Ansys 光学解决方案在 A/VMR 中的应用 | 以Apple Vision Pro 为例（1）

苹果Vision Pro：空间计算设备的光学传感器详解与Ansys光学解决方案


1 光学传感器：Apple Vision Pro 的核心视角

在 Apple 近期于 WWDC23 上发布的空间计算设备——Apple Vision Pro 中，光学传感器扮演着至关重要的角色。这款集成了业界顶尖光学技术的装备，旨在创造出沉浸式且在现实与虚拟之间无缝过渡的体验。借助这篇文章，我们将深入探讨 Ansys 光学产品线与其在 Apple Vision Pro 中光学应用的具体解决方案，特别是对核心光学传感器的详细介绍。




1.1 空间六自由度（6DOF）定位摄像头与Video SeeThrough（VST）摄像头

Apple Vision Pro 采用了一套复杂的摄像头系统，其中包括两枚主摄像头作为图像采集的基础，以及两枚下视摄像头与两枚侧视摄像头用于实现精准的六自由度空间定位。在6DOF与 Video SeeThrough（VST）系统中，视场角（FOV）的要求尤其严格，这种高要求通常迫使设计人员将目光投向效能卓越的大视场角鱼眼镜头设计案例。

在应对这类设计挑战时，Ansys Zemax OpticStudio 成为了不二之选。这款被称为光学设计的“强力工具箱”的软件，提供了一整套优化工具和分析方法，使得从光线追迹、光学系统建模到成像质量评估，直至系统最佳成像性能的精准控制和约束操作成为可能。利用 Ansys Zemax OpticStudio 的强大功能，设计人员能够根据特定的视场设置，从球面、非球面到自由曲面等多种表面组合中选择和调整光学元件，确保在所设定的视场内实现最佳的光学性能。

1.2 Lidar定位与空间重建传感器的细究

除了精妙的摄像头系统之外，Apple Vision Pro 还集成了Lidar定位与深度传感技术。针对类似的应用场景，Ansys Lumerical Display提供了一个强大的光学模拟平台，其电磁场数值求解功能，让复杂光学现象如散射、干涉、衍射能够被准确预测和分析，从而为激光雷达系统中的光传播和相互作用提供精确描述。

在设计固态激光雷达时，Ansys Zemax OpticStudio 作为强大设计工具，展现出高效实现激光雷达照明和探测器组设计与优化的能力。而Ansys Speos 的Lidar仿真功能则进一步将这种能力推向极致，支持对不同类型的Lidar系统进行全面解析，涵盖基准测试、组件设计、优化、安全分析和杂散光模拟等关键环节。

1.3 人眼与面部追踪摄像头的仿真挑战

高度集成的人眼和面部追踪摄像头对于Apple Vision Pro极为重要。Ansys Speos 以出色的表现支持对人眼追踪相机和面部捕捉相机进行系统级仿真。利用强大的直接建模能力和广泛的文件支持，用户可以便捷导入人物模型、眼球模型，并准确附加必要的光学属性和纹理。以此为前提，Ansys Speos 能够评估照明强度的均匀度，确保眼球追踪和面部追踪的准确度，从而实现硬件设计的优化，并大幅降低产品开发成本与周期。

结语

本文透过Apple Vision Pro这一融合现实设备的光学传感器布局，深入探讨了Ansys光学解决方案在A/V/MR头显领域中的应用。从空间定位到Lidar仿真，再到人眼与面部传感的精确模拟，Ansys软件不仅展示了其在光学设计与系统仿真方面的卓越能力，更强调了其在提升产品质量与开发效率方面的潜力。随着Ansys Speos 2023R2的推出，智慧光学传感器的新时代即将揭开序幕。敬请关注下一系列文章，我们将会继续探讨Ansys光学软件在Pancake型VR显示系统中的应用与设计创新。