什么是AR？

AR（增强现实）是一种将数字内容（包括文字、图像、视频和 3D 模型）叠加在现实世界之上的技术。AR 基于传感器和机器学习技术，对外部环境及物体进行扫描及信息探测学习，并且在现实环境叠加情景信息，满足用户所需。由于 AR 将数字对象和信息叠加在现实世界之上，因此 AR 对用户的切实价值主要体现在移动场景。

图1：增强现实

2022年，元宇宙带动了AR行业又一次火热。

现在整个AR（增强现实）行业，大家做的主要工作都在增强视觉上。所以作为AR关键技术之一的NED（近眼显示）技术，也是业内的技术攻关重点。

一个好的近眼现实光学直接影响到了体验者的视觉沉浸。

AR光学

首先咱们了解一个概念：OST。

OST是指通过光学透视的方式来实现AR技术，也就是自然光透过光学镜片进入人眼（原理类似于戴墨镜看自然世界）。OST的光学目前业界也是五花八门 ，主流包括了：离轴光学、birdbath光学、光波导、自由曲面棱镜光学、复合反射光学 等…

下面基于给大家进行AR成像介绍：

如图2所示，屏幕的光线（绿色实线）通过一组光学镜片反射进入人眼，人眼在观看镜片时会在前方呈现一个虚像（虚拟物体苹果）。

又因为光学镜片本身是一个同时具有透光和反光特性的镜片，其透光特性允许自然光通过镜片入射进入人眼，所以人也可以通过镜片看到真实物体（实物：树）。

此时一套AR成像系统已经形成，一个人在不戴AR眼镜的时候智能看到真实物体，在戴上AR眼镜后就可以通过AR眼镜同时看到真实物体和虚拟物体（如图3）。

图2：光学与成像

图3：AR效果示意

虚拟遮挡的重要性

至此大家已经明白了AR光学系统的基本原理和实现效果。

但在实际AR体验过程中，AR的光学系统也会带来很多问题。比如说虚拟物体的遮挡问题。为了给体验者更真实更合理的AR体验，虚拟物体和真实物体会存在真实物理的遮挡关系，比如说当虚拟物体比真实物体离你更近时，真实物体就会被虚拟物体遮挡，从而看不到真实物体的部分区域（如图4、图5）

图4：遮挡示意图

图5：人眼视野图（人眼看到的）

但实际情况不是如此理想，现在很多的AR显示光学系统由于入眼亮度（虚拟画面的亮度）不够高、透过率太高等问题导致了虚拟物体无法遮挡住真实物体。如图6，本来应该能够遮挡住真实树的虚拟苹果却是半透明的，体验者可以透过虚拟画面看到其后面的物体，这样给体验者带来了很大的视觉BUG。我们管用虚拟物体遮挡住真实物体的技术叫做“虚拟遮挡”。

图6：实际AR虚拟遮挡效果

解决虚拟遮挡问题

目前绝大多数的OST AR光学系统，在多数情境下都会存在虚拟遮挡的BUG问题。

很多厂家为了解决该问题，也使用了很多不同的方法，比如提高虚拟画面入眼亮度、降低光学透光率等...

简单讲下这种方式：

1. 提高虚拟画面入眼亮度：如图2所示的AR光学系统，我们想提高虚拟画面入眼亮度核心有两种方式。第一是提高光源（屏幕）本身的亮度。由于屏幕的光是由反射镜片反射入眼的，所以还有第二种方式是提高反射镜片的反射率，同样可以提高虚拟画面的入眼亮度。

虚拟画面亮了，自然遮挡效果会变好。

2. 降低光学透光率：我们同样看图2，自然光（树的光线）是穿过光学镜片进入人眼的，而光学镜片本身是存在一定透光度的，所以人眼通过光学镜片看到的自然画面就会变暗（类似于墨镜效果），我们说的“光学透光率”是指自然光通过光学镜片的透过率。

自然环境变暗了，但虚拟画面亮度不变，则自然遮挡效果会变好，如图7。

图7：降低光学透光率示意

STO

我们已经知道了如何解决虚拟遮挡问题，所以在OST AR光学系统的设计上，我们就要重点考虑该问题，所以我提出一个光学指标来表示OST AR光学系统虚拟遮挡的实际效果。

名称：透视遮挡指数

STO（ See Though Occlusion）

定义：在OST（光学透视）的AR光学系统中，反应人眼感知虚拟物体对比人眼感知真实物体相对亮度的值。

提出人：Allen

提出时间：2022年5月

STO计算公式：STO=虚拟画面光入眼亮度/光学通透率=光源亮度*光学效率/光学通透率

STO值作用：

STO值反映着一套OST AR光学系统虚拟遮挡的效果，STO值越高，虚拟画面遮挡真实世界效果越强，越适合强亮度环境。

AR技术目前已经应用到各行各业，使用场景各有不同，不同场景中自然光的亮度也不同。一套好的AR光学系统往往能满足更多的场景使用，白天室外、室内、夜晚等等...

STO值可以让消费者根据自己的实际使用场景选择出更适合自己的AR设备。

谢谢大家观看