斯坦福大學的工程師們在增強現實（AR）領域取得了重大進展，他們結合了顯示技術、全息成像和人工智能的最新發展，創造出了一種原型增強現實頭顯，能夠將全彩、3D動態圖像投影到看似普通眼鏡的鏡片上。這款新模型提供了一種視覺上沉浸式的3D體驗，設計時尚、舒適，可以全天佩戴，與目前市面上較爲笨重的AR系統形成鮮明對比。

Gordon Wetzstein，一位電氣工程副教授以及空間計算領域的專家，表示：“我們的頭顯對外界看起來就像日常的眼鏡，但佩戴者通過鏡片看到的是一個豐富多彩的世界，上面覆蓋了生動、全彩的3D計算圖像。” Wetzstein和他的團隊在《自然》雜志上發表了他們的研究成果。

盡管目前還只是一個原型，但研究人員表示，這樣的技術有潛力改變從遊戲和娛樂到培訓和教育等多個領域——在任何計算圖像可能增強或告知佩戴者對周圍世界理解的地方。

Manu Gopakumar，Wetzstein領導的斯坦福計算成像實驗室的博士生和該論文的共同第一作者說：“可以想象，外科醫生可以佩戴這樣的眼鏡來規劃一項精細或複雜的手術，或者飛機機械師使用它們來學習如何操作最新的噴氣發動機。”

爲了成功，研究人員通過結合AI增強的全息成像和新的納米光子學設備方法克服了技術障礙。第一個障礙是顯示增強現實圖像的技術通常需要使用複雜的光學系統。在這些系統中，用戶實際上並不是通過頭顯的鏡片看到真實世界。相反，安裝在頭顯外部的攝像頭實時捕捉世界，並將該圖像與計算圖像結合起來。然後，將這種混合圖像立體地投射到用戶的眼中。

Gun-Yeal Lee，斯坦福計算成像實驗室的博士後研究員和該論文的共同第一作者說：“用戶看到的是真實世界的數字化近似，上面覆蓋了計算圖像。這有點像增強虛擬現實，而不是真正的增強現實。”

爲了産生更令人滿意的3D圖像，Wetzstein跳過了傳統的立體視覺方法，轉而使用全息攝影——一種在20世紀40年代末開發並獲得諾貝爾獎的視覺技術。盡管全息攝影在3D成像方面有很大的潛力，但由于無法准確描繪3D深度線索，導致視覺體驗不盡如人意，有時甚至會引起惡心。

Wetzstein團隊使用AI來改善全息圖像中的深度線索。然後，利用納米光子學和波導顯示技術的進步，研究人員能夠在不依賴于笨重的額外光學元件的情況下，將計算全息圖投影到眼鏡的鏡片上。

波導是通過在鏡片表面蝕刻納米尺度的圖案構建的。每個鏡框上安裝的小型全息顯示屏通過蝕刻的圖案投射計算圖像，這些圖案在鏡片內部反射光線，然後直接傳遞給觀察者的眼睛。通過眼鏡的鏡片看，用戶既可以看到真實世界，也可以看到上面顯示的全彩、3D計算圖像。

3D效果得到了增強，因爲它不僅是立體的——每只眼睛都可以看到略有不同的圖像，就像在傳統的3D成像中一樣——而且是全息的。

Brian Chao，斯坦福計算成像實驗室的博士生和該論文的共同作者說：“使用全息技術，每只眼睛前都得到了完整的3D體積，提高了逼真的3D圖像質量。”

新的波導顯示技術和全息成像改進的最終結果是，提供了一種逼真的3D視覺體驗，對用戶來說既視覺滿意又不會引起早期方法所面臨的疲勞。

Wetzstein說：“全息顯示器一直被認爲是最終的3D技術，但它從未真正實現過大規模的商業突破。也許現在它們有了多年來一直在等待的殺手級應用。”

這項研究不僅展示了全息技術和AR眼鏡結合的潛力，而且強調了人工智能在提升視覺體驗中的作用。那麽，您如何看待這種新型AR眼鏡在未來發展的可能性？您認爲它將如何改變我們的工作、學習和娛樂方式？歡迎在評論區分享您的想法，與我們共同探討增強現實技術的未來。

參考資料：DOI： 10.1038/s41586-024-07386-0