在目前絕大多數(shù)頭戴顯示設(shè)備中，視覺(jué)立體感都是靠雙目視差產(chǎn)生的。但由于成像原理都是基于傳統(tǒng)的單透鏡成像，這些設(shè)備的虛擬畫面往往成像在固定距離處。也就是說(shuō)，無(wú)論雙目視差如何，人眼的晶狀體總是聚焦在固定距離處，而不完全符合雙目視差所帶給我們的畫面深度信息。這種現(xiàn)象被稱為輻輳-聚焦矛盾（vergence-accommodation conflict, VAC）。由于不符合人眼的自然觀察狀態(tài)，它在一定程度上會(huì)造成用戶的視覺(jué)疲勞。尤其是在AR中，當(dāng)把虛擬信息疊加在距離用戶較近位置處時(shí)，由于人眼對(duì)虛擬信息和真實(shí)環(huán)境的聚焦?fàn)顟B(tài)差異很大，虛實(shí)融合的效果則會(huì)變得很不自然。

輻輳-聚焦矛盾示意圖

    這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)避免把虛擬信息放在距離用戶較近位置處來(lái)緩解，比如Microsoft HoloLens中，在用戶一定距離范圍內(nèi)的虛擬信息會(huì)被消隱。但隨著AR應(yīng)用的深化和普及，一些應(yīng)用將不得不把虛擬信息呈現(xiàn)在更近處，如手掌上、筆尖處。這時(shí)，盡管虛擬信息離用戶很近，但用戶的眼睛卻不得不聚焦在幾米以外的位置。VAC問(wèn)題所帶來(lái)的視覺(jué)不適感將極大影響AR應(yīng)用的使用體驗(yàn)！

    針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，學(xué)界提出了光場(chǎng)顯示的概念，即通過(guò)空間光調(diào)制器在一定空間范圍內(nèi)復(fù)原出光線在自然狀態(tài)下的分布情況。幾年前出現(xiàn)的光場(chǎng)相機(jī)（如Lytro和Raytrix）便是光場(chǎng)理論的典型應(yīng)用。這些設(shè)備所記錄的畫面中包含了所拍攝景物的深度信息。在VR/AR中，我們也可以采用類似的方法來(lái)顯示不同深度的信息，即光場(chǎng)顯示。目前最接近實(shí)際應(yīng)用的一種光場(chǎng)顯示是采用透鏡陣列+光場(chǎng)圖像的方式，使每個(gè)像素點(diǎn)與透鏡形成對(duì)應(yīng)的位置關(guān)系，從而由圖像坐標(biāo) (x, y) 和透鏡坐標(biāo) (u, v) 定義四維光場(chǎng) (x, y, u, v)，并在出瞳范圍內(nèi)重現(xiàn)出來(lái)。

    在此理論基礎(chǔ)上，耐德佳首次提出了空間復(fù)用型AR光場(chǎng)顯示（稱作DLA技術(shù)）。通過(guò)在透明基片上建造微結(jié)構(gòu)陣列作為空間光調(diào)制器，同時(shí)在另一透明基片上建造小型顯示陣列作為圖像源，當(dāng)二者遵循一定的對(duì)齊方式時(shí)，來(lái)自真實(shí)環(huán)境的光線和來(lái)自顯示陣列的光線便能夠分別經(jīng)過(guò)DLA的不同區(qū)域而同時(shí)進(jìn)入出瞳范圍。如此一來(lái)，系統(tǒng)既能實(shí)現(xiàn)AR顯示，又能復(fù)原出空間光場(chǎng)。

耐德佳空間復(fù)用型AR光場(chǎng)顯示效果實(shí)拍圖

    虛擬信息可以被渲染在幾乎任意深度處，以模擬光線在自然情形下進(jìn)入人眼的狀態(tài)，緩解由VAC問(wèn)題所帶來(lái)的視覺(jué)疲勞和虛實(shí)融合失調(diào)問(wèn)題。在理論計(jì)算的基礎(chǔ)上，耐德佳設(shè)計(jì)的AR光場(chǎng)顯示目前可實(shí)現(xiàn)最大70°的視場(chǎng)角和不小于8mm的出瞳直徑，而系統(tǒng)整體厚度則僅為5mm。與近年來(lái)風(fēng)靡的波導(dǎo)型AR顯示不同，該系統(tǒng)除了DLA和圖像源之外，不包含任何額外的光路準(zhǔn)直結(jié)構(gòu)，且更易實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，因此更加適合普通眼鏡形態(tài)的AR產(chǎn)品，也更加適宜AR應(yīng)用的要求。目前相關(guān)研究成果已申請(qǐng)多項(xiàng)專利。