ANSYS BLOG
October 18, 2022
眼界大開，看見 AR/VR 的未來
自 1990 年代 AR/VR問世以來，增強實境 (AR) 和虛擬實境 (VR) 已經歷經了漫長的改變。如今，兩者都重新出現在遊戲產業和其他產業中——可能作為家庭娛樂、進行虛擬旅遊、或為公務員、醫生、飛行員等進行培訓計劃。至今，AR/VR 的營收預計將在 2024 年達到 728 億美元（高於 2020 年的 120 億美元）1 。其中約 80% 的營收直接來自遊戲與電競相關領域。2
但是消費者並不是一直都對 AR/VR 技術如此興奮。初期對 AR/VR 的熱情很快就消退了。許多人將其視為時機和運氣不佳的結果，因為支援良好的使用者體驗的技術還不存在。然而發展至今，我們有了眼球追踪技術——AR/VR 的主要驅動力。
眼球追踪是針對眼睛活動的測量，可以追踪人眼注視的位置和瞳孔大小。眨眼、跟隨物體和對刺激的反應等與眼球活動都被認為對 AR/VR 的使用者體驗開發很有價值。
人類的目光如何改變一切
不難理解為什麼像 Google、Facebook、蘋果和微軟這樣的平台都在發展 AR/VR 和眼球追踪，因為它有明顯的好處。眼球追踪幫助他們的開發人員分析使用者的興趣，並預測他們的下一步行動，從而使平台能夠縮短響應時間。 它還增強了 AR/VR 生成的數字環境中的用戶體驗。 今天，有幾種工具可供採用。 許多 AR/VR 設備已經包含眼球追踪系統，以進一步增強系統光學性能，包括 Oculus Rift、HoloLens 2、Magic Leap 和 HTC Vive。
眼球追踪數據正在以多種方式推動 AR/VR 系統的開發。由於人眼僅在中央窩（眼睛中提供清晰的中央視覺的部分）周圍具有高分辨率，而廣角的分辨率較低，因此此類資訊有助於節省計算資源，以在小區域內生成細節，並降低分辨率要顯示的其他內容。
相對地，較低的計算資源要求意味著更少的功耗和熱量產生，這在整體使用者舒適度的方面非常重要。 散熱是 AR/VR 應用中體積龐大和沈重的原因之一。在這方面，眼球追踪可以捕捉更自然的體驗，從而帶來更舒適的 AR/VR 頭戴設備設計和更好的整體使用者體驗。
將立體圖像更清晰的聚焦
AR/VR 系統其中一個常見問題就是視覺輻輳調節衝突 (VAC)。 當虛擬物體的距離和所需的聚焦距離在您的大腦中未對齊時，就會發生這種情況。在這種情況下，查看立體圖像可能會導致聚焦問題、眼睛疲勞和視覺疲勞。
使用焦距調整虛擬影像，將可以緩解 VAC 並幫助 AR/VR 使用者獲得更好的體驗。為此，您需要眼球追踪來告訴光學系統該使用者正在觀看的確切位置，以獲得正確的焦點。有了這些資訊，調整系統以準確捕捉眼睛和正確焦平面之間的會聚點可以消彌這些影響。
有趣的是，人眼可用於控制 AR/VR 設備。例如，在 Microsoft HoloLens 2 中，使用者的視線可以快速且輕鬆地傳遞上下文輸入訊號，從而影響和塑造他們自己的全像體驗。
在一個高效的工作流程中，您需要看到什麼？
隨著 AR/VR 頭戴裝置變得越來越小、眼球追踪系統的空間越來越小。對於某些 AR/VR 設計類型，眼球追踪的攝影機與人眼之間的距離被擠壓，而所需的視場角在相同的畫質要求下被擴大。
Ansys 如何考慮 AR/VR 中的各領域，並將其整合到一個高效的工作流程中，以應對此類的光學挑戰？ 答案是──透過為整個 AR/VR 光學模組提供全面的軟體解決方案：
- Ansys Speos 中的光學設計和驗證軟體可用於模擬系統的視場角和對比度，以幫助確定光引擎的類型和合適的視場角。
- Ansys Lumerical FDTD 和Ansys Lumerical STACK 光學薄膜模擬軟體可用於模擬AR/VR 系統顯示行為和感應器的性能。
- 對於AR 波導設計，可以使用Ansys Lumerical 模擬和設計軟體結合Ansys OpticStudio光學工作流程和設計軟體對光柵進行模擬，該軟體可以對整個系統的圖像進行模擬。
- 對於 VR Pancake 設計，Lumerical 可用於模擬曲面偏振器和四分之一波片。
- OpticStudio 也可用於檢測疊影。
- 一旦系統性能達到規範要求，Speos 光學設計和驗證軟體的反向光線追踪功能便可以透過 AR/VR 系統模擬雜散光和人眼在不同位置看到的圖像。
「一個眼球追踪系統通常包含三個部分：光源、鏡頭和感應器。 將 Ansys Zemax 光學設計軟體導入設計工作流程中，在最佳化和使用者系統容差方面具有明顯優勢，」Ansys 光學資深應用工程師 Michael Cheng 表示。 「該軟體可以為眼球追踪系統提供逼真的模擬，幫助準確預測製造階段的光學系統性能，從而避免代價高昂的生產錯誤。」