当我们开始这段旅程的时候，前路未明。

增强现实到底需要怎样的手部跟踪？它需要多快？我们是否需要100帧/秒或1000帧/秒的刷新率？

视场角将会如何影响交互模式？如果仅有中间小范围的视场角，抑或是有更广阔视场角的时候， 我们该如何与事物互动？实际的交互哪个节点能够变得自然直接？交互的舒适性与头显的视场角有什么关系？

在增强现实的用户界面设计中需要考虑哪些艺术因素？简单地把东西扔出去然后用手接住是不是就可以凑合了？或者， 当我们有一个只能 ‘添加光 ’ 而不是‘减去光’的显示屏时， 突然冒出来的所有东西会有根本不同的风格吗？

有太多东西需要了解。它们影响着我们未来的技术、交互设计、产品以及消费者的期待。因此， 能够找到一条路径让我们尽可能多地解决这些问题是非常重要的。

为此， 我们希望用尽可能高的技术规格来创造一些东西， 然后自上而下开展工作， 直到我们能够在性能和外形间取得平衡。

所有这些头显系统都使用了 “椭球面反射镜”， 或者是由较大椭球体切割而成的弯曲镜剖面。由于椭圆的独特几何形态， 如果将显示器放在曲线的一侧， 而用户的眼睛放在另一端， 则生成的图像将是大的、清晰和聚焦的。

我们首先构建了头显系统的计算机模型， 以了解设计空间。我们决定基于5.5 英寸智能手机显示屏来打造， 并且尽量将反射面积最大化。

接下来， 我们 3D打印了一些原型反射镜 (使用 VeroClear 树脂与 Stratasys Objet 3D 打印机)。虽然他们还很朦胧， 但还是成功帮助我们证明了我们走在对的路上。

下一步是从光学级丙烯酸块中雕刻出一对反射镜。反射镜需要拥有一个极致平滑、精确的表面 (精确到一小部分的光波长)， 在光学透明的同时，反映清晰的图像。制造具有这种精度水平的光学器件需要昂贵的工具， 所以我们求助于金刚石车削 (通过超精密数控车床和天然单晶体金刚石作刀具来旋转加工反射镜)。

很快， 我们有了第一个反射镜， 我们给它涂上薄薄的一层银色 (像一面镜子)， 使它们反射50% 的光， 并传送50% 的光。由于眼睛的敏感度，反射镜不仅很显著的反射了显示器的光，而且非常通透。

我们在一个机械钻机内安装了这些反射器， 让我们用不同的角度进行实验。每个反射器后面都有一个5.5 英寸的 LCD 面板， 用电线连接到顶部的显示驱动程序。

虽然它看起来有点滑稽， 但它可能是有史以来拥有最广视场角和最高分辨率的 AR 头显系统。每只眼睛能看到数字影像的范围大约是105° 高， 75° 宽外加60% 立体的重叠， 总体的视场角为 105°x 105° ，单眼分辨率为1440×2560。

垂直视场角最让我们激动：现在我们可以用眼睛往下看， 把手放在胸口时， 还能看到覆盖在我们手上的扩充数字信息。这已经不是好的用户体验的基本需求， 而是奢侈。

这个头显系统允许我们尝试各种不同的视场角，在这里我们可以人为地裁剪东西， 直到我们找到形式和体验的平衡点。

我们在95° x 70°视场角、外加显示屏20度向下倾斜和65% 立体重叠附近找到了平衡点。一旦我们选定了这个， 就可以将反射器切割成较小的尺寸。我们戴着头显反复测试最优的尺寸，用胶带在反射镜上标注反射显示的边缘，剩下就只需打磨了。

在测试过程中， 第二件让我们吃惊的事是， 这个系统的刷新率有多么的重要。原来的头显刷新率只有不幸的50帧/秒，导致我们难以忽略体验中的晃动。用了更小的反射器， 我们可以使用刷新率更高、尺寸更小的显示面板。

到了这一步， 我们需要制作我们自己的 LCD 显示系统 (现在市场上显示系统的速度都不够快)。我们结合了 Analogix 显示驱动程序与两个快速响应 3。5 “京东方液晶显示器，解决了一个系统架构。

把他们凑在一起，我们现在的系统就小多了:

重量和尺寸的减小带来了指数级的变化。每当我们砍掉一厘米时， 感觉像砍掉三厘米那么多。

最后， 我们得到了一个尺寸上近似于VR头显的东西。整体而言， 它的结构简单， 保留了我们大部分的自然视野。开放的空气感设计和高透明度的组合，使得它比VR头显更舒适 (这实际上是有些出乎意料的)。

我们将所有的部分镶嵌在了一个转动调距的 “光环”形上， 你可以像戴防护头罩一样翻转它，调近调远 (取决于你是否戴眼镜)。

反射镜和脸之间的空间正好塞得下一个可穿戴相机，在这里我们使用了一个拆卸的罗技宽视场角摄像头。

你之前所看到的所有视频都是用这个眼镜和头显组合录制的。

最后， 我们要做一个修订版的设计， 其中有装配传感器和电子设备的空间， 更好的电线管理， 更简约的人体工程学和更好的曲线 (为什么不呢？) 和对现有头部穿戴设备安装系统的支持。这是我们计划下周开源的设计。

为了进一步推进这款头显设计，仍然有许多细节亟待解决。其中一些是:

1. 向内的嵌入式摄像机， 用于自动精确地将增强图像与用户眼睛对准，以及眼球和面部跟踪
2. 头部安装环境光传感器， 用于360度照明估计
3. 靠近耳朵的定向扬声器， 用于离散的、本地化的音频反馈
4. 反射镜上的电致变色涂层来实现电控透明度
5. 可以对显示器位置进行毫米级微调的微驱动器， 实现景深可随眼球辐辏动态调整

通过移动反射镜到略微非椭圆形的形状， 或者稍微弯曲下显示器本身 (像有些智能手机一样)， 头显的视场角可能可以进一步扩大。

机械容差是最重要的一点。 没有精确的校准， 就很难对齐所有的要素。我们预计下周会分享在这块的探索以及一些光学参数。

总的来说， 现在你在这里看到的是一个增强现实系统， 拥有两个刷新率120帧/秒 ， 1600×1440 的显示器，总体的视场角超过100°， 以及刷新率150帧/秒、跟踪范围在180°x 180°的手部跟踪。戴上头显， 当前AR头显在分辨率、延时和视场角上的限制就会消失， 你就可以更关注于解决下面这个问题上（这也是我们要解决的核心问题）:

我们究竟要创造一个什么样的体验？