虚拟现实VR/增强现实AR/混合现实MR（2 VR系统）（vr虚拟现实制作教程）

可以用于VR的NED（near eye display近眼显示）大致分为三种，如图1所示。

一种基于stereoscopic image（静态图像），此类光学系统包括micro-display（微型显示器）和光学元件（如凸透镜（组），菲涅尔透镜（组），超透镜（组）等等）两部分。光学元件将微型显示器上的图像投影放大呈现给人眼。对于此类系统，左眼和右眼观察到的图像不同，通过大脑的信息提取和处理感受到具有层次感的立体效果。

一种是基于CGH（computer-generated holography计算全息图），此类系统通过相关光源，空间光调制器等直接再现计算全息图记录的3D图像。

最后一种是基于Maxwellian显示的retinal-3D（视网膜3D），此类系统不考虑人眼的光焦度，通过将光线聚焦到瞳孔上形成焦点进入观察者眼睛，在视网膜上形成广而均匀的照明。此类系统将显示屏上的图像逐像素扫描到受试者的视网膜，允许单个像素在图像被扫描到用户的视网膜时受到动态的光学影响。这使得打算出现在场景中不同深度的内容（物体、表面等）能够以正确的深度投射到用户的眼中。

虚拟现实VR/增强现实AR/混合现实MR（2 VR系统）（vr虚拟现实制作教程）

图1 近眼显示

(copied from “Holographic techniques for augmented reality and virtual reality near-eye displays” and “Retinal 3D: Augmented Reality Near-Eye Display Via Pupil-Tracked Light Field Projection on Retina”)

Visual comfort

视觉舒适度主要从缓解VAC,增大eye relief，增大FOV和eye box等方面进行论述。

1 VR-VAC

图2 VAC

(copied from “Holographic techniques for augmented reality and virtual reality near-eye displays”)

对于基于静态图像显示的VR光学系统，会产生VAC（vergence-accommodation conflict视觉辐辏调节冲突或称为调焦冲突）。观察现实世界中的三维物体时，vergence distance与accommodation distance 完全相同。然而因为显示器面板到人眼的距离是固定值，图像在单一深度显示，图像内容由视差渲染在三个尺寸，为两只眼睛提供不同的图像。这方法为辐辏提供了适当的刺激（vergence cue），但忽略了调焦提示（accommodation cue），这导致众所周知的 VAC 会引起不适眼镜疲劳和不舒服。（换而言之，观看者大脑中的视觉系统将迫使眼球聚焦在虚拟 3D 物体上，而眼睛的晶状体聚焦于显示平面，导致适应距离和辐辏距离不匹配产生晕眩）

解决VAC的方法

Multiple focal system

多焦系统缓解VAC的方式是通过产生多个图像平面或者移动图像平面的位置使vergence distance和accommodation distance相匹配。根据不同的原理，多焦系统可以分为space multiplexing system（空间复用系统），time multiplexing system（时间复用系统）和polarization system（偏振复用系统）。在具体使用过程中，也可以是空间复用，时间复用和偏振复用的结合去增加焦平面的数量。

Space multiplexing

空间复用可以同时生成多个不同深度的图像平面。最简单的方法是物理上放置多个透明屏幕面板（缺点：多个面板堆叠会产生莫尔条纹）；也可以使用分束器 (BS) 来帮助建立空间复用系统，显示面板放置在一侧，而 BS 反射不同的显示器的部分。由于每个分束器与人眼的距离不同，所以显示的图像在不同的深度。