顯示分辨率描述了可以顯示多少不同的像素。這是一個有著眾多文章介紹的屬性之一。顯示分辨率的最終目標是達到人類視覺極限或略微超過大約一弧分（1/60度）。

由于市場對提升規格的需求，今天大多數智能手機的分辨率遠高于人眼在正常情況所能感知的分辨率。例如在40厘米遠查看顯示屏尺寸為14厘米的智能手機，這意味著手機屏幕在人眼視場范圍內大約為20度，所以長邊不需要超過1200像素。但是，今天依然有一系列的智能手機的顯示分辨率要比這個數字高出50%。

視場為30度×20度的AR顯示器大約需要1800×1200像素。但今天的VR顯示器位于90度×60度的范圍內，所以實現人眼極限需要5400×3600像素。這意味著每秒生成和顯示大約20萬像素75次，或每秒15億像素……

對于智能手機，用戶直接看著屏幕（忽略手機膜）。所以沒有光學元件會以負面方式影響顯示面板提供的像素質量。對于AR和VR設備，盡管復雜的光學系統是位于用戶眼睛和顯示面板之間，但它們會嚴重降低圖像質量。感知分辨率（到達眼睛的分辨率）可以顯著低于顯示面板分辨率。正如Karl Guttag所說，MagicLeap One的有效分辨率僅為其面板分辨率的一半。類似地，Hololens顯示器在從LCOS到眼睛的光路中損失了大量的分辨率。

所以，只要光學系統是顯示面板的限制因素，分辨率通常沒有什么意義。

2.7 真實世界畸變

對于光學透視顯示器，用戶是通過顯示器的光學元件感知現實世界。在大多數AR設備中，所述元件構成了下面的子集：

顯示視覺增強所需的虛擬圖像的波導，如HoloLens。

或者將投影圖像反射到眼睛的自由形式組合器，如Meta2。

設備外部的面罩用于保護電子元件和光學元件。

將虛擬圖像焦平面從無限遠移動到更為可行位置的推/拉透鏡，如2米（如DAQRI Smart Glasses的反射波導）。

在一側或兩側保護脆弱波導的附加塑料，如Hololens。

其中一些元件具有額外的，不受待見的光學屬性。例如，波導以將光線彎曲（引導）到正確的方向，但它同時會影響真實世界的光線，而理想情況下光線不應該受到影響。類似地，面罩或推/拉透鏡的設計或由于有限的質量而使光線變形。

當然，大家都希望能夠盡可能少地扭曲現實世界視點，但在實踐中，限制重量和成本的愿望需要可能會產生明顯偽影的妥協。

2.8 虛擬圖像畸變

光學工程師旨在設計一種有著最大可能圖像質量的光學路徑，而這同時包括最小化畸變：在完美的示例中，顯示面板的矩形像素網格將顯示為等量矩形像素網格。在諸如看著矩形智能手機這樣的直接視圖場景中，這一點很少有納入考慮。在諸如AR顯示器這樣的復雜光學設置中，為了優化其他參數，圖像畸變通常成為需要忍住的要素。

幸運的是，與現實世界畸變相比，只要顯示器合理校準（畸變很大程度上是取決于視圖），虛擬內容的畸變可以有效地進行解決。通過恰當的校準，所述畸變可以作為渲染管道的一部分進行處理，而處理成本很低或者為零。不過，取決于系統的光學畸變量，這可以帶來顯著的偽影，比方說特定區域的顯示分辨率出現大幅降低。

通常來說，波導的畸變相當低，這樣至少消費者用例可能會予以忽略（沒有通過數字方式進行校準和校正）。自由空間組合器（和VR顯示器一樣）通常會生成需要進行恰當處理的嚴重畸變。由于畸變圖像非常不規則，所以顯示面板的有效區域可能同樣會減少。下圖是自由空間設計的示例性畸變網格。可以注意到，網格的一部分落在顯示面板之外，并且用戶不能觀察到顯示面板的一部分（沒有網格的黑色區域）。下圖同時說明了頂部和底部之間的分辨率差異。

自由空間組合器的示例性失真。圖片是沿到顯示面板的光路追蹤矩形網格圖像生成

2.9 人眼安全

在談論AR顯示器時，兩種類型的人眼安全十分重要：確保眼睛不受AR顯示器的影響；確保AR顯示器保護眼睛免受外部傷害。

確保眼睛不受AR顯示器傷害聽起來像是不費吹灰之力。顯然，任何產品都必須滿足這個要求。但對于距離最脆弱的人體器官僅幾厘米的近眼顯示器而言，我們必須特別小心。這變得尤為重要，因為大多數AR顯示器是將玻璃元件作為光學堆疊的一部分。在發生撞擊時，玻璃元件可能會破碎并傷害用戶。所以，我們需要將所有玻璃元件整合至不易破碎的護蓋之中。

盡管這聽起來十分明顯，但事實并非總是如此。例如，最近發布的聯想ThinkReality就把反射性波導波導直接放在用戶眼睛前面，沒有任何護蓋。由于這種波導是由眾多以水平條紋粘在一起的小玻璃元件構成，所以它們很容易損壞并對用戶造成傷害。

保護眼睛免受外界傷害通常只商業和工業環境中的要求。對于所述領域，諸如ANSI Z87.1之類的眼睛保護安全標準描規定了評為安全眼鏡所需承受的力類型。

2.10 適眼距

與視窗相同，適眼距沒有通用的定義。簡單來說，它是指瞳孔到AR顯示器最近點的支持距離。由于并非所有用戶都具有相同的頭形，所以在實踐中需要支持一定范圍的適眼距，從而限定視窗的厚度（沿著觀察方向）。

適眼距是瞳孔到光學表面最近點的距離

通常來說，優選足夠支持常規眼鏡的適眼距，這樣存在視力問題的用戶就無需購買定制透鏡。但如前所述，視窗實際上不是一個方形，而是圓錐形，并且會隨著顯示器的距離變大而變薄。所以，支撐大適眼距，以及寬度和高度足夠大的視窗非常具有挑戰性。

2.11 外圍視覺

當談到AR眼鏡時，我們關注的不僅只是一個視場，而是兩個視場：AR眼鏡用于顯示虛擬內容的可視覺增強區域，這是大多數文章和規范所指的視場；但人類可以感知的視場范圍要大于當前AR顯示器的可視覺增強區域，而我們將可視覺增強區域之外的視場稱為外圍視場。另外，我們需要確保不能過分遮擋外圍視場。

人類視場是單眼約150度×120度，雙眼加起來是220度×120度。將顯示器放在眼睛前面會造成額外的遮擋，所以一個重要的設計目標是將這種遮擋保持在最低限度。下面是人眼視圖（綠色），無遮擋視圖（紅色）和可視覺增強視圖（藍色）的尺寸對比示意圖。為簡單起見，所有區域都繪制為矩形。

人類視場（綠色）與AR設備的示例性視場和實際視覺增強視圖進行比較。綠色和紅色之間的區域表示設備所遮擋的視場。紅色和藍色之間的區域表示用戶可以感知的真實環境區域，但無法進行視覺增強。

因此，除了最大化可視覺增強視場（藍色區域）之外，第二個目標是最大化非遮擋視場（紅色區域）。要做到這一點，任何遮擋視圖的元素都需要向外拉。這包括顯示器部分（如投影儀），以及諸如傳感器這樣的元件或諸如鏡臂這樣的支撐結構。

與上面的簡化示例圖不同，實際的視場不是矩形。如下圖所示，視場主要受眉毛，鼻子和臉頰的限制：紅色和黃色的組合區域描繪了左眼視場。類似地，綠色和黃色區域描繪了右眼的視場。黃色區域則描繪了雙眼重疊，亦即雙眼都可以觀察到的視場。

左圖：左眼和右眼的人類視場；右圖：左圖是通過使用虛擬頭部模型進行光線投射生

2.12 色差

透鏡的折射率隨光波長而變化，這導致不同的“顏色相關”焦距。在相機中，這一般是通過組合多個透鏡來進行補償，但由于尺寸限制，這對AR顯示器而言通常是不可能的事情。所以，色差是AR顯示器中引人注目的問題。盡管可以在軟件中校正一定的像差（通過適當的校準），但其他效果更難以解決（取決于視圖）或者不能校正。一如既往，最佳的途徑是盡可能地以光學方式而非數字方式來減少偽影。

左圖：紅色和藍色由于色差而分解；右圖：通過相應地扭曲每個顏色通道進行數字校正

2.13 深度感知

有多種人類視覺線索可以允許我們感知深度。對于AR顯示器，兩個最重要的線索是視覺輻輳（眼睛旋轉以觀察相同的對象）和視覺調節（瞳孔聚焦對象）。它們是神經耦合，而不匹配的視覺輻輳和視覺調節會造成用戶不適，亦即所謂的視覺輻輳調節沖突（VAC）。

大多數人在觀看3D電影時都會注意到VAC：盡管焦點永遠不會改變（電視或投影屏幕不會移動），但由于我們的眼睛看到略有不同的圖像（立體內容），我們依然能夠感受到3D效果。在電影院中，焦平面由房間設置給出：如果你所坐的位置距離投影墻10米，焦平面就固定為10米。在這個距離下，人類幾乎不能根據瞳孔焦點區分距離。所以，只要立體內容停留在這個距離或更遠，畫面看起來就會自然。

對于AR顯示器，焦平面是光學路徑的設計參數：即便顯示器與眼睛的距離只有幾厘米，焦距平面都總是設置得更遠，因為人類無法聚焦于這么短的距離，而且這沒有任何意義，因為虛擬內容會出現在更遠距離。

下面的圖例說明了正常視圖，虛擬現實和增強現實之間的差異：在正常視覺輻輳和視覺調節同步的情況下，兩者都調整到相同的距離；對于虛擬現實，視覺輻輳始終位于相同的距離（通常約為兩米），而視覺調節取決于以立體形式渲染的屏幕內容；對于增強現實，兩者的沖突甚至可以更大：通過虛擬內容增強的對象看起來是與視覺調節同步，但對于真實對象和虛擬對象的視覺輻輳可能非常不同。

理想情況下，我們能夠為每個像素選擇不同的焦距，而且行業已經演示了朝這個方向發展的實驗系統。但是，這種系統需要非常長的時間才能達到商用水平。

如果我們必須使用單個焦平面的AR顯示器，設計師就需要決定放置它的位置。最適合大多數場景的情況似乎是2米左右。焦平面應該為大致平坦且對所有顏色相同。這不是一個簡單的設計目標，所以在測量今天的AR顯示器時，你會注意到實際的焦點“平面”既不平坦，對所有顏色也不相同。

2.14 尺寸，重量和形狀參數

顯示器尺寸和眼鏡尺寸是當今AR設備最具挑戰性的設計參數之一。由于要求大視場和大視窗，所以很難令顯示器變小。這就像要求一輛小型卡車同時具備大卡車的運載噸位。大型顯示器會導致整體體積龐大，從而又造成AR眼鏡實用性較差。眼鏡越大，用戶越容易撞到什么。

另外，較大的顯示器通常會導致更重的光學元件。由于質量和折射率要求，當今AR顯示器的眾多光學元件都是由玻璃制成，而隨著尺寸的增加，玻璃很快就會變得太重。

在2018年舉行的Oculus Connect 5大會中，邁克爾·亞伯拉什指出AR眼鏡的重量不應該超過70克。尺寸和重量不是獨立于其他屬性的參數。人體頭部可以舒適地承受比70克更重的重量（如果重量分布均勻）。盡管承受很輕的重量都會很快造成鼻梁受傷，但耳朵可以承受更多的重量，而且頭頂更加堅硬。重量分布比重量本身更為重要。例如，Meta2眼鏡不是很重，但由于糟糕的重量分布，它給前額施加了非常大的壓力。

2.15 光學效率