虚拟现实与增强现实头戴显示关键技术及应用项目

虚拟现实与增强现实头戴显示关键技术及应用项目公示材料一、项目名称虚拟现实与增强现实头戴显示关键技术及应用二、推荐单位北京理工大学申报单位：歌尔股份有限公司、北京联想软件有限公司、北京耐德佳显示技术有限公司、北京小鸟看看科技有限公司三、项目简介本项目得到国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金仪器专项、国家863计划项目、国家973计划项目、国家重点研发计划项目的支持。虚拟现实和增强现实是下一代计算平台的主要人机界面形式，头戴显示是虚拟现实和增强现实系统中最重要的信息呈现方式，包括沉浸式虚拟现实显示技术和透视式增强现实显示技术。目前，头戴显示技术正在向着穿戴无扰化、输出高清化、呈现舒适化的方向发展，是本领域的国际研究热点。本项目申报团队历经近30年长期深入探索，开展了一系列以构建实际应用系统为目标、以解决国际前沿的共性技术难题为核心的研究工作，并在以下方面取得了技术创新和发明：l、在超轻薄头戴显示方面，提出了先进的超轻型自由曲面棱镜光学设计与加工方法，在视场角、分辨率、透视效果等关键技术指标上领先于国际同类产品；提出了平面波导和自由曲面相结合的显示方法，实现了超轻薄型透视显示；提出了结合视力校正功能的曲面波导增强现实显示方法，首次消除了用户佩戴双重眼镜的困扰。2、在大视场头戴显示方面，王涌天教授早在1992年就提出了在目镜中有意引入大量桶形畸变结合电子畸变校正的设计方案，实现了低成本大视场沉浸式显示；提出了自由曲面光学无缝拼接及其光学透视补偿方法，实现了无视点畸变的大视场高分辨增强现实头戴显示；提出了多通道自由曲面拼接方案，彻底突破了传统头戴显示器中视场角／分辨率光学不变量的限制。3、在真三维头戴显示方面，提出了自由曲面光学空分复用方法，实现了双焦面的头戴显示；提出了基于微结构阵列的近眼三维光场渲染方法，实现了稠密光场头戴三维显示；提出了复振幅调制计算全息头戴显示方法，实现了符合人眼观察习惯的动态连续深度的真三维显示。在上述技术发明的基础上，面向应用成功研制了穿戴无扰化的超轻薄光学透视式头戴显示系统、输出高清化的大视场头戴显示系统、呈现舒适化的真三维头戴显示系统，在国内外产生广泛影响。获得授权专利148项（132项发明专利和16项外观/实用新型专利），其中包括PCT专利4项、美国专利9项、欧洲专利1项；发表论文161篇，其中SCI论文89篇；出版专著1部；制定国家标准3项、行业标准1项。包括信息领域5位院士的鉴定专家组一致认为“项目组在自由曲面超轻型增强现实透视式头戴显示、平面波导与自由曲面结合的超轻薄头戴显示、自由曲面拼接式大视场角高分辨率头戴显示、基于光场和全息的真三维头戴显示等方面取得了突出的创新，成果达到了国际领先水平”。成果获得2017年中国光学工程学会创新技术一等奖。四、推广应用情况本项目取得的具有完全自主知识产权的头戴显示研究成果具有显著优势，各项主要性能指标超过国外同类产品。项目成果已在国内外100余家单位推广应用，产生了重大的社会效益和近百亿余元的经济效益，有力地推动了虚拟现实和增强现实行业的发展。五、曾获科技奖励情况《头戴式显示技术研究及应用》获2017年度中国光学工程学会创新技术奖一等奖。六、主要知识产权证明目录部分授权专利列表知识产权类别知识产权具体名称国家(地区)授权或申请号授权日期权利人发明人发明专利Wideangleandhighresolutiontiledhead-mounteddisplaydevice美国US9244277B22016-01-26北京理工大学、亚利桑那大学程德文、王涌天、华宏发明专利Wideangleandhighresolutiontiledhead-mounteddisplaydevice欧洲EP2564259B12015-01-21北京理工大学、亚利桑那大学程德文、王涌天、华宏发明专利Opticalsee-throughfree-formhead-mounteddisplay美国US9239453B22016-01-19北京理工大学、亚利桑那大学程德文、华宏、王涌天发明专利Wearabledisplayapparatus美国US9366870B22015-06-03北京耐德佳显示技术有限公司程德文、王涌天、刘越发明专利Displayapparatusandsystemanddisplaymethodthereof美国US9052505B22015-06-09北京耐德佳显示技术有限公司程德文、王涌天、刘越发明专利一种折反拼接式广角镜头中国ZL201510702258.02017-12-01北京理工大学程德文、宫辰、许晨、王涌天、刘越发明专利一种真实立体感的光场头盔显示系统中国ZL201410240121.32016-03-09北京理工大学王涌天、宋维涛、程德文、刘越发明专利一种折反拼接式广角镜头中国ZL201410222287.22016-04-27北京理工大学程德文、宫辰、许晨、王涌天、刘越发明专利一种用于头盔显示器的可调节视度的光学系统中国ZL201410222654.92016-06-01北京理工大学程德文、许晨、王涌天、刘越发明专利一种真实立体感的光场头盔显示装置中国ZL201410238755.52016-01-20北京理工大学王涌天、宋维涛、程德文、刘越发明专利一种投影式平面波导头盔显示器中国ZL201410143847.52016-04-27北京理工大学程德文、宋维涛、王涌天、刘越发明专利具有扩展边缘的双视场自由曲面棱镜头盔显示器用光学系统中国ZL201210344356.82016-09-07北京理工大学王涌天、王庆丰、程德文发明专利宽视场高分辨率拼接式头盔显示装置中国ZL201080015063.42015-07-22北京理工大学、亚利桑那大学程德文、王涌天、华宏发明专利自由曲面双焦面单目立体头盔显示器装置中国ZL201110404197.12015-11-25北京理工大学程德文、王涌天、刘越发明专利一种光学透射投影式立体头盔显示器中国ZL201010621156.32016-04-13北京理工大学程德文、王涌天、翁冬冬、刘越发明专利目镜中国ZL200910089422.X2011-04-27北京理工大学程德文、王涌天发明专利轻小型大视场自由曲面棱镜头盔显示器光学系统中国ZL200810167800.72010-08-11北京理工大学程德文、王涌天、刘越、常军发明专利一种柱面基底衍射光学元件的制作方法中国ZL201410208856.82016-08-17北京理工大学刘娟、王绪刚、张楠楠、韩剑、王涌天发明专利一种基于衍射光学元件的波导显示器中国ZL201410225325.X2017-12-26北京理工大学刘娟、韩剑、王涌天发明专利基于全息衍射光学元件的消色差的波导显示系统中国ZL201410210221.12016-05-04北京理工大学刘娟、张楠楠、王涌天发明专利一种应用全息元件的视度型显示装置中国ZL201010523877.02015-07-15北京理工大学王涌天、潘奕捷、刘娟、刘冬梅、史瑞、谢敬辉发明专利头戴式立体视觉观片器中国ZL201110057220.42015-11-25北京理工大学李勤、张晶、翁冬冬、刘越、王涌天发明专利头戴式微投影立体视觉显示器中国ZL201110063150.32016-04-13北京理工大学翁冬冬、王涌天、刘越、李勤、张楠、张晶发明专利一种基于在线学习的移动增强现实跟踪注册方法中国ZL201410059259.32017-04-05北京理工大学刘越、桂振文、王涌天发明专利一种户外大范围自然场景的移动增强现实注册方法中国ZL201410059271.42017-06-06北京理工大学王涌天、桂振文、刘越发明专利一种无色差的头戴设备用广角内调焦镜头及头戴设备中国ZL201410300498.32016-09-07青岛歌尔声学科技有限公司王元鹏、杨春、姜滨发明专利一种触摸屏控制方法及装置中国ZL201410266809.92016-09-07青岛歌尔声学科技有限公司张向军；姜滨发明专利头戴显示设备用镜头及头戴显示设备中国ZL201410101653.92017-05-03北京小鸟看看科技有限公司杨春，周宏伟发明专利具有光学透镜和显示屏的显示系统及其图像显示方法中国ZL201410275482.12016-03-23青岛歌尔声学科技有限公司赵博刚，王晨阳，杨春，周宏伟发明专利一种头戴显示器中国ZL201410846460.62016-09-21青岛歌尔声学科技有限公司郭宁，李晓东，李克发明专利一种微显示目镜，头戴目镜系统和头戴可视设备中国ZL201410787574.82017-02-08青岛歌尔声学科技有限公司王元鹏，杨春发明专利一种3D图像的显示方法和一种头戴设备中国ZL201410854774.02017-06-13青岛歌尔声学科技有限公司尹琪，周宏伟发明专利头戴式虚拟现实设备瞳距调节机构及头戴式虚拟现实设备中国ZL201611061449.42019-02-26歌尔科技有限公司包安宁发明专利基于虚拟现实的图像显示方法和装置中国ZL201710587489.02019-06-18歌尔科技有限公司夏钦展发明专利眼镜显示装置及增强现实显示方法中国ZL201410012531.22017-11-28联想（北京）有限公司阳光，张振华发明专利增强现实显示装置及方法中国ZL201410090169.02019-03-29联想（北京）有限公司阳光发明专利一种马达矩阵控制方法及一种可穿戴设备中国ZL201610006963.12017-12-15北京小鸟看看科技有限公司郭衡江，周宏伟，韩玉才发明专利一种图像处理方法及装置中国ZL201610248151.82019-07-26北京小鸟看看科技有限公司毕祥坤

七、主要完成人情况表姓名王涌天排名1技术职称教授工作单位北京理工大学完成单位北京理工大学对本项目技术创造性贡献提出本项目的总体学术思路和研究方案，是本项目的核心研究人员，是技术创新点1、2、3的核心完成人。主要贡献在提出了基于预畸变校正的虚拟现实头戴显示方法，实现了低成本大视场沉浸式显示；提出了拼接式虚拟现实头戴显示方法，突破了单像源显示方案中视场/分辨率光学不变量的限制；发明了基于光学拼接的大视场角高分辨率显示方法，消除视点畸变。曾获科技奖励情况有关科研成果获得国家科技进步二等奖1项、国家科技进步三等奖1项、省部级科技进步二等奖4项姓名程德文排名2技术职称教授工作单位北京理工大学完成单位北京理工大学对本项目技术创造性贡献是本项目核心技术的主要完成人，主要负责光学系统优化设计，对核心技术创新点1、2、3做出了贡献。提出了超轻型自由曲面棱镜光学解决方案；提出了自由曲面光学无缝拼接的大视场角高分辨率头盔显示器方案；发明了基于微结构阵列的透视式光场近眼显示新方法，实现了稠密光场近眼真实感头戴三维显示。曾获科技奖励情况

姓名刘娟排名3技术职称教授工作单位北京理工大学完成单位北京理工大学对本项目技术创造性贡献是本项目核心技术的主要完成人，承担了计算全息光学系统的优化设计，对核心技术创新点1和3做出了贡献。提出了自由曲面和全息波导相结合的超薄显示方法；提出了复振幅调制的计算全息头戴显示方法，设计并实现了基于振幅型和相位型空间光调制器的三维近眼显示系统，实现了动态连续深度的三维增强现实头戴显示。曾获科技奖励情况姓名翁冬冬排名4技术职称研究员工作单位北京理工大学完成单位北京理工大学对本项目技术创造性贡献是本项目核心技术的主要完成人，主要负责高沉浸感头戴显示技术的应用设计，对核心技术创新点2和3做出了贡献。发明了低成本头戴式微投影立体显示技术；发明了自由曲面光场头戴显示方法，实现了深度可调的头戴显示。曾获科技奖励情况姓名 刘越排名5技术职称教授工作单位北京理工大学完成单位北京理工大学对本项目技术创造性贡献是本项目核心技术的主要完成人，主要负责头戴显示系统的舒适度评测，对核心技术创新点3做出了贡献。发明了自由曲面光学双焦面空分复用方法以及在线学习的移动增强现实跟踪注册方法；解决了头戴显示器辐辏和聚焦状态不一致引发的视觉疲劳难题等一系列佩戴舒适度难题。曾获科技奖励情况姓名陈靖排名6技术职称副教授工作单位北京理工大学完成单位北京理工大学对本项目技术创造性贡献是本项目核心技术的主要完成人，主要负责头戴显示系统的注册标定，对核心技术创新点3做出了贡献。发明了虚实系统在线学习的移动增强现实跟踪注册方法；解决了头戴显示器虚拟物体和真实物体配准的难题。曾获科技奖励情况八、主要候选单位情况表候选单位排序1单位名称北京理工大学对本项目实质性贡献（限200字）本项目团队历经近30年长期深入探索，开展了一系列以构建实际应用系统为目标、以解决国际前沿的共性技术难题为核心的研究工作，成功研制了穿戴无扰化的超轻薄光学透视式头戴显示系统、输出高清化的大视场头戴显示系统、呈现舒适化的真三维头戴显示系统，在国内外产生广泛影响。通讯地址北京市海淀区中关村南大街5号邮政编码100081单位性质大专院校单位类型中央属单位是否法人单位组织机构代码I06单位所在地区北京市海淀区单位网址/r/单位联系人徐向平单位联系人电位传位联系人手位联系人电子邮箱xuxiangping@项目联系人程德文项目联系人电目联系人电子邮箱cdwlxk@项目联系人手选单位排序2单位名称歌尔股份有限公司对本项目实质性贡献（限200字）与北京理工大学密切合作，研究虚拟现实头戴显示的关键技术，开发和生产了相关头戴显示系统，促进有关技术和系统在医学、教育、体育、游戏、旅游、社交等领域的推广应用。通过北京理工大学提供的优秀光学改进设计方案，使头戴式显示系统具有画面分辨率高、视场角大、沉浸感强和眩晕感低的优点，有效地降低了传统头戴显示系统整机的体积、重量和成本，应用效果良好，得到用户一致好评，产生了显著的经济效益和重要的社会效益。通讯地址山东省潍坊市高新技术产业开发区东方路268号邮政编码261031单位性质民营企业单位类型京外单位是否法人单位是组织机构代码729253432单位所在地区山东潍坊单位网址/r/单位联系人迟小羽单位联系人电位传真单位联系人手位联系人电子邮箱terry.chi@项目联系人姜滨项目联系人电目联系人电子邮箱Communication@项目联系人手选单位排序3单位名称北京联想软件有限公司对本项目实质性贡献（限200字）经过联想和北京理工大学多年在AR方向的开发投入，研发成果已经在消费领域和行业领域得到了广泛的应用。在消费领域，联想携手迪斯尼推出全球首款沉浸式AR游戏设备，委托歌尔股份有限公司生产联想MirageAR智能头盔，迄今售出超过30万套。在行业应用领域，联想和北京理工大学的AR相关技术、产品和方案在越来越多的行业客户落地，比如中国商飞、海航集团、航天一院、上海联通等重要客户都在使用联想的行业解决方案提高生产效能。通讯地址北京市海淀区马连洼街道西北旺路联想总部园区邮政编码100094单位性质民营企业单位类型北京市属单位是否法人单位是组织机构代码801145015单位所在地区北京市海淀区单位网址/r/单位联系人崔斌单位联系人电位传真单位联系人手位联系人电子邮箱cuibin@项目联系人崔斌项目联系人电目联系人电子邮箱cuibin@项目联系人手选单位排序4单位名称北京耐德佳显示技术有限公司对本项目实质性贡献（限200字）与北京理工大学密切合作研究增强现实头戴显示的关键技术，尤其是自由曲面和全息技术相关的增强现实头戴显示产品。基于项目相关技术完成了多套智能眼镜光学模组产品的研发和推出，并协助联想亮风台、悉见和海鲸等国内知名创业公司推出各自的增强现实智能眼镜及