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LEAPX 设计｜悬空架构打造强大而轻盈的专业AR眼镜

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LEAPX 设计｜悬空架构打造强大而轻盈的专业AR眼镜崇真艺客

2021年8月，LEAPX 团队收到了保密品牌方的邀请，来主导设计一款高性能的专业级头戴 AR 设备。

LEAPX 设计｜悬空架构打造强大而轻盈的专业AR眼镜崇真艺客

纵观光学透视 (optical see-through) AR 眼镜市场，主流成像方式有两类——光波导和曲面反射。为了更大的 FOV（视角）和更低的成本，此项目决定采用曲面反射方案。曲面反射方案由屏幕成像，通过一块半反半透镜片将反射的虚像（黄色）和真实世界的像（蓝色）融合传到人眼，形成增强现实的效果。

设计挑战

为了让光学器件不产生干涉以及人眼能舒适地对焦，曲面反射方案要求反射镜片与屏幕之间有较长的距离，导致采用该光学方案的 AR 产品往往体积较大，戴在头上显得笨重。

LEAPX AR 眼镜为了提升和现实的互动性，搭载了强大的处理芯片，SLAM 模组（一个深度相机、两个鱼眼相机、两个红外传感器用于手势识别）和眼球追踪模组。驱动这些元件会产生大量的热，也需要较大的电池保证续航。

如果在头戴设备内置风扇进行散热，会给佩戴者带来明显的噪音；而大电池也会增加设备的重量，影响长期佩戴的体验。

在这些限制下，怎样合理安排各模块的布局，才能保证功能和性能，优化散热，确保佩戴稳定和舒适性，同时还能保持造型的轻盈美观？

这都是 LEAPX 团队在这个项目中需要同时解决的设计问题。

解决思路

通过发散探索，我们发现，将 LEAPX AR 眼镜前面的大块体积进行镂空的处理，让屏幕与前额支撑独立成为一体，悬浮于主体中间，不仅可以大幅减小笨重感，让其在视觉上更轻盈，而且镂空所增加的表面积和中空的风道也大大提升了产品的散热性能。

镂空设计增加了散热面积、提升了通风效率并带来轻盈的视觉效果。

LEAPX 设计｜悬空架构打造强大而轻盈的专业AR眼镜崇真艺客

由于光学组件镜片距离人眼较远，力臂较长，再加上前方5个相机和驱动板的重量，会导致 AR 设备重心过于靠前，难以舒适佩戴。

因此我们将计算单元与电池置于头部后端，让整机重心居中，前后平衡，佩戴更舒适。这样的一体式 AR 头显设备，无需外接电池和计算单元，佩戴更简单。

计算&电源单元

为方便手指触摸，触控板置于右前方，这样余光可以帮助手指找到触控板。在此基础上，也增加了凸点纹理帮助手指识别有效的触控区域。

前额头托

前额头托方便更换

设计细化

由于产品针对国内市场，我们展开中国人头部尺寸的调研，并规范了头围调节范围：头带的长度调节由于机内空间限制，无法满足最小163mm最大235mm的极端情况，我们以平均值188mm为基准，尽可能增加调节范围；宽度定为176.8mm，因为头带是软性材料，可兼容数据中最宽的样本179mm。

头的形状因人而异，为增加与枕骨的接触面积，更好地分摊头部的压力，我们尽量将后方头托加宽，内部采用“鱼骨”支撑结构以适应贴合不同的人头曲线，而中间的旋钮则用来调节头围的大小。

考虑到部分用户需要长时间佩戴，可以加装顶部头带配件，用于分散额头与脑后的压力。

为提升与现实的互动性，眼镜前方配备了一个深度相机、两个鱼眼相机、两个眼部追踪相机、一个 light sensor、一个手势红外补光灯、十八个红外眼部定位灯。

作为 AR 产品，现实与虚拟图像的呈现同等重要。利用电致变色膜技术，可以根据环境光自动调整透光率，在切换室内外场景时保证交互界面的显示效果。还可以用来切换模式，比如影音模式把透光率降到最低从而达到沉浸式的体验；通透模式把透光率调高，减少对现实环境的视觉干扰，方便与现实世界互动。

设计过程

项目期间 LEAPX 团队进行了不同方向的造型探索以及大量各种形式的实物模型验证（仅展视部分）。

镂空设计初步方案3D呈现

为使屏幕更贴合头的弧线，我们还提出调整屏幕间距和夹角的想法，根据光学计算，反射镜片造型也将更圆润紧凑，看上去更轻盈。

从 AirPods Max 穹网设计获得灵感，我们尝试设计开发悬浮透气织物的头部支撑，提升透气性，分散重量，减轻头部的压迫感，并制作了几版原型实物进行测试验证。比较遗憾的是由于研发资源和时间不足，没有继续落地到最终产品上。

结语

在这个项目过程中，我们测试了不少当时（2021年）主流的 AR 产品，认为目前的 AR 技术在最终体验和造价上很难满足一般消费者的实际需求，而更适合在专业领域发挥作用。而 LEAPX AR 眼镜，也许是目前在采用曲面反射光学方案的专业 AR 眼镜中，在功能、穿戴性和造型这几个维度衡量下最为均衡的设计。