盖世汽车讯 光学透视增强现实（AR）眼镜旨在将数字信息叠加到现实世界中，但提升虚拟物体的真实感往往需要付出代价。现有的遮挡技术会物理阻挡部分入射光，降低真实环境的亮度，从而增加日常任务的难度。如何平衡虚拟现实的真实感和现实世界的可见性是下一代AR系统面临的关键挑战。

图片来源：芝浦工业大学

据外媒报道，为了应对这一挑战， 芝浦工业大学（Shibaura Institute of Technology）一研究团队与中国上海交通大学的张岩博士和杨旭波教授以及日本奈良先端科学技术大学院大学（Nara Institute of Science and Technology）的Kiyoshi Kiyokawa教授合作，开发了一种感知驱动的显示策略。该策略综合考虑了人类的视觉感知和现实世界的光照条件。其中，日本芝浦工业大学助理教授Xiaodan Hu是该项目的主要贡献者之一。

研究人员并未仅仅依赖硬件改进，而是提出了一种遮罩平衡方法，该方法能够根据用户的实际感知动态调整真实场景和虚拟场景的可见度。该研究成果发表于期刊《IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphic》。

光学与感知融合

该方法结合了两种偏振组件：一种支持像素级遮挡的偏振组件，另一种则绕过光学系统，保留真实世界的自然亮度。通过调节偏振分光镜和线性偏振器之间的交叉角，系统可以动态地融合这两种视图。实时眼动追踪和场景分析能够评估环境和虚拟物体的可见度，从而使显示器能够持续优化二者之间的平衡。

用户测试设定阈值

为了确定感知阈值，研究人员进行了一系列用户研究。一项包含12名参与者的实验量化了用户识别虚拟物体纹理所需的对比度，另一项包含24名参与者的研究则评估了用户对光照效果的感知。随后，研究团队将这些发现整合到一个动态平衡策略中，并使用台式原型对其进行了验证。

一项包含12名参与者的终端用户研究表明，该系统在提高现实世界可见性的同时，还能在不同的光照条件下保持虚拟内容的逼真外观。

图片来源：芝浦工业大学

“我们的研究表明，人类视觉感知可以用来动态平衡现实世界和虚拟内容的可见性，”Hu教授说道。“通过根据用户实际感知到的内容调整显示，我们的方法能够在提高现实世界可见性的同时，保持虚拟物体在不同光照条件下的外观。”

更广泛的设计转变

这项研究还强调了增强现实（AR）显示设计领域更广泛的转变。研究人员指出，与其仅仅优化光学硬件，不如深入了解人们如何感知视觉信息，这样才能制定出更有效的显示控制策略。这种以感知为导向的方法有助于未来的AR眼镜呈现与现实世界更加自然融合的虚拟物体，同时保障用户的安全性和舒适度。

其潜在应用远不止于消费电子产品。未来的光学透视式AR系统可以应用于工业维护、医疗辅助、教育、导航和远程协作等领域，在这些领域，用户需要同时监控周围环境并与数字信息进行交互。通过兼顾现实世界的感知和虚拟图像的质量，这项技术可以使AR设备在要求严苛的现实世界环境中更加实用。

Hu教授表示：“在我们之前题为《基于感知的光学透视头戴式显示器软边缘遮挡》的研究中，我们发现人类对AR显示器的感知与仅基于光学测量的预测结果可能存在显著差异。这启发我们从感知的角度探索AR显示器，因为未来的AR眼镜不仅应该根据光学性能进行设计，还应该根据人类实际感知视觉信息的方式进行设计。”

总的来说，研究人员认为，将感知科学与显示工程相结合，可能有助于克服AR广泛应用的最大障碍之一。通过利用人类视觉特征而非完全依赖硬件改进，未来的系统有望实现更自然、更逼真、更人性化的AR体验。