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什么是XR的顯示技術(shù)？這篇文章里，作者就進行了總結(jié)和分析，并對投影顯示技術(shù)、頭戴式顯示器技術(shù)、透明顯示技術(shù)和光波導(dǎo)技術(shù)這四種技術(shù)做了解讀，一起來看看吧，或許會對想了解XR的你有所幫助。

摘要：本文討論了XR中的顯示技術(shù)，包括投影顯示技術(shù)、頭戴式顯示器技術(shù)、透明顯示技術(shù)和光波導(dǎo)技術(shù)。

投影顯示技術(shù)使用光學(xué)原理將圖像投射到屏幕上，激光投影顯示技術(shù)具有更好的色彩還原度和亮度。頭戴式顯示器技術(shù)使用小型屏幕將圖像直接投射到用戶眼睛上，提供沉浸式的虛擬體驗。透明顯示技術(shù)在現(xiàn)實世界的背景上顯示虛擬圖像或信息，可以用于增強現(xiàn)實等領(lǐng)域。光波導(dǎo)技術(shù)使用光波導(dǎo)引導(dǎo)光線，將圖像投射到用戶眼睛上，可以實現(xiàn)沉浸式的虛擬圖像體驗。

關(guān)鍵詞：XR顯示技術(shù)；投影顯示技術(shù)；頭戴式顯示器技術(shù)；透明顯示技術(shù)；光波導(dǎo)技術(shù)

一、投影顯示技術(shù)

投影顯示技術(shù)作為一種最早的XR顯示技術(shù)，已經(jīng)在電影放映和展示活動中得到廣泛使用。它利用了光學(xué)原理，通過將圖像或視頻投射到屏幕或幕布上來創(chuàng)造出虛擬環(huán)境。

傳統(tǒng)的投影系統(tǒng)主要由三個基本組成部分組成：光源、投影面板和鏡頭。光源可以是燈泡或激光器，它發(fā)出強烈的白色光線作為輸入信號。然后這束光通過液晶（LCD）或數(shù)字微鏡單元芯片（DLP）等面板進行處理，并形成可見圖像。接下來，鏡頭會把圖像聚焦并反射或透過放大到屏幕上。

傳統(tǒng)的投影系統(tǒng)

在傳統(tǒng)的液晶投影系統(tǒng)中，液晶面板通常由數(shù)百萬個微小像素組成，并能夠控制每個像素點是否透明以及其所處位置顏色等信息。當白色背景燈通過液晶層時，在不同顏色濾鏡、極性調(diào)節(jié)器和偏振裝置的協(xié)助下，產(chǎn)生相應(yīng)顏色差異，并且這些差異被轉(zhuǎn)化為特定顏色區(qū)域插入諸如電子游戲、電視節(jié)目、電影或圖片等影像中。

傳統(tǒng)投影技術(shù)也存在一些局限性?！?】首先，如果沒有特殊防眩目膜材料覆蓋在玻璃前表面，則會產(chǎn)生較多扭曲、眩目等問題；其次，由于參數(shù)不同或者角度不合適導(dǎo)致圖像無法正常呈現(xiàn)；再次困擾大家更加關(guān)注的是燈泡壽命。因為高頻率操作造成燈泡壽命較短。

隨著科技進步和創(chuàng)新的推動，新型的投影顯示技術(shù)迅速嶄露頭角，并取得了巨大的突破。例如激光投影顯示利用激光作為光源【2】，在色彩還原度和亮度方面比傳統(tǒng)燈泡更好，并且壽命更長。激光發(fā)射出單一顏色紅、綠和藍三個基本塊以及其他顏色混合塊構(gòu)建一個完整畫面, 另外由于控制能力強, 其可以實現(xiàn)精確到每一個墻壁項目區(qū)域進行點對點顯視頻播放.

激光投影

此外，3D立體投影技術(shù)也開始受到關(guān)注。它通過使用特殊屏幕和鏡片來創(chuàng)建具有立體感的圖像，使觀眾可以在虛擬環(huán)境中獲取更加逼真的體驗[3]。

3D立體投影技術(shù)

另一種新型投影技術(shù)是全息投影。它使用了類似于激光照相和干涉測量的技術(shù)，通過將物理對象或計算機生成的模型轉(zhuǎn)換為具有三維效果并且可見于多個視角的圖像。這使得觀眾能夠從不同方向看到逼真且立體感強的圖像。

隨著VR和AR等領(lǐng)域發(fā)展迅速，投影顯示技術(shù)也正在取得進一步創(chuàng)新和改進。近年來，在AR應(yīng)用場景下出現(xiàn)了頭戴式投影設(shè)備，它可以將虛擬內(nèi)容直接映射到用戶眼鏡上的屏幕上。這樣用戶就可以在任何地方隨時享受增強現(xiàn)實體驗。

現(xiàn)階段不斷引入先進科技與高性能器材所突破過去傳統(tǒng)顯示手段所帶來困擾, 投影顯示技術(shù)已經(jīng)成為XR領(lǐng)域中一個重要而有效方式之一。盡管存在諸如扭曲、眩目、燈泡壽命等問題, 但無論是傳統(tǒng)液晶還是新興激光、3D立體投影以及全息投影技術(shù)，都在不斷完善和創(chuàng)新中。相信未來投影技術(shù)會越來越逼真、實用，在虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實應(yīng)用中扮演重要的角色。

二、頭戴式顯示器技術(shù)

頭戴式顯示器技術(shù)在20世紀90年代開始出現(xiàn)。這種技術(shù)使用小型屏幕將圖像直接投射到用戶的眼睛上，以創(chuàng)建沉浸式的虛擬體驗。頭戴式顯示器通常包括兩個獨立的顯示屏，一個用于每只眼睛。

隨著虛擬現(xiàn)實（VR）和增強現(xiàn)實（AR）的興起，頭戴式顯示器技術(shù)成為了一種重要的XR顯示技術(shù)。它將圖像直接投射到用戶眼睛上，通過模擬人眼觀看場景的方式來呈現(xiàn)虛擬環(huán)境。

頭戴式顯示器最早出現(xiàn)在20世紀90年代。當時的設(shè)備相對笨重，體驗效果也不如今天先進的版本。然而，這些初期的設(shè)備奠定了未來發(fā)展方向，并受到科技愛好者和游戲玩家們的狂熱追捧。

最早的頭戴VR

一個典型的頭戴式顯示器系統(tǒng)包含兩個主要組件：一個用于每只眼睛的小型液晶屏幕或有機發(fā)光二極管（OLED）屏幕以及一個用于控制和處理圖像信號的計算單元。每個屏幕會將自己負責渲染成左右各一部分影像從而提供立體感。這樣，在佩戴頭套時，使用者就可以通過兩只眼同時觀察到合并后更逼真、深沉、立體化特效多樣性艷麗或質(zhì)感優(yōu)秀等畫面.

為了達到最佳體驗效果, 頭盔通常安裝很多其他傳感器如陀螺儀、加速度計或跟蹤攝像機, 從而能夠檢測使用者的頭部和身體在空間中的運動。這些數(shù)據(jù)可以幫助系統(tǒng)實現(xiàn)對用戶移動和轉(zhuǎn)向的精確追蹤，使虛擬環(huán)境更真實。

當用戶戴上頭套時，封閉式設(shè)計可隔離外界光線，并將圖像直接投射到眼睛前方。由于屏幕非常接近用戶的視網(wǎng)膜，圖像會填滿整個視野，并且通過適當配置合適分辨率高亮度燈具與硬件算法進行智慧處理以合適人類視角顯示. 近年來，頭戴式顯示器技術(shù)取得了巨大進展，包括設(shè)備更輕便舒適、屏幕分辨率提高以及新增觸摸控制和手勢識別等功能。

此外，在XR領(lǐng)域涌現(xiàn)出許多知名品牌推出各種型號和規(guī)格的頭戴式顯示器。其中一些設(shè)備甚至采用了混合現(xiàn)實技術(shù)，可以實現(xiàn)虛擬物品與真實環(huán)境的交互。其他頭戴式顯示器則專注于游戲、娛樂或教育領(lǐng)域，在這些應(yīng)用中提供沉浸式和身臨其境的體驗。

雖然頭戴式顯示器技術(shù)在VR和AR領(lǐng)域蓬勃發(fā)展，但仍存在一些挑戰(zhàn)需要克服。首先是成本問題，目前高性能的頭盔相對昂貴，并不是所有用戶都能夠輕易承受；其次是感覺上存在某種封閉性因素還有空間霸占等社會障礙, 意味著你并不能完全參與與外界產(chǎn)生直接交流信息 ; 再者設(shè)備通氣設(shè)計問題就像外部聲音是否支持再設(shè)備里呈現(xiàn)出來而使得個人可自由周旋.

頭戴式顯示器技術(shù)作為XR領(lǐng)域中最具創(chuàng)新力和潛力的技術(shù)之一，在近幾年已經(jīng)取得了巨大突破。盡管初期設(shè)備笨重且功能簡單，如今的頭套越來越輕便舒適，并且畫質(zhì)分辨率也大幅提升。而且，隨著技術(shù)進步還去首當其沖解決了一些封閉感甚至是社交影響的問題. 我們可以期待頭戴式顯示器技術(shù)未來將會更加先進、多樣化，并為用戶帶來更加逼真和沉浸式的虛擬體驗。

三、透明顯示技術(shù)

透明顯示技術(shù)是在現(xiàn)實世界的背景上顯示虛擬圖像或信息的一種技術(shù)。這種技術(shù)通常使用透明顯示器或透明屏幕，使用戶可以同時看到現(xiàn)實世界和虛擬圖像。

透明顯示技術(shù)是一種在現(xiàn)實世界的背景上顯示虛擬圖像或信息的新興技術(shù)。與傳統(tǒng)投影或頭戴式顯示器不同，透明顯示技術(shù)可以提供更加沉浸式和無干擾的增強現(xiàn)實體驗。

通常來說，透明顯示技術(shù)使用透明顯示器或透明屏幕作為主要設(shè)備。這些屏幕具有特殊的材料和結(jié)構(gòu)，使得光線能夠從背面直接穿過并呈現(xiàn)出前方虛擬圖像。用戶可以同時看到真實世界和虛擬圖像，并將它們對齊以創(chuàng)建交互效果。

其中一種常見的透明顯示器類型是晶體管液晶（LCD）技術(shù)。LCD使用薄膜晶體和電流控制來調(diào)節(jié)光線通過液晶層的方式, 從而形成圖像。當用戶觀看該設(shè)備時，在空白狀態(tài)下，它仍然保持完全透明【4】；但當施加電壓后，在指定區(qū)域會產(chǎn)生一個束小差異顏色起纖細點、線至最復(fù)雜多邊方法開啟畫面插入. 這樣就可以在不妨礙視野的情況下讓用戶觀看到超級解析度透明圖像.

原理圖

另一種常見的透明顯示技術(shù)是有機發(fā)光二極管（OLED）技術(shù)。OLED屏幕使用由有機化合物組成的薄膜來控制自發(fā)光和顏色變化. 與LCD相比，OLED在構(gòu)造較為簡單，并且可以實現(xiàn)更大尺寸和曲面設(shè)計, 尤其對于AR眼鏡設(shè)計更加符合以便頭戴舒服完全覆蓋范圍廣輸出等設(shè)大連品牌生產(chǎn)商推陳出新為了吸引用戶.

透明顯示技術(shù)不僅可以用于增強現(xiàn)實體驗，在其他領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用。例如零售行業(yè)中，商家可以將促銷信息直接投影到店鋪窗戶上，吸引顧客的注意力；汽車工業(yè)中，汽車制造商可以將HUD（抬頭顯示）系統(tǒng)集成到前擋風(fēng)玻璃上，給駕駛員提供導(dǎo)航指示和車輛信息而無需轉(zhuǎn)移視線。

雖然透明顯示技術(shù)具有許多優(yōu)勢和潛力，但它也面臨一些挑戰(zhàn)需要解決。首先是可視性問題：由于背景環(huán)境復(fù)雜性變化、外界光線狀態(tài)不同或者眩目程度遠不如實體幕布械幫和頭戴設(shè)備，可能影響到虛擬圖像的清晰度和展示效果；其次是成本問題：由于透明屏幕技術(shù)相對較新，生產(chǎn)和制造方面的高費用導(dǎo)致市場價格偏高. 另外一個關(guān)鍵性議題是耐磨性挑戰(zhàn), 特別是商業(yè)或其他類型應(yīng)用中, 透明顯示設(shè)備需要具有足夠的抗刮傷、防污染等特質(zhì)以確保長時間使用。也有部分人在使用上提出會阻礙真實世界視覺影響行為例如: 安全性方向

透明顯示技術(shù)正在迅速發(fā)展，并開始在增強現(xiàn)實、零售、汽車工業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。通過使用透明屏幕或液晶面板，用戶可以同時看到現(xiàn)實世界和虛擬圖像。盡管當前透明顯示技術(shù)仍面臨一些挑戰(zhàn)，但隨著科技進步的推動，我們可以期待未來會有更加先進、高性能和實用的透明顯示解決方案出現(xiàn)。

四、光波導(dǎo)技術(shù)

光波導(dǎo)技術(shù)使用光波導(dǎo)引導(dǎo)光線，將圖像投射到用戶的眼睛上。這種技術(shù)通常使用微型顯示器和光波導(dǎo)設(shè)備，使用戶可以看到虛擬圖像，而不需要頭戴式顯示器。

光波導(dǎo)技術(shù)是一種創(chuàng)新的圖像展示技術(shù)，它將圖像以光線形式引導(dǎo)到觀眾的眼睛中。與傳統(tǒng)的投影方式不同，光波導(dǎo)技術(shù)采用微型顯示器和特殊構(gòu)造的光波導(dǎo)設(shè)備來實現(xiàn)圖像投射。這樣用戶就可以在沒有頭戴式顯示器的情況下享受虛擬圖像。

AR眼鏡原理

光波導(dǎo)技術(shù)使用的主要組件——微型顯示器。微型顯示器是一個小巧而高分辨率的裝置，通常由多個納米級LED排列組成。這些LED通過電信號控制發(fā)出不同顏色和亮度的光線，然后將這些光線注入到光波導(dǎo)設(shè)備中進行引導(dǎo)。

光波導(dǎo)設(shè)備是能夠引導(dǎo)或操縱距離很長且密集地傳輸光束（即“載體”) 的結(jié)構(gòu)或配置。通常由無機玻璃、有機聚合物等材料制成，并具有非常高的透明性和折射率。當輸入LED產(chǎn)生的光線通過適當設(shè)計的發(fā)射端口轉(zhuǎn)移到傳感區(qū)域時，光束會通過傳感材料的反射來實現(xiàn)引導(dǎo)效果。這種特殊設(shè)計確保圖像能夠透明地投影到用戶視野中，而不會干擾周圍環(huán)境。

光波導(dǎo)設(shè)備原理圖

在使用光波導(dǎo)技術(shù)時需要注意以下幾點：

首先是安裝和調(diào)試。由于光波導(dǎo)設(shè)備具有非常精密的結(jié)構(gòu)和組件，因此在安裝過程中需要非常小心謹慎。確保正確放置和連接各個部件，并進行必要的校準操作以實現(xiàn)最佳視覺效果。

接下來是選擇眼鏡款式和舒適性方面。員工可以根據(jù)自己的用途、風(fēng)格和面部特征選擇適合個人演示需求的款式，或者根據(jù)外界看作情況選擇合適的款式和遮擋程度。只有融入到造型中，才能更顯得休閑潮流。當然，還要考慮到公共場所可能存在的問題，比如Vive Pro上的DisplayPort延長線接口、耳機帶易損故障率高以及虛擬身體模擬儀動作互動模塊信息結(jié)果存儲等增值產(chǎn)品是否相關(guān)。為了讓用戶完全集成這些設(shè)備，可以將設(shè)備組件的重量分散在頭部或眼鏡架上，以降低用戶的不適感并提高使用者的接受程度。

光波導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛。在現(xiàn)實生活中，它被廣泛運用于游戲、娛樂和虛擬現(xiàn)實等領(lǐng)域。例如，在游戲中，玩家可以通過光波導(dǎo)設(shè)備看到身臨其境的圖像，并進行更加真實、激動人心的互動體驗。此外，在醫(yī)學(xué)和教育方面，光波導(dǎo)技術(shù)也可以提供全新的交互式學(xué)習(xí)和培訓(xùn)方式。

盡管光波導(dǎo)技術(shù)有很多優(yōu)點, 但仍然存在一些挑戰(zhàn)需要解決 。比如長時間使用時會對用戶眼睛造成疲勞效果 ，同時由于顯示器刷新率較低、投影角度限制以及觸控功能相對局限性等問題 ，目前評估準確遷移到商業(yè)貿(mào)易市場還需要進一步改進已滿足經(jīng)濟個案模塊化平臺開放性和合作性需求。

參考文獻：

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[4]邢建芳. 基于空間掃描投影的全向三維顯示關(guān)鍵技術(shù)研究與實現(xiàn)[D]. 江蘇:南京航空航天大學(xué),2014.