增強現實顯示的案例
通過在增強現實顯示器衍射光波導中插入光學中間層實現角度選擇性衍射效率增強
摘要 ：整體效率和圖像均勻性是增強現實顯示的重要評判標準。傳統的入射耦合光柵設計僅致力于提高一階衍射效率，卻未考慮光波導中衍射光的多次相互作用，因此存在不足。本研究中，為優化耦合光柵設計，引入了入射耦合表面浮雕光柵的背耦合損耗（BCL），以及到達出射耦合光柵的光功率與入射光功率的比值（定義為波導光效率，OEW）。通過在波導與光柵之間插入中間層，我們展示了一種兼具獨特角度選擇性與高衍射效率的簡單有效的方案。引入區域選擇性氟化鎂（MgF?）中間層后，在 40° 視場角下，優化后的平均波導光效率從 8.02% 提升至 8.34%，其均勻性從 24.83% 提升至 35.02%。
[VirtualLab論文] 通過在增強現實顯示器衍射光波導中插入光學中間層實現角度選擇性衍射效率
摘要：整體效率和圖像均勻性是增強現實顯示的重要評判標準。傳統的入射耦合光柵設計僅致力于提高一階衍射效率，卻未考慮光波導中衍射光的多次相互作用，因此存在不足。本研究中，為優化耦合光柵設計，引入了入射耦合表面浮雕光柵的背耦合損耗（BCL），以及到達出射耦合光柵的光功率與入射光功率的比值（定義為波導光效率，OEW）。通過在波導與光柵之間插入中間層，我們展示了一種兼具獨特角度選擇性與高衍射效率的簡單有效的方案。引入區域選擇性氟化鎂（MgF?）中間層后，在 40° 視場角下，優化后的平均波導光效率從 8.02% 提升至 8.34%，其均勻性從 24.83% 提升至 35.02%。
增強現實抬頭顯示AR-HUD
增強現實抬頭顯示（AR-HUD）可以將當前車身狀態、障礙物提醒等信息3D投影在前擋風玻璃上，并通過自研的AR-Creator算法，融合實際道路場景進行導航，使駕駛員無需低頭即可了解車輛實時行駛狀況。結合DMS系統，可以實現眼動追蹤功能。使駕駛更安全的同時，提高了產品的交互性。
產品功能
車輛信息顯示
導航信息顯示
車道線、障礙物提醒
車內觀影
解決方案優勢
防抖算法
大視場角
超遠人眼感知距離
高色域
高分辨率
高亮度
高對比度
Ansys Zemax | 建立增強現實頭戴式顯示器
增強現實(AR)系統為多道光路的架構和自由曲面(free-from optics)的使用提供了良好的示范。這篇文章說明了如何在序列模式中，使用楔形棱鏡(wedge-shaped prism)和自由曲面建立頭戴式顯示器(HMD)。我們將以三個范例檔案演示不同階段的模型建立。(聯系我們獲取文章附件)
簡介
在設計一個增強現實(augmented reality, AR)透視頭戴式顯示器(OST-HMD)時，我們會針對兩道光路進行優化：微顯示器的投影路徑以及供用戶看見外界的透視路徑。為了達到最佳的AR效果，光學設計者必須確保虛擬圖像和現實景物能正確結合。此技術可被廣泛應用在軍事和醫療輔助等方面。
考慮到實際用途，設計者必須將整個光學系統設計成一個精巧且非侵入式的裝置，同時具備大視角(FOV)和小f-number等優點。這篇文章說明如何使用楔形自由曲面棱鏡和膠合輔助鏡頭(cemented auxiliary lens)建立上述的光學系統。
參考專利
本文的范例參考了專利Patent US 2014/0009845 A1的設計。
在范例檔案中，我們針對各表面大量的運用了傾斜(tilt)和偏心(decenter)技巧。在下方的示意圖中，我們可以看到系統使用自由曲面棱鏡(FFS prism)和膠合輔助鏡頭(cemented auxiliary lens, 圖中黃色部分)這兩個光學組件改變入射光的行進方向。FFS的使用增加了設計的自由度，使系統可使用較少的光學組件達成目的，大幅減少裝置的重量。另一方面，膠合輔助鏡頭(cemented auxiliary lens)可有效修正畸變，改善透視影像的質量。
下圖參考自專利并稍加修改。
設計方針
OST-HMD包含了兩個光學組件：1)楔形FFS棱鏡 和 2) 膠合輔助鏡頭。
展開 
在 Zemax OpticStudio 中建立增強現實頭戴式顯示器
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增強現實(AR)系統為多道光路的架構和自由曲面(free-from optics)的使用提供了良好的示范。這篇文章說明了如何在序列模式中，使用楔形棱鏡(wedge-shaped prism)和自由曲面建立頭戴式顯示器(HMD)。我們將以三個范例檔案演示不同階段的模型建立。
簡介
在設計一個增強現實(augmented reality, AR)透視頭戴式顯示器(OST-HMD)時，我們會針對兩道光路進行優化：微顯示器的投影路徑以及供用戶看見外界的透視路徑。為了達到最佳的AR效果，光學設計者必須確保虛擬圖像和現實景物能正確結合。此技術可被廣泛應用在軍事和醫療輔助等方面。
考慮到實際用途，設計者必須將整個光學系統設計成一個精巧且非侵入式的裝置，同時具備大視角(FOV)和小f-number等優點。這篇文章說明如何使用楔形自由曲面棱鏡和膠合輔助鏡頭(cemented auxiliary lens)建立上述的光學系統。
參考專利
本文的范例參考了專利Patent US 2014/0009845 A1的設計（https://patents.google.com/patent/US20140009845）。
在范例檔案中，我們針對各表面大量的運用了傾斜(tilt)和偏心(decenter)技巧。
展開 AR | tooz將推出第一款可全天佩戴的增強現實智能處方眼鏡
借助多個高精度自由曲面和一個不可見的光學組合器，該鏡片可以將來自右側太陽穴處單色Micro-LED 顯示器發出的光線傳導進入佩戴者的眼睛內。曲面光波導不僅可以讓用戶在其視野中看到虛擬的興趣圖像，還能無縫集成視力矯正功能。
圖2. ESSNZ Berlin增強現實智能眼鏡可以同時實現增強現實顯示和視力矯正兩種功能(圖片來自tooz 技術有限公司）
可全天使用的領先技術
憑借獨特的SWAP技術，tooz塑造了ESSNZ Berlin增強現實智能眼鏡面向最終消費者的外觀和功能，該技術屬于世界首創，支持用戶獨立更換鏡片以適應屈光度的變化或鏡片樣式的個人偏好。此外，與前幾代產品相比，ESSNZ Berlin更纖薄、更輕，并具有更高的能效，可以滿足終端消費者的全天使用需求。
佩戴者視野中顯示的信息是通過從手機到眼鏡的藍牙連接提供的。在藍牙連接后，眼鏡可推送顯示各種常見的通知，以及天氣、導航、通話、消息傳遞、語音助手等功能。
行業里程碑
通過不斷實現公司的技術路線和里程碑，tooz正在引領處方眼鏡向可穿戴設備的發展。首款具有視力矯正功能的智能眼鏡的推出，凸顯了公司為終端消費市場提供“交鑰匙”解決方案的專業能力。憑借 ESSNZ Berlin增強現實智能眼鏡等現有且久經驗證的參考設計，tooz自己正在作為一個終端品牌慢慢進入高端可穿戴市場。
在AWE USA 2022上首次展示
6月1日開始，tooz將在美國圣克拉拉舉行的AWE USA 2022的743號展位上，首次展示其功能齊全的ESSNZ Berlin增強現實智能眼鏡。6月3日（星期五），tooz的首席執行官兼董事總經理Kai Stroeder博士還將登臺，展示其新一代由光學技術驅動的技術路線圖。
展開 潛艇建造中的增強現實
但是，當使用增強現實（AR）時，這不再是必需的。物體的標記，組裝和檢查通過虛擬疊加完成。
蒂森克虜伯海洋系統公司的高級項目工程師（PLF）Stefan Lengowski被在造船業中使用AR的優勢所吸引："這當然仍然是開創性的工作，但已經取得了突破。數字化可以在此時此地體驗。對我來說，關于可能性的問題不再出現。相反，我要問：還有什么可能和適用的？
Excursus：什么是增強現實？
增強現實（AR）是現實世界環境中的一種交互式體驗，其中物理對象通過計算機生成的感知信息得到增強。得益于最先進的計算機和數據流，AR技術為用戶提供了有關當前感知現實的更多信息。虛擬元素或附加信息的插入 - 可以直觀地顯示為文本，動畫，圖片，視頻或圖形 - 在考慮三維參考的情況下進行。
AR在工業中的主要目標是提供更多信息。例如，在裝配或檢查工作期間，技術人員不再需要翻閱技術手冊來查找信息。相反，他們在查看他們正在研究的作品時會收到所有必要的信息 - 通過像HoloLens這樣的智能眼鏡實時。
這些智能眼鏡的軟件是在蒂森克虜伯海洋系統公司內部開發的。除了實際的軟件開發之外，我們的IT專家還確保無縫和智能的流程，將應用程序與創作系統聯系起來 - 以獲得最佳和無障礙的用戶體驗。
蒂森克虜伯海洋系統的增強現實
對于蒂森克虜伯船舶系統而言，AR代表了客戶、項目、設計、制造、服務和培訓方面的一場革命。用例與可能性一樣多樣化。從培訓車間，到造船、管道施工、機械工程、電氣、調試再到數字化手冊。這項技術幾乎可以在整個產品生命周期中無限期地使用。
我們已經在許多領域使用這項技術，并且越來越多的應用正在增加：在基爾，不來梅哈芬和施特拉爾松德，無論是水下還是水上，"Lengowski解釋說："幾乎每天都有同事與我們聯系，他們也想使用AR技術。
展開 什么是增強現實（AR）？
增強現實（AR）是一種將數字信息集成到現實世界中的沉浸式技術。通過具有攝像頭功能的設備，用戶可以同時與其物理空間和計算機生成的內容進行交互。AR能夠在用戶環境的背景下呈現圖像、文本和音頻，并被廣泛用于提高各種應用（如游戲、教育、消費類零售、家居設計和制造等）中的用戶參與度。
增強現實的工作原理是什么？
增強現實依賴于三個主要組件——輸入設備、處理軟件和顯示器，以觀察環境，確定數字信息的相關位置，并實時向用戶呈現協調一致的體驗。
輸入：攝像頭和傳感器可從用戶的物理環境中收集實時數據。傳感器類型包括紅外攝像頭、加速度傳感器、陀螺儀和GPS等。
軟件：對環境數據進行處理和解讀，以確定要部署的正確數字元素以及其在用戶視圖中的放置位置。
顯示器：數字信息被呈現在用戶的視場中，與周圍環境完全集成。顯示器包括眼鏡和頭戴式顯示設備、抬頭顯示器、智能手機、平板電腦和投影儀等。
增強現實的類型
增強現實主要有兩種類型——基于標記的AR和無標記的AR。在基于標記的AR中，物理標記（如二維碼）被用作將虛擬體驗附加到真實對象上的一種簡單方法，而無需對象識別和追蹤。在無標記的AR中，不需要標記。其通過多個傳感器根據顏色、圖案和位置等線索協調信息，以識別環境中的項目。
展開 Ansys Lumerical | 用于增強現實系統的表面浮雕光柵
在本示例中，我們使用 RCWA 求解器設計了一個斜面浮雕光柵 (SRG)，它將用于將光線耦合到單色增強現實 (AR) 系統的波導中。光柵的幾何形狀經過優化，可將正常入射光導入-1 光柵階次。
然后我們將光柵特性導出為 Lumerical Sub-Wavelength Model (LSWM) JSON 格式，以便在 Speos 的系統級仿真中對 SRG 進行建模（請參閱 "Augmented Reality Optical System”)
概述
SRG 幾何圖形根據其傾斜角度、填充因子和高度進行參數化，如下所示：
光柵和基板的折射率為1.8。光柵被空氣包圍。周期固定在 393 nm。
對光柵進行優化，以將波長為 550 nm 的光傳輸到 -1 光柵階次。RCWA 求解器用于SRG的優化和完整的特性描述，具體包含定義仿真參數和運行仿真這兩個步驟。
第 1 步：耦合光柵的優化
使用內置的粒子群優化（PSO）實用程序，優化SRG的傾斜角、填充因子和光柵高度，以最大限度地提高在法向入射時 550 nm波長下S偏振的透射率。
第 2 步：完整特性描述和數據導出
光柵優化是使用來自光柵上方的正常入射光進行的。但是，一旦選擇了優化的幾何結構，就必須針對光線追蹤仿真中預期的入射角范圍以及前進和后退方向計算完整的光柵特性。然后將結果導出到一個 JSON 文件，該文件可以使用腳本在 Speos 或 Zemax 中使用。
運行和結果
第 1 步：優化 SRG 幾何結構
1.打開并運行模擬文件 ar_srg.fsp 。
2.右鍵單擊“grating_orders”結果，然后選擇“ 新建可視化工具 >可視化 ”。
3.單擊并拖動繪圖以放大“Ts_grating”結果（綠線）。
展開 增強現實（AR）波導器件的MTF分析
基于光柵的波導已經開始主導增強和混合現實（AR & MR）領域。這些設備的最終測試是在設備用戶的視網膜處獲得數字仿生圖像的良好重建。性能的這一方面通常通過調制傳遞函數（MTF）來表征，調制傳遞函數（MTF）量化成像系統的分辨率能力。與視野范圍均勻性不同（增強現實小工具的質量的另一個重要度量，因為低均勻性可能導致極其不舒服的頻閃和閃爍效果），MTF對光源的時間相干性特性以及可能演變的任何衍射極其敏感，不僅在到視網膜的最后傳播步驟中（給定的，因為我們正在傳播到焦點中），而且關鍵的是，還有在波導內傳播時發生的衍射（通常由光柵區域邊界處的截斷引起）。
光學建模和設計軟件VirtualLab Fusion提供了完美的工具來應對這些具有挑戰性的設計任務。它的的建模技術所提供的靈活性實現了在單一軟件平臺上互操作性的最大無縫性，光學設計人員每次都能在精度和速度之間取得必要的平衡--模擬的精度和速度都能達到所需的準確性和盡可能快。
如果你仍然需要說服力，請繼續看看下面的例子！
用于AR應用的復雜波導器件中MTF分析的精度-速度平衡控制
在這個用例中，我們展示了光源的時間相干性和衍射是如何影響光在波導內傳播的。當表征基于光柵波導的PSF和MTF以用于AR和MR領域時，必須在模型中考慮這些影響。
光波導的構造
可以使用光導組件及其靈活的區域定義在VirtualLab Fusion中設置帶有耦合光柵的光波導。
展開 如何用Mathematica 實現旋轉物體上的增強現實,
增強現實(augmentedreality,AR)技術是一種既包括真實世界要素也包括虛擬世界要素的環境,其通過將計算機系統生成的虛擬物體或其他信息疊加到真實場景中,從而實現對現實的“增強"。增強現實技術在真實世界和虛擬世界之間搭建了一座橋梁,也為人機交互提供了一種新模式。
許多科技公司曾經認為，AR剛開始可能會借助專門的商用應用火起來，比如能夠讓建筑設計師在原址看到建筑完工后形象的應用。然而，卻是一款基于日本1990年代中期深受喜愛的娛樂節目的Pokémon Go游戲幫助這項技術進入了主流。
增強現實在教育、傳統文化保護、軍事、航空、醫學和商業等領域具有廣泛的應用前景。
而 Mathematica 以其卓越的技術和簡便的使用方法享譽全球,在許多領域獨樹一幟。
下面和大家一起來看下在mathematica中實現增強現實的一個小案例.
旋轉物體上的增強現實
ImageDisplacements命令在一個實時視頻序列中捕捉光流場,通過旋度,你可以在內置的相機內觀測到一只旋轉運動的手。因此，可以在增強現實中遞增或遞減一個虛擬時鐘的時間。
其代碼如下：
展開 
[NEWSLETTER] 增強現實（AR）波導器件的MTF分析
基于光柵的波導已經開始主導增強和混合現實（AR & MR）領域。這些設備的最終測試是在設備用戶的視網膜處獲得數字仿生圖像的良好重建。性能的這一方面通常通過調制傳遞函數（MTF）來表征，調制傳遞函數（MTF）量化成像系統的分辨率能力。與視野范圍均勻性不同（增強現實小工具的質量的另一個重要度量，因為低均勻性可能導致極其不舒服的頻閃和閃爍效果），MTF對光源的時間相干性特性以及可能演變的任何衍射極其敏感，不僅在到視網膜的最后傳播步驟中（給定的，因為我們正在傳播到焦點中），而且關鍵的是，還有在波導內傳播時發生的衍射（通常由光柵區域邊界處的截斷引起）。
光學建模和設計軟件VirtualLab Fusion提供了完美的工具來應對這些具有挑戰性的設計任務。它的的建模技術所提供的靈活性實現了在單一軟件平臺上互操作性的最大無縫性，光學設計人員每次都能在精度和速度之間取得必要的平衡--模擬的精度和速度都能達到所需的準確性和盡可能快。
如果你仍然需要說服力，請繼續看看下面的例子！
用于AR應用的復雜波導器件中MTF分析的精度-速度平衡控制
在這個用例中，我們展示了光源的時間相干性和衍射是如何影響光在波導內傳播的。當表征基于光柵波導的PSF和MTF以用于AR和MR領域時，必須在模型中考慮這些影響。
光波導的構造
可以使用光導組件及其靈活的區域定義在VirtualLab Fusion中設置帶有耦合光柵的光波導。
展開 一期一會 | 什么是增強現實（AR）？
增強現實（AR）是一種將數字信息集成到現實世界中的沉浸式技術。通過具有攝像頭功能的設備，用戶可以同時與其物理空間和計算機生成的內容進行交互。AR能夠在用戶環境的背景下呈現圖像、文本和音頻，并被廣泛用于提高各種應用（如游戲、教育、消費類零售、家居設計和制造等）中的用戶參與度。
增強現實的工作原理是什么？
增強現實依賴于三個主要組件——輸入設備、處理軟件和顯示器，以觀察環境，確定數字信息的相關位置，并實時向用戶呈現協調一致的體驗。
輸入：攝像頭和傳感器可從用戶的物理環境中收集實時數據。傳感器類型包括紅外攝像頭、加速度傳感器、陀螺儀和GPS等。
軟件：對環境數據進行處理和解讀，以確定要部署的正確數字元素以及其在用戶視圖中的放置位置。
顯示器：數字信息被呈現在用戶的視場中，與周圍環境完全集成。顯示器包括眼鏡和頭戴式顯示設備、抬頭顯示器、智能手機、平板電腦和投影儀等。
增強現實的類型
增強現實主要有兩種類型——基于標記的AR和無標記的AR。在基于標記的AR中，物理標記（如二維碼）被用作將虛擬體驗附加到真實對象上的一種簡單方法，而無需對象識別和追蹤。在無標記的AR中，不需要標記。其通過多個傳感器根據顏色、圖案和位置等線索協調信息，以識別環境中的項目。
展開 快訊 | PTC在PAC“增強現實聯網工作者”評估中獲得總分第一
PTC的Vuforia增強現實解決方案套件被稱為 “市場上非常全面的企業AR解決方案套件...”
PTC在“能力”和“市場實力”兩方面評估獲得最高分
PTC近日宣布，在PAC的創新雷達報告（PAC’s Innovation RADAR report) 中，Vuforia?的增強現實（AR）解決方案套件連續第四年被評為總體領先和 “同類最佳”供應商。 完整報告 “2022年工業世界的開放數字平臺”。
該報告在產品實力和市場實力兩方面評估了AR技術供應商對聯網工作者的支持作用。PTC在這兩個評分中都獲得了最高分。該報告顯示，PTC研發了前沿的工業和企業AR用例并且提供廣泛的AR硬件選件，涵蓋從智能手機和平板電腦到可穿戴設備，例如如微軟旗下的HoloLens 2和RealWear Navigator 500這類廣泛的AR硬件選件，獲得了AR領域客戶的好評。
該報告的首席分析師和作者Arnold Vogt表示：“ 我們的分析顯示，PTC的Vuforia技術仍然是目前市場上非常全面的企業級增強現實解決方案套件。PTC已經做好準備協助客戶和其聯網工作者在培訓、服務和維修以及制造質量檢測和驗證等用例中實現AR的實際價值。”
PTC執行副總裁兼增強現實部門總經理Michael Campbell表示：“ 我們在PAC最新的AR報告中獲得了領先的成績，這項成就突出了我們對使用Vuforia的客戶帶來的價值以及我們在產品和市場策略上的優勢。我們很榮幸能在不斷增長的AR市場中處于領先地位，隨著用例場景的增加和新的硬件供應商進入該領域，工業企業也將從這些解決方案中獲得越來越多的價值。”
來源于：PTC官方
展開 行業洞見 | 您需要了解的關于應用于制造業的增強現實技術的一切
數字化轉型正在將制造業帶入速度，知識，透明度和互聯的新時代。雖然工業物聯網數據使產品更智能，處理速度更快，但AR正在提高人們的工作效率。
01、通過互聯工人來彌補技能差距
制造業正面臨迫在眉睫的技能危機，預計未來十年將有數百萬工作崗位無法填補。為了保持領先地位，制造商需要找到一種方法來同時改善知識共享，保留他們的老齡化勞動力，并提高新員工或周期性工人的技能。
AR解決方案越來越觸手可得，他們同樣可以通過極其有效的培訓和程序性指導應用證明價值。AR通過向工人提供相關數據和指令，在指定的時間和地點（工廠或現場），立即使工廠工人和技術人員提高效率。通過將物理和數字世界融入沉浸式體驗，AR可幫助人們更快地理解和保留復雜信息。作為基于云的解決方案，用戶可以隨時隨地訪問，通過連接辦公室內的人員實時與現場人員，AR可以更輕松地進行協作和知識共享。
02、AR硬件和軟件
那么，AR解決方案的硬件和軟件是什么樣的？硬件可以包括可穿戴設備（如Microsoft HoloLens或RealWear HMT-1）到袖珍移動設備或更大的屏幕平板電腦。每種設備的成本，可用性和普遍性都各不相同，制造商在實施AR解決方案時應該考慮這些選項。
AR軟件具有多樣性，其解決方案包括如Vuforia Studio的開箱即用的AR內容創作工具，
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