空中成像的原理,是两组反射镜阵列正交排布后胶合成一块板子,板子的镜面相对显示屏旋转45°,让显示屏出来的光,在两个方向的镜面上分别反射后,在板子另一侧对称位置形成实像。
从逻辑上判断,影响空中成像的因素包括:显示屏与板子的夹角,显示屏的大小(长度和宽度),显示屏和板子的远近,板子的大小(长度和宽度),反射镜阵列的pitch,单个通道的Depth,以及遮光结构。
上层保护玻璃
上下两层保护玻璃,主要是起到保护和支撑中间两层反射镜阵列的作用,模型中不建出来也是可以的。最核心的是怎么把上下两层反射镜阵列建出来。最直觉的反应,当然是用阵列操作啦,先建立一个,再收获很多个。
继续搜寻,发现还有个叫做Speos Pattern的操作,难道这个就是带属性的阵列了,打开一看,这个只是为了方便建立光源阵列。。。
交互式光线追迹进行验证有效,玻璃板底层正常透过;插入部分反射。
问题1:用3D texture建好空中成像板模型后,设定好inverse simulation,打开GPU模式开启光追,系统报错了,提示我们3Dtexture不支持用GPU进行光追,这样就只能靠CPU硬抗了,对于1000×1000分辨率,逆向光线设定50,唯比君单次模拟要跑8~10min。没有GPU,太苦了,五一唯比君也想出去玩呀,呃呃呃。
问题2:包含3D texture 的模型,系统会报错,不让我们使用光线分裂功能,所以Propagation下面的Splitting,这里大家记得不能打勾。
显示屏display光源发射角直接设定朗伯分布,并且给空中成像板子前面加一层挡光板,挡光板尺寸设定200mm×200mm,下图中空的橙色板即为遮光板。
从对比结果可知,增加挡光板本质上相当于是大幅缩减了空中成像板的有效尺寸,虽然图像上缩减了伪影尺寸,同步缩减了有效可视范围。
在有遮光板的情形下,设定pitch=0.4,depth=2.4。
显示屏和空中成像板的夹角从30度到60度之间,以step=5进行遍历,结果如下所示:
在30度到60度的夹角范围内,都可以成像,但是畸变和伪影分布不同。
显示屏和板子夹角太大,会导致空中成像板尺寸同步增大。
显示屏和板子夹角太小,会有部分光线直接穿透板子,客户会直接看到显示屏。
显示屏和空中成像板的夹角为45度。
在有遮光板的情形下,设定pitch=0.4,depth=1.0。
显示屏发散角全角从5度到150度,以step=5进行递增遍历。
显示屏和空中成像板的夹角为45度。
在有遮光板的情形下,我们对pitch=0.4的空中成像板的depth进行遍历。
单通道的depth太小,有些光没有反射就穿透板子了。
单通道的depth太大,会造成光线遮挡,图像中出现暗部。
本文起到一个抛砖引玉的作用,希望大家意识到光学仿真的强大威力,对大家的工作产生有益的影响,大幅降低产品试错的时间成本和金钱成本。
对于显示类产品,大家可以用类似的手段进行参数遍历仿真,深入了解产品不同参数对可视角度、分辨率、显示亮度等性能的影响。
回到这个技术路线本身,唯比君并不看好:可视角度大一点,畸变就很明显;亮度的衰减也是很明显的;空中成像板的尺寸铁定是要比显示屏尺寸大,导致产品本身难以做到轻量化;空中成像板本身制造工艺复杂,成本高昂,难以做到商品化。
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