本文主要讨论 VR 和 AR 在显示和视觉原理方面的不同。

HMD （Head Mounted Display）指佩戴在头部眼睛前面的显示器，通常可以用双眼观看。HMD 是 VR 和 AR 眼镜的通用术语。VR 和 AR 都使用显示器来创造沉浸式或互动式体验。不过它们在向用户展示信息的方式上有所不同。VR 眼镜将用户与外部世界隔离开来，让人沉浸在虚拟世界中，AR 眼镜则通过添加虚拟内容来丰富用户的真实环境。

HMD 通常有一个集成的跟踪系统，根据当前位置和方向不断调整虚拟摄像机的位置和观看方向。大多数 HMD 使用双眼光学，使用户可以立体地感知内容。

VR

虚拟现实系统使用虚拟现实耳机或多投影环境来生成逼真的图像、声音和其他感觉，以模拟用户在虚拟环境中的实际存在。VR 显示器的设计是为了让用户完全沉浸在一个虚拟环境中。

VR 眼镜的工作原理是在眼镜内的屏幕上显示 3D 图像和视频，然后通过创造深度和距离错觉的镜片来观看。VR 眼镜通常采用封闭式设计，HMD 的视野有时几乎与自然视野一致，使用户在视觉上与环境完全隔绝，视野完全被虚拟环境填满，这有助于加强沉浸感。

显示器左右眼各有一块镜片，眼睛看到的是同一个显示器的不同区域，形成立体视觉。通过使用 LCD 或 OLED 显示器，实现了高分辨率与高亮度的结合，并且价格合理。眼镜通常还内置有传感器，如陀螺仪和加速计，可以跟踪用户头部的运动并相应地调整图像。这使得用户可以在虚拟环境中环顾四周，就像观察现实世界一样。交互功能更强大的 VR 眼镜还配备了更多的感知和互动能力，如触觉反馈，为用户提供触觉感受，或眼球追踪，使系统能够追踪用户的目光并相应地调整图像。

总的来说，VR眼镜使用技术的组合，如屏幕、传感器和软件，为用户创造一个沉浸式的互动虚拟环境。

AR

AR 可以定义为包含三个基本特征的系统：真实世界和虚拟世界的结合、实时交互以及虚拟和真实对象的准确 3D 配准。AR 显示器是为了用虚拟内容增强现实世界。它们使用屏幕或投影仪在现实环境之上叠加显示数字内容，使用户能够同时看到虚拟内容和现实世界。用户的视野部分会显示虚拟内容，其余部分则被现实世界填满。

头戴式 AR 眼镜可以分为两类：光学透视显示器（Optical see-through，OST）和视频透视显示器（Video see-through，VST）。前者通过光学方式在用户的视野中叠加真实和虚拟的图像，后者则使用视频摄像机来捕捉环境信息，然后在渲染过程中与虚拟内容叠加。

光学 AR 眼镜

一般的 AR 眼镜都是 OST 显示器，以 Hololens2、Magic Leap One 为代表。透过眼镜可以直接看到现实环境，虚拟图像是由显示器产生的，并由镜头放大。与 VST 相比，观看真实环境时，在质量和分辨率方面没有限制，而且造价成本较低。但它也有一些缺点：

• 定位误差会被放大，对跟踪注册精度要求较高。虚拟图像通过分光镜投射到眼睛，是一个固定的距离，可能与用户当前关注的真实世界内容的距离不同。
• 在明亮环境中的背景对比度不足。由于显示器相对于环境光的亮度低，会影响虚拟内容的可见性。一般需要在明亮的环境中减少透明度来增加背景对比度，但不同的叠加方法通常会导致入射光量的显著减少，画面显得很暗。因此大多数 OST 不太适合在阳光下使用。

AR 光学显示系统的核心是微型显示屏和成像系统（光学元件），近眼显示技术的不同组合是区分目前市场上 AR 眼镜的关键。

近眼显示技术是现阶段 AR 眼镜的瓶颈之一。为什么它的难度很大呢？因为现有技术方案在各种参数（如分辨率、视场角）间存在潜在冲突，如何组合、取舍、权衡，得到最佳组合方案，是业界共同面临的重大挑战。

表 近眼显示技术路线