تكديس السطح البصري: تقديم العرض اللانهائي + كتاب تمهيدي لقياس الجودة المرئية في الواقع الافتراضي

عندما يتعلق الأمر بالواقع الافتراضي، فالرؤية أمر مصدق. يلعب كل من الصوت واللمس دورًا مهمًا، ولكن بالنسبة لمعظم الناس، فإن العناصر المرئية هي التي تحسم الصفقة. ويمكن أن يكون الفن المنخفض البولي الذي تم تقديمه بشكل جميل مذهلًا تمامًا مثل البيئة الواقعية للغاية. لا يوجد شيء يضاهي أن تكون محاطًا بالكامل بعالم افتراضي مذهل بصريًا، بغض النظر عما إذا كان غارقًا في الواقعية، أو مجردًا تمامًا، أو في مكان ما بينهما.

لكن الواقع الافتراضي لا يزال تقنية ناشئة، وليس هناك الكثير من الفهم المشترك لما يدخل في إنشاء تلك التجربة المرئية والتقنيات المعقدة التي يجب أن تجتمع معًا لإنتاج ما تراه داخل سماعات الرأس. هناك أيضًا بعض التناقض عبر الصناعة في الطريقة التي يتم بها تعريف الجودة المرئية في الواقع الافتراضي اليوم.

عند التفكير في الجودة المرئية، يطبق العديد من الأشخاص نفس المبادئ والمعايير التي نستخدمها تقليديًا للتفكير في شاشات العرض ثنائية الأبعاد، مثل الهواتف المحمولة وأجهزة التلفزيون. لكن الواقع الافتراضي يختلف اختلافًا كبيرًا عن هذه الأجهزة الاستهلاكية الأخرى. فبدلاً من النظر إلى شاشة كبيرة على مسافة أبعد، ينظر مستخدمو الواقع الافتراضي إلى شاشة أصغر حجمًا، أقرب بكثير إلى أعينهم ومكبرة بواسطة مجموعة من العدسات ضمن حزمة بصرية. إن الأمر يشبه النظر إلى جهاز تلفزيون من خلال عدسة الكاميرا، فما ستراه لا يتحدد فقط من خلال دقة الشاشة، ولكن أيضًا من خلال الخصائص البصرية للعدسة، مثل التكبير والحدة.

وعلى عكس أجهزة التلفاز والهواتف المحمولة أيضًا، فإن الشاشة تتبعك بشكل أساسي أثناء تحريك رأسك - ولأنها قريبة جدًا من عينيك، والتي يمكنها التحديق عبر نطاق واسع، يجب أن توفر البصريات أداءً هندسيًا وبصريًا متسقًا عبر زوايا المشاهدة تلك. توفير تجربة بصرية عالية الجودة. يشير هذا إلى الدور المتزايد الأهمية الذي ستلعبه تقنية تتبع العين عندما يتعلق الأمر بالأداء البصري والتجربة في الواقع الافتراضي في المستقبل.

نعتقد أن الصناعة بحاجة إلى التوافق مع مقاييس الأداء الخاصة بالواقع الافتراضي والتي تظهر الصورة الكاملة بشكل أفضل. بدلاً من التركيز على دقة العرض وحدها، يجب علينا أن نفكر في كيفية عمل العرض والبصريات معًا كنظام في سماعة رأس الواقع الافتراضي. يتم تحديد الوضوح البصري في الواقع الافتراضي من خلال عدد من العوامل، أهمها دقة النظام (تقاس بالبكسل لكل درجة، أو PPD)، والحدة (تقاس بوظيفة نقل تعديل العدسة، أو MTF)، ونسبة التباين، واللون. . في هذا المنشور، سنلقي نظرة فاحصة على الأربعة جميعًا وكيفية ارتباطهم بمجموعة Infinite Display الضوئية المقدمة حديثًا من Meta Quest Pro.

قرار النظام

من المغري التركيز فقط على دقة العرض عند التفكير في جودة سماعات الواقع الافتراضي، نظرًا لأن هذا هو المقياس الذي نميل من خلاله إلى الحكم على شاشات العرض ثنائية الأبعاد. ولكن بدلاً من ذلك، يجب علينا تقييم دقة النظام البصري الكاملة، والتي يتم قياسها بـ PPD، وهو مقياس مدمج يأخذ في الاعتبار عمل الشاشة والبصريات معًا. قياس زاوي، يقيس PPD عدد وحدات البكسل المعبأة ضمن درجة واحدة من مجال الرؤية (FOV). كلما زاد معدل PPD، كانت دقة نظام سماعة الرأس VR أفضل.

نحن ننظر عن كثب إلى PPD في تصميم وتصنيع سماعات الواقع الافتراضي الخاصة بنا لضمان تجربة عالية الجودة. وبفضل كثافة البكسل العالية لشاشة Meta Quest Pro وتكبيرها اللاحق بواسطة البصريات المسطحة لسماعة الرأس، تمكنا من زيادة دقة النظام الإجمالية لـ Meta Quest Pro (22 PPD) بنسبة 10% مقارنة بـ Meta Quest 2 (20 PPD) . على الرغم من أنها ليست أعلى نسبة PPD لأي سماعة رأس للواقع الافتراضي في السوق اليوم، إلا أن هذا يعد علامة فارقة مهمة في إطلاق سماعات الرأس ذات الجودة العالية للواقع الافتراضي والواقع المختلط على نطاق واسع.

ونحن نستثمر لدفع هذا إلى أبعد من ذلك. كشف فريق أبحاث أنظمة العرض لدينا في Reality Labs Research مؤخرًا عن نموذج باترسكوتش، مما يحد من مجال الرؤية إلى حوالي نصف مجال الرؤية في Meta Quest 2 ويستخدم لوحات LCD بدقة 3K مع نوع جديد من العدسات الهجينة لتحقيق دقة نظام شاملة تبلغ 55 PPD - تقترب من دقة الشبكية (تعتبر بشكل عام حوالي 60 PPD، والتي يكفي لتصوير خط 20/20 على مخطط العين) وربما يمهد الطريق لمعيار صناعي جديد. على الرغم من أن Butterscotch هو نموذج أولي بحثي بتكوين تقني قد لا يتحول إلى منتج مستقبلي، إلا أننا نعمل على تطوير شاشات عرض عالية الكثافة وأنظمة بصرية عالية الدقة جنبًا إلى جنب لتحقيق دقة شبكية في خريطة طريق منتجنا.

حدة

بينما يحدد PPD خطًا أساسيًا لدقة النظام الشاملة، مع الأخذ في الاعتبار مكونات النظام البصري، هناك مقياس مهم آخر لا يحظى باهتمام كافٍ في مناقشات اليوم حول الوضوح البصري للواقع الافتراضي: الحدة.

عند قياسها بواسطة MTF، الذي يجمع بين الدقة والتباين، تحدد الحدة مقدار التفاصيل التي يمكن إعادة إنتاجها بواسطة النظام البصري. كلما ارتفع MTF، كلما كانت تفاصيل الصورة أدق. نظرًا لأن شاشات الواقع الافتراضي يتم عرضها من خلال العدسة وبالتالي تكبيرها، يجب على فريقنا تحسين تصميم وتصنيع البصريات لدينا لتجنب القطع الأثرية التي تسببها العدسة. من المهم أيضًا أن ندرك أنه مع شاشة مسطحة ثنائية الأبعاد مثل التلفزيون، تكون الوضوح موحدة. في الواقع الافتراضي، ليس الأمر كذلك - لديك درجات متفاوتة من الحدة في مركز العدسة وحافةها. الهدف إذن هو تحقيق MTF أعلى في كل من المركز والمحيط.

في Meta Quest Pro، تبلغ حدة المركز 0.98 ووضوح الحافة 0.85* - وهو تحسن بنسبة 25% و50% مقارنة بـ Meta Quest 2، على التوالي.

تباين

نسبة التباين هي النسبة بين نصوع اللون الأبيض الأكثر سطوعًا والأسود الداكن الذي يمكن أن ينتجه نظام العرض البصري. كلما ارتفعت النسبة، كان التباين أفضل.

لتحقيق أقصى قدر من التباين، تم تجهيز شاشة Meta Quest Pro عالية الكثافة بالبكسل بتقنية التعتيم المحلية المتخصصة التي يمكنها التحكم في أكثر من 500 كتلة LED فردية بشكل مستقل. ويؤدي ذلك إلى زيادة التباين بنسبة 75%، مما يوفر ألوانًا سوداء أكثر عمقًا وتجربة مشاهدة محسنة كثيرًا.

بالإضافة إلى ذلك، تستخدم بصريات Meta Quest Pro تصميمًا فريدًا من ثلاث مجموعات من أفلام الاستقطاب - واحدة على الشاشة وواحدة على كل عنصر من عنصري العدسة - لتقليل الصور الشبحية، خاصة من منتصف المحيط إلى حافة مجال الرؤية. ويساهم هذا أيضًا في تحسين التباين بشكل عام.

لون

أخيرًا، يتم قياس جودة ألوان سماعة الرأس VR من خلال التدرج اللوني ودقة الألوان. التدرج اللوني هو نطاق الألوان ضمن الطيف الذي يمكن إعادة إنتاجه بواسطة النظام بأكمله. تشير دقة الألوان إلى قدرة النظام البصري على إعادة إنتاج الألوان والظلال على النحو المنشود. معًا، يعدان أمرًا حيويًا لتوفير تجربة غامرة نابضة بالحياة.

يحتوي Meta Quest Pro على نطاق ألوان واسع DCI-P3، وهو 1.3 مرة من Meta Quest 2. لقد قمنا أيضًا بتطوير تقنية معايرة الألوان المتقدمة في Meta Quest Pro لضمان دقة الألوان وتباين السطوع بين العينين. بفضل الألوان الغنية والنابضة بالحياة، فإن Meta Quest Pro قادر على توفير وضوح بصري متميز عبر مجال الرؤية الكامل.

تقصير المكدس البصري

يتميز Meta Quest Pro بعدسة مكونة من عنصرين وأكثر من 10 طبقات من الأفلام البصرية الوظيفية. تم تطوير المفهوم الأصلي بواسطة Reality Labs Research على مدار عامين تقريبًا، وهو يمثل نقلًا ناجحًا للغاية لتكنولوجيا الأجهزة من البحث إلى المنتج في الواقع الافتراضي. ومع ذلك، كان هناك المزيد من العمل الذي يتعين القيام به لتصميم العدسات المسطحة وبصريات الاستقطاب التي من شأنها أن تعمل في المنتج - وهي عملية استغرقت ما يقرب من أربع سنوات، بما في ذلك أكثر من عام عملت خلالها فرق المنتج والبحث كفريق واحد متكامل لضمان نقل ناجح وفعال.

بينما تكون فرق البحث لدينا قادرة على بناء آلات زمنية - نماذج أولية توضح ما يمكن أن يكون ممكنًا من خمس إلى 10 سنوات أو أكثر في المستقبل ، دون اعتبار للقيود مثل التكلفة والوزن وغير ذلك - يجب على فرق المنتج لدينا تقديم تصميم قابل للتطبيق يمكنه يتم إنتاجها على نطاق واسع. بعيدًا عن المنتجات الجاهزة ، صمم فريق المنتج حقًا عدسات فريدة ومداخن استقطاب. في حين أن عدسات الفطائر وبصريات الاستقطاب ليست جديدة في حد ذاتها ، فإن تطبيقها للواقع الافتراضي يطرح تحديات فريدة في الإنتاج على نطاق واسع. لم يكن هناك مصنع يصنع الأجزاء ، الأمر الذي يتطلب تصنيع وتكامل عدسة دقيقة بشكل لا يصدق واستقطاب فيلم ، لذلك كان على فرق المنتجات لدينا العمل عن كثب مع الصناعة على مدار سنوات لإنشاء سلسلة التوريد من الصفر وتعزيز حالتها. - قدرات التصنيع. كنا من بين أول من عمل مع شركاء صناعيين من المستوى 1 لإنشاء مجموعة بصرية مختصرة وبصريات فطيرة مثل Meta Quest Pro - وقمنا بذلك على نطاق واسع.

أخيرًا، تمتلك Meta حاليًا أكثر من 350 براءة اختراع تتعلق بالتقنيات البصرية، بما في ذلك تلك التي تركز على تقليل الحجم مع تحسين الأداء البصري.

مضيفا كل شيء

عندما تجمع كل هذه الابتكارات والتكنولوجيا في جهاز استهلاكي واحد، فإنك تحصل على سماعة رأس للواقع الافتراضي مزودة بنظام مرئي يسمح بنص أكثر وضوحًا ومرئيات أكثر وضوحًا وألوان أكثر حيوية وتجربة أكثر راحة بشكل عام - سواء كنت تقرأ رسائل البريد الإلكتروني على مكتبك في مغمور، إنشاء لعبة فيزياء في فيجمين XRأو قتال الوحوش مع الأصدقاء ديميو.

إنه تحدي تصميم تحسين النظام، حيث يتطلب من فرق المنتجات لدينا التعامل مع نظام الواقع الافتراضي المرئي ككل، بدلاً من التركيز فقط على المكونات الفردية. في نهاية المطاف، هدفنا هو تحقيق أقصى قدر من تجربة المستخدم الشاملة. قد لا يكون الأمر مثاليًا، ولكن المقصود من المقايضة التي قمنا بها هو الحفاظ على أفضل تجربة بصرية ممكنة. وهذه ليست سوى البداية. مع استمرار تحسين تقنية العرض اللانهائي لدينا وقدرتنا على الجمع بين عدسات Meta Quest Pro المبتكرة وبصريات الاستقطاب مع شاشات عرض عالية الدقة، يجب أن نشهد قفزات كبيرة في الجودة المرئية - كما تم قياسها بواسطة PPD وما بعده.

*يتم قياس MTF هنا عند 5 lp/mm (أزواج الخطوط لكل ملليمتر).