虚拟现实显示设备光学特性的测量和评价方法研究开题报告

1. 研究目的与意义

研究背景：虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中。 近几年，虚拟现实/增强现实（ar/vr）虚拟显示在军事、医疗、建筑、教育、工程、影视、娱乐等领域发展迅速、应用广泛，用户体验到了虚拟显示技术所带来全新的视觉享受；同时，由于受目前产品的性能限制，ar/vr虚拟成像设备无论从成像原理、成像系统，还是观看方式上，都与液晶显示器（lcd）、有机发光显示（oled）等传统实像显示技术存在较大的差异。因此，传统电子显示光学测量方法，例如可视角、分辨率、亮度、对比度、均匀性等参数测试方法，不适用于虚拟显示设备的测量和评价。体验感和实用性仍有待提高。如何对虚拟显示的光学性能、图像质量等关键性能指标进行量化评价和准确测量，是产业界非常关注的问题。ar/vr虚拟图像与液晶显示屏等传统显示图像的成像方式不同，测量方法有较大差别。 当下虚拟现实技术已经在各个领域得到了广泛应用，然而其特有的成像方式和光学系统特性，使其测量和评价方式有别于现有普通显示系统，目前还没有相应的测量标准。本题目要求研究虚拟现实显示设备光学特性的测量和评价方法，探寻针对其显示特性的方法。针对其显示质量的光学性能与图像质量测量方法也有较大差别。在对ar/vr虚拟图像显示器件进行测量时，应根据虚拟显示的成像方式，通过采用模拟人眼入瞳、视野、视角方向及光谱响应等特性的测量技术有针对性地开展测量。

研究目的：分析当下常用的虚拟现实显示设备光学特性的量测的方法和量测的设备有什么特殊的要求，分析数据并对设备进行评价。

研究意义：虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向，是仿真技术与计算机图形学人机接口技术多媒体技术传感技术网络技术等多种技术的集合，是一门富有挑战性的交叉技术前沿学科和研究领域。对当下的虚拟现实显示设备光学特性的测量和评价方法进行分析和评价，对以后测量标准提供对比，有利于以后对相应问题的方法进行选择。

2. 研究内容和预期目标

研究内容：本课题旨在通过查找和分析当下常用的虚拟设备，并对该设备的光学特性的测量进行分析，通过MATLAB等软件分析数据，并对这些设备的光学特性的测量方法进行评价。

预期目标：本课题旨在利用MATLAB等软件分析数据常用的虚拟设备的光学特性的测量值，通过对这些测量值的的结果分析、对比，最后将这些不同的方法进行统一讨论，分析出其中的优劣。

3. 研究的方法与步骤

1． 研究方法：（1）利用 MATLAB 等软件平台对光学系统测量进行分析；（2）参考各类文献，对光学系统测量方法进行对比评价。

2． 研究步骤：（1）明确研究内容和目的，查阅相关资料；（2）对不同虚拟现实显示设备光学特性的测量分析；（3）对不同虚拟现实显示设备光学特性进行评价；（4）分析这些设备的优劣，进行对比；（5）完成论文编写。

4. 参考文献

[1] Penczek J, Boynton P A, Meyer F M, et al. Absolute radiometric and photometricmeasurements of near‐eye displays[J]. Journal of the Society for Information Display,2017, 25(4): 215-221.[2] Tsurutani K , Naruse K , Oshima K , et al. 65-2: Optical Attachment to Measure BothEye-Box/FOV Characteristics for AR/VR Eyewear Displays[J]. SID Symposium Digest ofTechnical Papers, 2017, 48(1): 954-957.[3] Oshima K , Naruse K , Tsurutani K , et al. 79-3: Eyewear Display Measurement Method:Entrance Pupil Size Dependence in Measurement Equipment[J]. SID Symposium Digest ofTechnical Papers, 2016, 47(1): 1064-1067.[4] Mou X , Xu C , Mou T . P-87: A Novel Method for Measuring Optical Performance ofAR/VR Displays [C]. SID Symposium Digest of Technical Papers, 2017, 48(1):1579-1580.[5] Spitzer M B . 18.4: Invited Paper: Development of Eyewear Display Systems: A LongJourney[J]. Sid Symposium Digest of Technical Papers, 2015, 45(1):230-233.[6] Mou X , Xu C , Mou T . P-87: A Novel Method for Measuring Optical Performance ofAR/VR Displays[J]. Sid Symposium Digest of Technical Papers, 2017, 48(1):1579-1580.[7] Oshima K , Naruse K , Tsurutani K , et al. 79-3: Eyewear Display Measurement Method:Entrance Pupil Size Dependence in Measurement Equipment[J]. SID Symposium Digest ofTechnical Papers, 2016, 47(1):1064-1067.[8] 牟希, Venkataramanan V，乔波等．AR/VR 虚拟显示光学测量及 IEC 国际标准进展[J].科技导报，2018，36(9)：32-35．[9] 王蕴琦. 沉浸式头戴显示光学系统关键技术研究[D].中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)，2018．[10] 王涌天, 程德文, 许晨. 虚拟现实光学显示技术[J]. 中国科学:信息科学,2016(12):6-22.[11] 王萃. 增强现实与虚拟现实显示技术与指标差异分析[J]. 现代电影技术,2017(4):31-34.

5. 计划与进度安排

（1）1 月 9 日至 3 月 2 日(1 周前)：根据任务书，明确设计的内容和目的，查阅相关文献材料准备开题报告。

（2）3 月 3 日至 3 月 9 日（2 周）：根据阅读的资料文献初步了解设计的原理以及实现的方法，开始写开题报告。

（3）3 月 10 日至 4 月 5 日（3-6 周）：掌握所选择硬件或软件平台的使用方法、开始完成设计的具体内容。