新兴空间计算领域的研究人员已经开发出一种增强现实头盔的原型，它使用全息成像在普通眼镜的镜片上覆盖全彩色3D运动图像。与当前增强现实系统的笨重头显不同，这种新方法以紧凑、舒适和吸引人的外形提供了视觉上令人满意的3D观看体验，适合全天佩戴。

电子工程副教授、快速发展的空间计算领域的专家Gordon Wetzstein说:“我们的头显在外界看来就像一副普通的眼镜，但佩戴者通过镜片看到的是一个丰富的世界，上面覆盖着充满活力的全彩3D计算图像。”Wetzstein和一组工程师在《自然》杂志的一篇新论文中介绍了他们的设备。

他们说，虽然现在只是一个原型，但这种技术可以改变从游戏和娱乐到培训和教育的领域——任何地方的计算机图像都可以增强或告知佩戴者对周围世界的理解。

该论文的第一作者之一、wetzstein领导的斯坦福计算成像实验室的博士生Manu Gopakumar说:“人们可以想象，一个外科医生戴着这种眼镜来计划一个精细或复杂的手术，或者飞机机械师用它来学习最新的喷气发动机。”

克服障碍

这种新方法是第一个解决复杂的工程要求的方法，迄今为止，这些要求要么是笨拙的头戴式设备，要么是不太令人满意的3D视觉体验，这可能会让佩戴者视觉疲劳，有时甚至有点恶心。

斯坦福大学计算成像实验室的博士后研究员、该论文的第一作者之一Gun-Yeal Lee说:“目前还没有其他增强现实系统具有与我们的3D图像质量相当的紧凑外形。”

为了取得成功，研究人员通过将人工智能增强全息成像和新的纳米光子器件方法相结合，克服了技术障碍。第一个障碍是显示增强现实图像的技术通常需要使用复杂的光学系统。在这些系统中，用户实际上并没有通过耳机的镜头看到真实的世界。相反，安装在耳机外部的摄像头实时捕捉世界，并将图像与计算机图像相结合。由此产生的混合图像然后以立体的方式投射到用户的眼睛上。

“用户看到的是覆盖着计算机图像的真实世界的数字化近似值。这是一种增强虚拟现实，而不是真正的增强现实。”

Wetzstein解释说，这些系统必然是笨重的，因为它们在佩戴者的眼睛和投影屏幕之间使用放大镜，这需要眼睛、镜片和屏幕之间的最小距离，从而导致额外的尺寸。

“除了体积大之外，这些限制还会导致不令人满意的感知真实感，而且经常会导致视觉不适，”斯坦福大学计算成像实验室的博士生、该论文的合著者Suyeon Choi说。

杀手级应用

为了产生视觉上更令人满意的3D图像，Wetzstein跳过了传统的立体方法，转而采用全息技术，这是20世纪40年代末开发的一种获得诺贝尔奖的视觉技术。尽管3D成像前景广阔，但由于无法描绘准确的3D深度线索，全息摄影的广泛采用受到限制，导致视觉体验平淡，有时甚至令人恶心。

Wetzstein坦团队使用人工智能来改善全息图像中的深度线索。然后，利用纳米光子学和波导显示技术的进步，研究人员能够将计算全息图投射到眼镜的透镜上，而不依赖于笨重的额外光学器件。

波导是通过在透镜表面蚀刻纳米尺度的图案来构建的。安装在每个寺庙的小型全息显示器通过蚀刻图案投射计算图像，这些图案在镜头内反射光线，然后将其直接传送到观看者的眼睛。透过眼镜的镜片，用户既能看到真实世界，也能看到顶部显示的全彩色3D计算机图像。

栩栩如生的质量

3D效果得到了增强，因为它是立体的，也就是说，每只眼睛看到的图像与传统3D成像的图像略有不同，而且是全息的。

斯坦福计算成像实验室的博士生、该论文的合著者Brian Chao说:“通过全息摄影，你还可以在每只眼睛面前获得完整的3D体积，从而增加栩栩如生的3D图像质量。”

新波导显示技术和全息成像技术的改进的最终结果是一种逼真的3D视觉体验，既能在视觉上满足用户，又不会像以前的方法那样产生疲劳。

Wetzstein说:“全息显示一直被认为是终极的3D技术，但它从来没有取得过巨大的商业突破。”“也许现在他们有了等待多年的杀手级应用。”