Skip to Main Content

      

Ansys 部落格

September 29, 2022

模擬如何建立混合現實

模擬是結合實體與虛擬世界的許多優勢的標準承載者,因此毫不奇怪,模擬是延伸現實(XR)最新進步的核心。這是虛擬,增強和混合現實等技術的總括術語,以及快速發展的技術所包含的所有穿戴式裝置,感應器,人工智慧(AI)和軟體。這是一個相當大的保護傘,其中包括娛樂,醫療保健,員工訓練,工業製造,遠端工作, 還有更多已經在使用中,還有更多即將推出的產品。

由於XR仍在定義中,因此很難掌握它會變得多大。一些分析師將2021 XR市場估值爲310億美元,並預期到2024年將達到3000億美元。 1如果這些預測甚至接近現實,現在無論是大公司還是小公司,都肯定有大量的新XR產品,應用程式和開發經驗。但要讓XR實現這一潛力,需要什麼?

Camera lens

光學技術將延伸實境(XR)納入焦點,但與傳統攝影機鏡頭不同,XR採用更緊湊的波導和「扁平透鏡」設計。

也許將XR一詞分解成個別部分會有所幫助;此處提供了一個很好的回顧 。如該文章所述,擴增實境(AR)可讓您在真實世界的視角上新增虛擬影像,而虛擬實境(VR)則可讓您完全遠離真實世界,並在不同程度上沉浸在虛擬世界中。Mixed Reality (MR)顧名思義,是AR和VR的混合體。

什麼是混合現實?

混合現實融合了我們的實體世界和數位資產,使虛擬物件能夠即時與現實世界互動。

想像一下,結構工程師和電子工程師站在同一個房間中,看到彼此,以及在現實世界中漂浮的馬達的虛擬模型。他們可以旋轉,放大或查看模型內部,以像在電腦螢幕上一樣檢視其元件。他們也可以繞著它走,或將它放在實體汽車的引擎室中,以瞭解它如何融入實際空間,更好地瞭解它如何與其他系統元件互動,並在不遺失重要的語言和非語言溝通線索的情況下進行協作。當然,並非每個人都需要在同一個房間裏。如果引擎的互動式3D模型可以投影在真實的房間中,爲什麼不在1,000英里外的另一位工程師的3D全息圖?

很容易想像教室,手術室,工廠樓層等類似情境。若要最大化MR的優勢,需要麥克風,攝影機和感應器(例如加速計,紅外線偵測器和眼睛追蹤器),以及快速連線至Cloud上的資料。若要充分利用這些技術所提供的功能,使用者必須穿戴耳機才能體驗完整的效果。

Health applications

手術室只是混合現實的一個使用案例。它可以用作更有效的訓練工具,或協助指導外科醫生。

確保光學正確

若要建立您想要的MR,必須先解決光學設計元件和挑戰。耳機必須小巧輕便,因此佩戴舒適,甚至時尚,每天都能使用數小時。數位影像必須足夠明亮,才能在所有照明條件下檢視,包括晴天。實現高解析度和景深(DOF,或聚焦影像中最近點和最遠點之間的距離)也是一項挑戰。

爲了建立最真實且視覺準確的MR環境,公司使用光學模擬工具(例如 Ansys Zemax OpticStudio 和Ansys Lumerical產品)來設計光學系統。OpticStudio和Lumerical可在巨波長和次波長範圍提供完整的整合解決方案,協助您達成並最佳化MR應用的光學設計目標。OpticStudio可以以巨量尺度模擬整個系統,而Lumerical則可以模擬越來越多的衍射元件,這些元件正越來越多地用於改善效能並縮小這些系統的大小,這需要亞波長物理。

結合使用OpticStudio和Lumerical可讓您設計裝置中的所有光學元件,從光源到人眼。最佳化和公差的功能有助於確保您的設計成功且您的產品可製造。這一切都是使用光線追蹤,有限差分時域FDTD (RCWA)和嚴格耦合波分析(RCWA)的模型和工具來完成,並以強大的求解器作後盾。

XR應用中常見的波導設計和「扁平透鏡」設計,說明了將Lumerical和OpticStudio串聯使用的範例。在光學領域,波導確實符合其名稱,因爲它們引導光線波。扁平式設計,也稱爲摺疊光學元件,可將鏡頭和顯示器更緊密地結合在一起,以實現更緊湊的設計,同時最大程度地減少不必要的移動。

扁平透鏡設計(左)和波導設計(上方)的範例

若要最佳化波導設計,您可以模擬光線穿過使用衍射光柵的光學系統部分的行爲,元件可以設計爲以高效率將光線散射或分散到不同方向。您可以使用OpticStudio在宏觀尺度上模擬整個光學系統中光線的行爲。

要增強虛擬實境薄餅設計,您可以使用Lumerical模擬鏡頭的光學濾鏡,包括其彎曲偏振器和四分之一波板,然後在OpticStudio中模擬完整系統,以偵測和預測幽靈影像。

Lumerical和OpticStudio也可以動態連結,以提供無縫深入的整合。這種連接的工作流程可實現快速的設計迭代,對於系統的整體最佳化和公差非常重要。公差分析會檢查預期製造和組裝錯誤的影響,以確保所有模型規格都適當平衡,以達成您所需的光學設計。

模擬明天的革新

要了解Ansys的模擬如何通過增強光學設計來幫助您實現MR目標,請註冊 OpticStudio免費試用 ,或瞭解更多關於 Lumerical FDTD的資訊。

Top Reasons to Attend Simulation World 2021

藝術家在混合現實環境中描繪電動汽車能量儲存系統。

查看 Ansys 的服務與產品

立即聯絡我們

* = 必填欄位

感謝您聯絡我們!

我們將在此解答您的問題,並期待與您交流互動。Ansys 的銷售團隊成員會立即與您聯絡。

Footer Image