳理了微纳光学结构和器件在实现光计算（如微分、卷积等）时涉及的基础、原理、技术和应用,并展望了其在超快图像处理、高对比度显微成像、卷积神经网络和智能光学系统等领域的应用研究。     

全息体视图——从打印到计算（特邀）

全息体视图可利用光学打印、计算机生成方法获得,具有制作简单、视觉效果真实等特点,有望应用在大幅面全息显示、增强现实（AR）和虚拟现实（VR）等领域中。介绍全息体视图光学打印技术的写入方法的发展和打印装置的更新,以及计算全息体视图中计算方法的迭代和计算速度的提升,讨论了当前面临的挑战,并对全息体视图的未来发展进行了展望。     

5G网络中的移动VR应用

首先介绍移动VR/AR/MR的应用场景、系统的基本原理,分析其对网络的要求,指出现有移动网络承载移动VR/AR/MR应用的问题;结合5G网络中引入的新架构和新技术,提出移动VR网络解决方案,进一步分析该解决方案带来的对应用使能的增强效果,旨在为 5G 网络中的移动 VR 应用提供参考,起到推动5G生态圈应用发展的示范效果。     

AR和VR技术在数字博物馆的应用研究

随着科学技术的不断发展,AR和VR技术的应用越发广泛,通过对该技术的应用,强化对博物馆的建设和管理。文章就AR和VR技术在数字博物馆中的应用,简单对AR技术和VR技术进行阐述,并分析数字博物馆的特点,深入探究AR和VR技术在博物馆中的实际应用,就目前的发展和应用现状,对未来数字博物馆的实际建设管理发展趋势进行研究,旨在促进相关研究人员应加强AR和VR技术与数字博物馆的结合效果,不断对博物馆的设计和建设进行优化,为观众带来更好的体验。     

基于FLCOS技术的微型投影机光学系统设计

LED微型投影机是光电显示技术领域的最新发展,将引起移动数码显示设备的革命。FLCOS是一种硅基铁电液晶,比较常规的显示芯片技术,它具有色彩表现性好、响应速度快、耗能低、对比度高等优点。文章研究LED微型投影机的光学引擎系统,运用TRACEPRO设计和模拟它的光学系统,采用简单的透镜组系统代替复杂的TIR透镜,获得较高的光学效率。     

全球光刻胶产业现状及布局

随着5G、智能家居、物联网、增强现实（VR）/虚拟现实（AR）等新兴领域应用的发展,对半导体芯片、显示面板、印刷电路板（PCB）等的需求也逐渐提升,对应领域产业链中的上游光刻胶是制造中的关键材料,也是保证产品和技术顺利变革发展的重要支撑。光刻胶主要用于光刻过程中的图形转移,其分辨率、对比度等技术指标直接影响最终产品质量。本文对光刻胶进行了系统性介绍,包括组分、制造流程、评价指标和分类等,同时分析了当下光刻胶市场和竞争格局情况,并对其产业未来的发展趋势进行了预测和判断。     

人工智能技术支持下的新闻生产现状及发展趋势

以人工智能（Artificial Intelligence,AI）技术支持下的新闻生产为重点,介绍人工智能技术的发展历程,人工智能技术在新闻生产中的应用,从人工智能+大数据、人工智能+VR/AR、人工智能+视频等角度,探讨智能化新闻生产的发展趋势,推动新闻生产向智能化、高效化、自动化方向发展。     

基于电介质超表面的光场复振幅调制及应用

超表面作为一种人工设计的二维阵列纳米结构,能够在亚波长尺度上实现光场波前振幅、相位和偏振态的灵活调控,为现代光学器件的小型化、集成化提供了全新的实现途径。随着光学成像、显示等应用的发展,在可见光波段具有高工作效率的微型光学器件的需求日益凸显。近年来,由高折射率、低损耗电介质材料制备的光学超表面得到了极大地发展,在消色差光学超透镜、偏振相关全息显示等方面展现出广泛的应用前景。文中围绕电介质超表面的相关研究,首先介绍广义斯涅耳定律及电介质超表面结构调控光场振幅、相位和偏振态的基本原理,在此基础上,重点回顾近年来关于光场波前单一参量调控和多参量联合调控在全息显示、结构光场产生等方面的研究进展,最后讨论电介质超表面发展的可能挑战与前景。     

MEC解决方案打造“无限”VR体验

无线VR应用部署刻不容缓 自从Oculus收购案开始,在过去的2年里VR/AR领域并购的金额达到了35亿美元,同时,VR/AR领域收入标准预测值预计在2025年将会达到800亿美元(其中VR/AR占比分别是3∶1).巨额的投资和预期收入回报,让VR成为资本的热门追逐对象,也吸引更多的设备制造商、软件开发商、内容提供商以及服务平台等逐渐加入到VR应用行业里,其中不乏知名企业,比如:高通、Facebook、Samsung、苹果、微软、Sony、腾讯等,VR/AR必将成为ICT融合网中炙手可热的应用.     

OLED/CMOS组合开辟了微型显示器的新天地

1 引 言 有机发光二极管（OLED）技术和互补金属氧化物半导体（CMOS）硅技术的组合是促使新一代微型显示器发展的主要因素。采用CMOS技术可以把数目惊人、错综复杂的电子器件组装在一小块硅片上。目前已研制成功的有机发光二极管器件有配合硅有源矩阵芯片使用的理想发射器件,主要用应在用光学放大系统观看的近眼微型显示器中然而最近在不用光学放大系统观看的手持式微行显示器方面也证实了该技术的应用是非常成功的,并且 表明它能产生虚拟图象(参见图1).     

AR技术在科普服务中的应用

随着科技的不断发展,VR（虚拟现实）技术和AR（增强现实）技术的应用愈加广泛。有别于传统的VR技术需要佩戴外部设备后才可进入与真实世界完全隔绝的虚拟世界,AR技术可以让使用者仅仅使用移动设备就可以在真实环境中叠加虚拟的数字化内容,让真实世界与虚拟世界相互交融。作为新型的人机交互工具,增强现实技术越来越被人们所关注,并已经展现出其巨大的潜力。在提升全民科学素养方面,现实技术的增强可以有效地融合科普服务的形式与内容,创造出更多的应用场景。     

VR、AR成熟还需多年,大量机会将会涌现

当下VR/AR发展火热,但是技术要真正成熟起来还需要将近十年.本文介绍了VR/AR的技术及市场发展,并就其发展提出了相关建议.     

TI推出首款面向视频和数据显示应用的DLP评估模块

正德州仪器(TI)宣布推出DLP?LightCrafterTMDisplay2010评估模块,它是一款高性价比的开发工具,开发人员利用该工具可对德州仪器0.2英寸(5.29毫米)的TRPWVGA显示芯片组快速完成评估。这款功耗仅为180-mW的超低功耗芯片组由DLP2010数字微镜器件、DLPC3435显示控制器和DLPA2005电源管理/LED驱动组成,目前已经批量供货,由德州仪器全球经销网络进行销售。该微型显示芯片组的设计旨在为智能手机、平板电脑、数码相机、手机配件、交互式表面计算设备、数字标牌、后装汽车抬头显示和近眼显