在過去幾年中，穩健、可擴展的混合現實系統的設計和開發取得了重大進展。混合現實的創新動力源於將當今可用的海量資料用於更好地管理/導航/運營我們生活、工作和娛樂的環境的美好願景。最近的技術進步已經提高了此類系統的易用性，從而提高了系統的覆蓋率，看到這些進步在傳統消費市場以外的各個行業（例如國防¹、製造²、汽車³和醫療保健^4-5）創造對混合現實的需求，真是令人興奮。

混合現實持續成熟的一個例子是SPIE AR | VR | MR的“畢業”——虛擬實境會議從SPIE Photonics West的分會到成為一個獨立的活動⁶。另一個例子是我們在2021年Zemax Envision全球會議上展示的關於AR/VR系統設計和開發的各種演講⁷。在其中的許多演講中，我們看到了混合現實是如何從整個光學和光子學行業的小型化趨勢中受益的。這是由衍射和反射折射技術的進步驅動的。

關於混合現實系統設計的現狀，最有趣的一個方面是對於衍射或折射解決方案是否最適合該行業缺乏明確的答案。儘管衍射解決方案——例如表面浮雕光柵和體全息光柵——在過去幾年中得到了大量投資，但在所謂的“現代幾何形狀”——複雜非球面和自由曲面——的開發方面也進行了類似的投資，以實現混合現實。例如，塑膜成型工藝使折射元件能夠以比以往任何時候都更小的尺寸製造，這些元件正被用於構建具有高亮度和低雜散光的高性能混合現實系統⁸。然而，目前仍在使用衍射元件開發最小的AR系統，使用這些元件開發的系統提供了更高的隱私和安全性，因為它們可以限制非預期人員查看生成的圖像。因此，衍射和折反射解決方案在創建強大、可擴展的混合現實系統方面仍然具有很高的價值。

這就是模擬發揮關鍵作用的地方。模擬使設計和開發混合現實系統的工程師和科學家能夠通過詳細而有效的模擬結果確定適合其應用的最佳解決方案，探索各種參數的權衡以設計具有最佳竣工性能的系統。我很自豪Zemax提供了一套工具來支援工程師設計衍射^9-10和折反射^11-12的AR\VR解決方案，並以此支援下一代混合現實系統的開發。最近的新聞突出了混合現實在消費領域^13-14的快速增長，這在很大程度上是由於這些系統的支援技術的小型化導致的。因此，混合現實正在開始實現多年前為其制定的一些目標。AR/VR的旅程現在正在起飛，我很高興能成為其中的一員！

要试用 Zemax 光学设计软件，请在此处下载免费试用版。

作者：

Sanjay Gangadhara
Chief Technology Officer
Zemax, LLC

参考文献：

1. https://news.microsoft.com/transform/u-s-army-to-use-hololens-technology-in-high-tech-headsets-for-soldiers/
2. https://finance.yahoo.com/news/ptc-provides-leading-ar-platform-130000191.html
3. https://virtual-strategy.com/2021/09/20/automotive-ar-vr-market-2026-receives-a-rapid-boost-in-economy-due-to-high-emerging-demands/
4. https://www.winwire.com/mixed-reality-in-healthcare/
5. https://theappsolutions.com/blog/development/ar-vr-in-healthcare/
6. https://www.spie.org/news/ar-vr-mr-2020_the-future-now-arriving?SSO=1
7. https://www.zemax.com/blogs/news/zemax-envision-conference-2021-agenda-is-live
8. http://virtualrealitytimes.com/2021/08/01/breakthrough-pancake-optics-could-usher-in-ultra-compact-and-stylish-vr-glasses/
9. https://support.zemax.com/hc/en-us/articles/1500005578722-Simulating-diffraction-efficiency-of-surface-relief-grating-using-the-RCWA-method
10. https://support.zemax.com/hc/en-us/articles/1500005490821-Simulating-diffraction-efficiency-of-a-volume-holographic-grating-using-Kogelnik-s-method
11. https://support.zemax.com/hc/en-us/articles/1500005577782-Which-tools-to-use-when-working-on-a-Head-up-Display-
12. https://support.zemax.com/hc/en-us/articles/1500005490761-Using-the-TrueFreeForm-surface-for-grid-based-freeform-optimization
13. https://about.fb.com/news/2021/09/introducing-ray-ban-stories-smart-glasses/
14. https://blog.mi.com/en/2021/09/14/xiaomi-unveils-xiaomi-smart-glasses/