Oculus Research，公司的虚拟现实和增强现实研发部门，今天宣布了一种他们称为“焦平面显示”的新显示技术。该显示技术旨在改善困扰当前虚拟现实头显的视差-调焦冲突。该公司称这项工作“开创性”。

Oculus Research的焦平面显示原型 | 照片提供：Oculus
Oculus Research已经发表了一篇论文，并将在今年7月的SIGGRAPH会议上展示有关焦平面显示的研究。Oculus发布的视频（本文的标题）简要解释了该显示技术的实现原理。附带的博客文章提供了更多细节。

焦平面显示模仿了我们眼睛自然对不同深度物体的调焦方式。这种新方法通过使用空间光调制器（SLM）来改变光线进入显示器的方式，将头显的焦点弯曲围绕着3D物体，增加了深度，并同时扩大了所表示的空间。所有这些共同构成了在虚拟现实中的提高图像清晰度和更自然的视觉体验。

通过结合领先的硬件工程、科学和医学成像、计算机视觉研究以及最先进的算法，专注于下一代虚拟现实，该项目采用了高度跨学科的方法，据我们所知，这种方法以前从未尝试过。这甚至可能让戴着矫正眼镜的人在使用虚拟现实时感到舒适。

研究人员正在使用一个空间光调制器，它似乎能够有选择地将光线弯曲，以改变图像的某些部分的焦点。

这项研究论文由Oculus Research的科学家Nathan Matsuda、Alexander Fix和Douglas Lanman共同撰写，结论如下。
焦平面显示继续沿着可变焦和多焦点概念制定的道路发展，进一步将虚拟图像定制化以适应场景内容。我们已经证明新兴的相位调制SLM准备好实现这一概念，得益于几十年来对相关自适应成像应用的研究。我们已经通过一个概念验证原型展示了高分辨率的焦点堆叠再现，并提出了一个完整的优化框架来解决联合焦平面和彩色图像分解问题。通过统一目标为基础的焦散效应、视网膜扫描显示以及其他支持调焦的头显概念，我们希望激发其他研究人员利用新兴的显示技术，解决头显中的视差-调焦冲突。虽然这不是解决视差-调焦冲突的完美方案，但Oculus将这项显示技术称为介于当前虚拟现实显示技术和具有理想特性以应对视差-调焦冲突的技术之间的“中间地带”。

所谓的“可变焦”显示是当前热门的研究课题，因为它能够使虚拟现实头显发出的光线更接近我们在现实世界中看到的光线，使我们的眼睛更自然、更舒适地对虚拟场景进行调焦。同样的技术也可以用于在使用虚拟现实头显时消除佩戴眼镜的需求。

焦平面显示方法确实需要眼球追踪，而眼球追踪本身还没有完全解决。研究人员也很快承认，这种技术在广角范围内实现起来很困难；您可以看到他们对几种不同技术的评估，这些技术被设计用来实现可变焦显示。

相关知识简介：视差-调焦冲突
调焦是眼睛的折光用于聚焦不同深度物体的透镜。 | 照片提供: Pearson Scott Foresman
在现实世界中，为了聚焦近处的物体，你眼睛的晶状体会弯曲以便将该物体的光线聚焦在视网膜上，使你能清晰看到该物体。对于远处的物体，光线以不同角度进入你的眼睛，晶状体再次必须弯曲以确保光线聚焦在视网膜上。这就是为什么当你闭上一只眼睛并聚焦在距离你脸几英寸远的手指上时，手指后面的世界变得模糊。反之，如果你聚焦在手指后面的世界上，手指就变得模糊。这就是所谓的调节。

视差是每只眼睛向内旋转以将每只眼睛的视野重叠成一个对齐的图像。 | 照片提供: Fred Hsu (CC BY-SA 3.0)
然后还有视差，也就是你的每只眼睛内旋以”聚焦”每只眼睛的单独视野，使其重叠成一个图像。对于非常远的物体，你的眼睛几乎是平行的，因为它们之间的距离与物体之间的距离相比非常小（这意味着每只眼睛看到物体的区域几乎相同）。对于非常近的物体，你的眼睛必须急剧向内旋转以使图像聚合。你也可以通过上面的小指技巧看到这一点；这次使用双眼，将你的手指离你的脸几英寸远并盯着它看。注意你会看到手指后面的物体是重影的。然后当你看着手指后面的物体时，你现在会看到手指的双重影像。

通过精确的仪器，你可以使用视差或调节法确切地知道人们所注视的物体的距离。但问题是，调节和视差都是自动发生的，并且它们不仅同时发生；视差和调节之间存在直接的相关性，也就是说对于任何给定的视差测量，都会有一个直接对应的调节水平（反之亦然）。自从你是个小宝宝起，你的大脑和眼睛就已经形成了肌肉记忆，使这两个过程同时发生，无需思考，不管你看什么。

但是在当今大多数AR和VR头戴设备中，调节和视差不同步，这是由于光学设计的固有限制。

在基本的AR或VR头戴设备中，有一个显示屏（距离眼睛大约3英寸远）组成虚拟图像，以及一个透镜将显示屏上的光线聚焦在眼睛上（就像你的眼睛里的透镜通常将世界上的光线聚焦在视网膜上一样）。但由于显示屏与眼睛的距离是固定的，显示屏上显示的所有物体的光线都来自同一距离。所以即使虚拟山脉在五英里外，桌子上的咖啡杯在五英寸外，这两个物体的光线以相同的角度进入眼睛（这意味着你的调节—眼睛晶状体的弯曲—永远不会改变）。
这与在该类头戴设备中的视差相冲突，因为我们可以向每只眼睛显示不同的图像，所以视差是可变的。能够分别调整每只眼睛的图像，使我们的眼睛需要汇聚在不同深度的物体上，本质上就是提供了今天的AR和VR头戴设备的立体视觉效果。但最接近真实（并且可以说，最舒适）的显示技术应该消除视差和调节之间的问题，并让两者像我们在现实世界中习惯的那样同步工作。