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論壇回顧丨南昌虛擬現實研究院集智股份(創新中心)研發成果報告

天方藥業股票 2022年4月29日,由虛擬現實制造業技術創新戰略聯盟主辦、南昌虛擬現實研究院股份有限公司承辦、江西省工業和信息化廳與南昌市人民政府擔任指導單位的“虛擬現實制造業技術…

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2022年4月29日,由虛擬現實制造業技術創新戰略聯盟主辦、南昌虛擬現實研究院股份有限公司承辦、江西省工業和信息化廳與南昌市人民政府擔任指導單位的“虛擬現實制造業技術創新戰略聯盟(VRMTA?)2022年度工作會議暨VR產業創新高峰論壇”在江西南昌圓滿落幕。

南昌虛擬現實研究院副總經理孫其民在高峰論壇上做了題為《南昌虛擬現實研究院(江西虛擬現實創新中心)研發成果報告》的報告,詳細介紹了南昌虛擬現實研究院在VR/AR可變焦顯示、焦面式虛擬現實顯示、全息體光柵、實時三維重建、眼動追蹤、手勢追蹤、三維可編輯投影等關鍵共性技術研發項目上的最新進展與成果。

以下為演講全文:

尊敬的趙院士、莊院士、江院士,還有我們聯盟的理事長,各位專家,各位領導,下午好。下面按照大會議程,我在這里向大家報告南昌虛擬現實研究院及江西省虛擬現實研究中心在虛擬現實關鍵共性技術研發方面所取得的進展。

在開展虛擬現實關鍵共性技術研發方面,我們從三個方面起步推進,一個是研發平臺的建設,第二個是研發團隊建設,第三個是共性關鍵技術攻關。

首先我們介紹一下關鍵技術研發平臺的建設情況。創新中心能力建設可分為5個部分開展,一是技術研發,二是成果轉化,三是檢驗測試,四是人才培養,五是國內外合作。

技術研發能力建設方面,我們將研發體系劃分為三大板塊,一是以研究所為單元的研發團隊,二是研發支撐平臺實驗室,三是成果轉化平臺、中試驗證平臺。

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目前為止,在研發體系建設當中,我們已建成5家研究所并成立團隊開始研發,推進關鍵共性技術的突破,這5家研究所分別是幾何光學研究所,近眼顯示研究所、光場成像與顯示研究所、三維傳感與機器視覺研究所、感知交互研究所。另外,我們還有微納光學和系統軟件兩個研究所正在籌建中。

研發平臺方面,我們投入了大量資金構建了研發實驗平臺,目前已建成7個研發實驗平臺,分別是近眼顯示,全息體光柵、液晶材料,幾何光學,光場成像與顯示,三維傳感與機器視覺,感知交互實驗室。

在成果轉化方面,現已建成兩個中試驗證平臺,分別是VR顯示模組和全景影像模組中試線。

在此基礎之上,各研究團隊開展共性技術研發突破,現在已經啟動了多個項目。

今天,我在向大家分享這7個方面的工作進展和成果。

一.液晶變焦透鏡與VR/AR可變焦顯示。

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這個研究方向的重點是突破變焦液晶透鏡技術,實現可變焦近眼顯示方案,解決視覺輻輳調節沖突(VAC)問題,實現VR/AR的舒適觀看體驗。

視覺輻輳調節沖突是大家所關注的VR暈動癥的根本來源。目前我們在這個領域已經開發出第一代電子變焦液晶透鏡,從樣品來看,它的厚度非常薄,其液晶能夠做到微米級。雖然說是一個鏡片,但它是一個液晶,只有是做到啊是微密級的,這是我們在實驗室實際檢測的情況。

在我們自己開發的電控液晶變焦透鏡測試平臺上,擺放了有遠中近三個套娃,最遠的是左側藍色套娃,距離約2米;中間的套娃距離大約為1.5米;最近的套娃距離約1米,通過電控變焦實時切換焦點。當焦點位于最遠處的套娃時,它處于最清晰的狀態,另外兩個套娃則會處于模糊狀態。

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將這套系統實踐到VR透鏡中,再加上眼動追蹤功能,就可以實現實時自動變焦和最優的視覺觀看效果。

基于這個原理,我們設計了基于VR可變焦透鏡的VR頭顯整機方案,其中使用了我們設計集成的可變焦透鏡光學模組,它的結構非常小,而且制程工藝只需要使用現有的成熟工藝,成本非常低,具有很好的產業化前景。

可變焦透鏡除了可以應用于VR頭顯,還能夠應用到手機、光通信等領域,只要是涉及到焦距可調的,均有應用的前景。

二.基于玻璃基液晶相位調制器的焦面式虛擬現實顯示。

這個研究項目同樣用于解決VR/AR觀看體驗舒適度的問題,也就是說剛才講的視覺輻輳調節沖突。它的特點是采用了光場的技術原理,在大家看來可能是解決視覺輻輳調節沖突的最優方案。

這一領域中,目前存在一個比較大的問題——產業化。這項技術中的核心器件空間光調制器,目前采用了硅基方案,成本高達幾萬甚至十幾萬。目前,我們計pm2 5預報劃采用的玻璃基方案能夠的大幅度降低器件成本,而且可以實現更大的尺寸與視角,都是VR所需要的。

現在在這一領域,我們已經研發完成了玻璃基液晶相位調制器的器件規格設計、光學設計、像素設計以及工藝制程和測試驗證平臺的搭建,正在開展第一代相位調制器的研制工作,預計在今年年底我們會推出第一代的液晶相位調制器,接下來開展焦面式顯示系統的整機研制。

從對比來看,玻璃基液晶相位調制器的尺寸各大,價格更低,解決了產業化瓶頸的問題。就VR/AR應用場景而言,能夠解決觀看舒適度的問題,實現連續的三維深度、自然的焦點模糊,帶來最佳的體驗。此外,玻璃基液晶相位調制器在全息顯示、可編程衍射光學器件等領域也有廣闊的應用前景。

三、聚合物分散液晶全息體光柵。

全息體光柵主要應用于AR顯示。未來AR顯示技術的主流是光波導,光波導又可分為幾何光波導與衍射光波導,全息體光柵技術是衍射光波導領域的一項技術。

全息體光柵的技術核心首先是基礎材料。目前國內在材料方面的技術與國外差距明顯,且受到了國外的技術封鎖,進口也有非常大的難度,是目前產業的一個瓶頸。

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在這一領域,我們有兩個研發方向,一是突破基礎材料,研制高性能全息高分子材料,我們建立了液晶材料實驗室以及全息體光柵實驗室正在攻克相關技術;二是突破基于全息高分子材料的全息體光柵關鍵制程工藝,實現批量生產,我們對標的是國外最先進的復制生產工藝。

目前我們已經自主研制出了全息高分子材料,從光學參數來看,它在調制折射率、調制度方面已經比國內現有材料有所領先。

我們的實驗室已經初步完成了第一代全息體光柵的制備,未來性能還可以進一步提升,預計在部分指標上做到國內領先,在部分指標上達到國際先進水平。

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四、散斑結構光實時三維重建技術與 RGB-D 相機。

基于散斑結構光的三維信息獲取是三維傳感里較為普遍的應用。在這項技術的基礎之上,我們開發了嵌入式3D相機,基于這一器件和算法,進一步延伸到三維重建技術,重點是三維稠密點云的重建。目前我們已經研發了第二代RGB-D相機,實際測試比微軟的Kinect以及英特爾的Real Sense在深度和深度圖的連續性方面都有比較明顯的優勢。

這一塊,我們重點突出兩個特點,一是高幀率,我們研發的相機可以達到60FPS以上,目前我們實驗室里最高可以做到超過100FPS,比較適合VR中的互動,以及對運動物體的三維感知和重建。二是我們目前采用了基于FPGA的芯片,可以很快的根據用戶的場景需要,去定制對應的技術指標。

RGB-D相機的應用場景也有很多,除了VR里的交互、建模,還包括了3D視頻會議、機器人導航以及更多的工業應用。

五、眼動追蹤技術。

眼動追蹤解決的是眼睛在看哪里、往哪兒看、怎么看的問題,從而主動獲取人對世界的感知信息,然后基于視覺信息的獲取來去進行視覺的交互和視覺行為的判斷。我們在這一領域的研發,重點解決面向VR頭顯的眼動追蹤技術,實現在VR設備中眼動追蹤與動態變焦顯示和渲染優安平縣天氣預報化的集成,為VR基于眼動追蹤的體驗優化提供一體化的技術支撐。

其中的重點包括變焦顯示、注釋點渲染和視覺交互三個方面。

我們目前的研發重點一是眼動追蹤模組,二是算法。在眼動追蹤模組方面,我們完全采用自主設計,用基于視頻的方式實現眼動追蹤,并對器件的小型化、可靠性、功耗,以及紅外光的安全度方面,都參照業界的標準做了很多的優化;在眼動追蹤器件與VR/AR頭顯的集成度方面,我們也針對業界現有的頭顯形態做了優化設計;算法方面,穩定性以及可遷移性較好,適用于多種頭顯硬件平臺。

針對VR/AR的應用,我們有兩方面的布局,首先是解決VR頭顯的眼動追蹤能力,目前我們提出了三種技術路線,可以適配多種頭顯。

第一是內部反射式,可以適配于像HTC Vive這樣的VR頭顯。

第二是針對Pancake超短焦顯示方案的外部直射式。

第三是針對大視場角的方案。

六、面向VR/AR的手勢追蹤技術與系統。

手勢交互是自然交互的一個重要形態。在這一領域,我們重點做三大技術,一是手勢姿態的采集和標注;二是手勢追蹤與識別;三是建立3D手勢姿態數據庫,給手勢交互技術開發以核心數據支撐。

深度學習是各個領域所使用的通用工具,在手勢追蹤領域馬爾代夫1月天氣,也是以深度學習作為一個主流的研發方向,它的痛點是必須要有大量的高精度數據來對模型進行訓練,才能得到好的結果?,F階段國內缺少這樣的數據庫,一些開源數據集的數據量和精度不達標,只能做一些實驗性的工作。3D手勢姿態數據庫能夠給手勢交互技術開發以核心數據支撐。

所以在手勢追蹤領域,我們重點解決三個問題。

第一是手勢追蹤系統,也就是我們的最終目標,第二是如何獲取數據,第三是3D手勢姿態的自動標注,這三點相互關聯。在實際工作中,第一步需要拿到大量的數據,我們大規模的采集3D手勢數據,計劃完成不少于20萬張高精度的數據圖,然后基于數據的處理研發一套自動化的標注工具,最后再在這一基礎上實現手勢追蹤算法。

具體到算法方面,我們已經針對不同的相機驗證了一些手勢追蹤方案,第一是基于彩色相機的追蹤方案,可以實時控制虛擬手。第二是基于灰度相機/深度相機的實時追蹤方案。將來,我們可以將手勢追蹤傳感器與三維重建傳感器集成到一套設備中,實現一體化的手勢追蹤解決方案。

手勢追蹤的主要技術指標,是能夠追蹤21個手指關節的關鍵點,獲取它們在空間的深度信息,然后進行實時追蹤,控制虛擬手。在具體的指標方面,我們重點關注微手勢操作的指標,例如點、拿、捏這樣在VR/AR中使用較多的動作;還有一些關鍵手指,例如拇指和食指的追蹤精度。

七、面向AR的三維可編輯投影系統。

邢臺天氣2345面向AR的三維可編輯投影系統是我們面向內容制作領域研發的內容工具,也是一套完整的系統。它包括兩塊,一個是內容創作,二是 AR內容的投影。

形式上來說,它類似于燈光秀,是一個比較小型的裝置,適用于室內小場景和小物體的投影與增強。它的特點是基于三維傳感獲取物體表面較精準的3D信息,也就是說物體表面的凹凸深淺不同都可以捕捉到,配合可以做到像素級編輯的內容制作工作,從而完成精細的作品,實現非常逼真的投影效果。

這套內容制作工作,被我們稱為光輝AR投影編輯系統,擁有PS等平面設計工具經驗的人都能夠輕松的上手。工具內包括了自動選取、特效、實時視頻導入等功能,也擁有時間軸的編輯與控制功能。從創作的角度來說,它是一款能夠提高很多生產力的工具。

這是我們在實驗室做的靜物增強投影以及在動態旋轉體上的投影,在不同的時間實際上看到的投影是不一樣的。

這一系統可以用于文物展示、科技展示、產品展示等領域,作為一種展覽展示的方案,還能夠提供一些交互與互動。

以上是我們目前在做的一些工作,涉及到交互、光學、器件、材料等各個方面,也將和產業界的諸多同行有大量交叉和合作的機會,希望我們能與業界同仁們一起攜手共進,共同創新,共創虛擬現實新局面,謝謝大家!

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