NVIDIA tyrėjai demonstruoja plonus holografinius VR akinius


NVIDIA tyrimų ir Stanfordo mokslininkų komanda paskelbė naują dokumentą, kuriame demonstruojami ploni holografiniai VR akiniai. Ekranai gali rodyti tikrą holografinį turinį, išspręsdami prisitaikymo ir apgyvendinimo problemą. Nors tyrimo prototipai, demonstruojantys principus, buvo daug mažesni matymo lauke, mokslininkai teigia, kad būtų nesudėtinga pasiekti 120° įstrižainės matymo lauką.

Paskelbta prieš artėjančią šiais metais SIGGRAPH 2022 konferenciją, NVIDIA tyrimų ir Stanfordo tyrėjų komanda pademonstravo akių VR ekraną, kuris gali būti naudojamas plokščioms vaizdams ar hologramoms rodyti kompaktiškame formate. Straipsnyje taip pat nagrinėjami tarpusavyje susiję sistemos kintamieji, kurie turi įtakos pagrindiniams rodymo veiksniams, tokiems kaip matymo laukas, akių langelis ir akių reljefas. Be to, mokslininkai tiria skirtingus algoritmus, kaip optimaliai pateikti vaizdą, kad būtų pasiekta geriausia vaizdo kokybė.

Prekyboje parduodamų VR ausinių dydis bėgant metams labai nepagerėjo, daugiausia dėl optinių apribojimų. Dauguma VR ausinių naudoja vieną ekraną ir paprastą objektyvą. Norint sufokusuoti šviesą iš ekrano į akį, lęšis turi būti tam tikru atstumu nuo ekrano; arčiau ir vaizdas bus nefokusuotas.

Pašalinus šį tarpą tarp objektyvo ir ekrano, būtų atrakinti anksčiau neįmanomi VR ausinių formos veiksniai; suprantama, buvo atlikta daug mokslinių tyrimų ir plėtros, tiriant, kaip tai galima padaryti.

Naujai paskelbtame NVIDIA-Stanfordo dokumente Holografiniai akiniai virtualiai realybeikomanda parodo, kad sukūrė holografinį ekraną naudodama erdvinį šviesos moduliatorių kartu su bangolaidžiu, o ne tradiciniu objektyvu.

Komanda sukūrė tiek didelį stalinį modelį, kad pademonstruotų pagrindinius metodus ir eksperimentuotų su skirtingais algoritmais, kaip atvaizduoti optimalią rodymo kokybę, ir kompaktišką nešiojamą modelį, kad parodytų formos faktorių. Vaizdai, kuriuos matote su kompaktišku akinius primenančiu formos koeficientu, neapima ekrano valdymo elektronikos (nes tos sistemos dalies dydis nepatenka į tyrimą).

Galbūt kurį laiką tai prisiminsite „Meta Reality Labs“ paskelbė savo darbą apie kompaktiškas akinių dydžio VR ausines. Nors šis darbas susijęs su hologramomis (sistemos lęšiams suformuoti), tai nėra „holografinis ekranas“, o tai reiškia, kad jis neišsprendžia daugumos VR ekranų būdingos prisitaikymo prie patekimo problemos.

Kita vertus, Nvidia-Stanfordo mokslininkai rašo, kad jų Holografinių akinių sistema iš tikrųjų yra holografinis ekranas (dėl erdvinio šviesos moduliatoriaus naudojimo), kurį jie vadina unikaliu savo metodo pranašumu. Tačiau komanda taip pat rašo, kad ekrane taip pat galima rodyti tipiškus plokščius vaizdus (kurie, kaip ir šiuolaikinės VR ausinės, gali susilieti, kad būtų stereoskopinis vaizdas).

Vaizdą suteikė NVIDIA Research

Negana to, Holografinių akinių projektas viso ekrano storis yra tik 2,5 mm, žymiai plonesnis nei „Reality Labs“ projekto 9 mm storis (kuris ir taip buvo įspūdingai plonas!).

Tačiau, kaip ir bet kurio kito gero dokumento atveju, „Nvidia-Stanford“ komanda greitai atkreipia dėmesį į savo darbo apribojimus.

Pirma, jų nešiojama sistema turi mažą 22,8° įstrižainės matymo lauką ir taip pat mažą 2,3 mm akių langelį. Abi jos yra per mažos, kad būtų tinkamos praktiškoms VR ausinėms.

Vaizdą suteikė NVIDIA Research

Tačiau mokslininkai rašo, kad ribotas matymo laukas daugiausia susijęs su jų eksperimentiniu naujų komponentų deriniu, kurie nėra optimizuoti dirbti kartu. Jie aiškina, kad drastiškas regėjimo lauko išplėtimas iš esmės priklauso nuo papildomų komponentų pasirinkimo.

“[…] į [system’s field-of-view] daugiausia ribojo turimų prekių dydis [spatial light modulator] ir GP objektyvo židinio nuotolis, kuriuos abu būtų galima pagerinti naudojant skirtingus komponentus. Pavyzdžiui, židinio nuotolis gali būti sumažintas per pusę, nepadidinant bendro storio, sudėjus du vienodus GP objektyvus ir apskritą poliarizatorių. [Moon et al. 2020]. Su 2 colių SLM ir 15 mm židinio nuotolio GP objektyvu galime pasiekti iki 120° monokulinį FOV.

Kalbant apie 2,3 mm akių langelį (tūrį, kuriame galima matyti pateiktą vaizdą), jis yra per mažas praktiniam naudojimui. Tačiau mokslininkai rašo, kad eksperimentavo su paprastu būdu, kaip jį išplėsti.

Jie rodo, kad pridėjus akių sekimo funkciją, akių langelį galima dinamiškai išplėsti iki 8 mm, keičiant šviesos, siunčiamos į bangolaidį, kampą. Tiesa, 8 mm vis dar yra labai ankšta akių dėžė ir gali būti per maža praktiniam naudojimui, nes skiriasi atstumas nuo akių ir akinių padėtis ant galvos, nuo vieno naudotojo iki kito.

Tačiau sistemoje yra kintamųjų, kuriuos galima koreguoti norint pakeisti pagrindinius rodymo veiksnius, pvz., akių langelį. Savo darbu tyrėjai nustatė ryšį tarp šių kintamųjų, aiškiai pažvelgdami į tai, kokių kompromisų reikėtų imtis norint pasiekti skirtingus rezultatus.

Vaizdą suteikė NVIDIA Research

Kaip jie rodo, akių dėžutės dydis yra tiesiogiai susijęs su erdvinio šviesos moduliatoriaus pikselių žingsniu (atstumu tarp pikselių), o matymo laukas yra susijęs su bendru erdvinio šviesos moduliatoriaus dydžiu. Taip pat parodyti akių reljefo ir susiliejimo kampo apribojimai, palyginti su mažesniu nei 20 mm akių reljefu (kuris mokslininkai laiko viršutine tikrojo „akinių“ formos koeficiento riba).

Šios „dizaino prekybos erdvės“, kaip jie vadina, analizė buvo pagrindinė straipsnio dalis.

„Su savo dizainu ir eksperimentiniais prototipais tikimės paskatinti naujas mokslinių tyrimų ir inžinerijos kryptis siekiant itin plonų visą dieną nešiojamų VR ekranų, kurių formos koeficientai yra panašūs į įprastus akinius“, – rašo jie.

Straipsnis priskiriamas tyrinėtojams Jonghyun Kim, Manu Gopakumar, Suyeon Choi, Yifan Peng, Ward Lopes ir Gordon Wetzstein.