Stabling af det optiske dæk: Introduktion af Infinite Display + en primer til måling af visuel kvalitet i VR

Når det kommer til VR, er det at se at tro. Lyd og haptik spiller begge en vigtig rolle, men for de fleste mennesker er det det visuelle, der forsegler aftalen. Og smukt gengivet lav-poly kunst kan være lige så betagende som et hyperrealistisk miljø. Der er bare intet som at være helt indhyllet i en visuelt betagende virtuel verden, uanset om den er gennemsyret af realisme, fuldstændig abstraheret eller et sted midt imellem.

Men VR er stadig en ny teknologi, og der er ikke megen fælles forståelse af, hvad der skal til for at skabe den visuelle oplevelse og de komplekse teknologier, der skal samles for at producere det, du ser inde i headsettet. Der er også en vis uoverensstemmelse på tværs af branchen i den måde, visuel kvalitet i VR defineres på i dag.

Når man tænker på visuel kvalitet, anvender mange mennesker de samme principper og standarder, som vi traditionelt bruger til at tænke på 2D-skærme, såsom mobiltelefoner og tv'er. Men VR er vidt forskellig fra disse andre forbrugerenheder. I stedet for at se på en stor skærm på længere afstand, ser VR-brugere på en mindre skærm, meget tættere på deres øjne og forstørret af et sæt linser i en optisk stak. Det er som at se på et tv gennem en kameralinse – hvad du vil se, er ikke kun bestemt af skærmens opløsning, men også af objektivets optiske egenskaber, såsom forstørrelse og skarphed.

Også i modsætning til tv'er og mobiltelefoner følger skærmen dig i det væsentlige, når du bevæger dit hoved – og fordi det er så tæt på dine øjne, som kan se over et stort område, skal optikken give en ensartet geometrisk og optisk ydeevne på tværs af disse betragtningsvinkler. give en visuel oplevelse af høj kvalitet. Dette peger på den stadig vigtigere rolle, som eye tracking-teknologi vil spille, når det kommer til visuel ydeevne og oplevelse i VR i fremtiden.

Vi mener, at branchen skal tilpasse sig VR-specifikke præstationsmålinger, der bedre viser det fulde billede. I stedet for at fokusere på skærmopløsning alene, må vi overveje, hvordan skærm og optik fungerer sammen som et system i et VR-headset. Visuel klarhed i VR bestemmes af en række faktorer, hvoraf de vigtigste er systemopløsning (målt i pixels pr. grad eller PPD), skarphed (målt ved et objektivs modulationsoverførselsfunktion eller MTF), kontrastforhold og farve . I dette indlæg vil vi se nærmere på alle fire, og hvordan de forholder sig til Meta Quest Pros nyligt introducerede Infinite Display optiske stak.

Systemopløsning

Det er fristende udelukkende at fokusere på skærmopløsning, når man tænker på VR-headsetkvalitet, da det er den metrik, som vi har en tendens til at bedømme 2D-skærme efter. Men i stedet bør vi evaluere det fulde optiske systems opløsning, som måles i PPD - en kombineret metrik, der tager højde for, at skærmen og optikken arbejder sammen. En vinkelmåling, PPD måler antallet af pixels, der er pakket inden for 1° fra synsfeltet (FOV). Jo højere PPD, jo bedre systemopløsning på VR-headsettet.

Vi ser nøje på PPD i designet og fremstillingen af ​​vores VR-headsets for at sikre en kvalitetsoplevelse. Og takket være den højere pixeltæthed på Meta Quest Pro's skærm og dens efterfølgende forstørrelse med headsettets pandekageoptik, var vi i stand til at øge den samlede systemopløsning for Meta Quest Pro (22 PPD) med 10 % sammenlignet med Meta Quest 2 (20 PPD) . Selvom det ikke er den højeste PPD af noget VR-headset på markedet i dag, er dette en vigtig milepæl i lanceringen af ​​højkvalitets VR og mixed reality-kompatible headset i stor skala.

Og vi investerer for at skubbe dette endnu længere. Vores Display Systems Research-team hos Reality Labs Research afslørede for nylig sin Butterscotch prototype, som begrænser synsfeltet til omkring halvdelen af ​​det for Meta Quest 2 og bruger 3K LCD-paneler med en ny type hybridlinse for at opnå en samlet systemopløsning på 55 PPD – der nærmer sig nethindeopløsningen (generelt anset for at være omkring 60 PPD, hvilket er tilstrækkeligt til at afbilde 20/20-linjen på et øjediagram) og potentielt bane vejen for en ny industristandard. Mens Butterscotch er en forskningsprototype med en teknisk konfiguration, der muligvis ikke bliver til et fremtidigt produkt, udvikler vi højdensitetsskærme og højopløsnings optiske systemer i tandem for at opnå nethindeopløsning på vores produktkøreplan.

Skarphed

Mens PPD sætter en baseline for den overordnede systemopløsning under hensyntagen til komponenterne i det optiske system, er der en anden afgørende metrik, der ikke får nok opmærksomhed i dagens diskussioner om VR visuel klarhed: skarphed.

Målt ved MTF, som kombinerer opløsning og kontrast, bestemmer skarpheden, hvor mange detaljer der kan gengives af et optisk system. Jo højere MTF, desto finere er billeddetaljen. Fordi VR-skærme ses igennem og dermed forstørres af en linse, skal vores team optimere designet og fremstillingen af ​​vores optik for at undgå artefakter forårsaget af linsen. Det er også vigtigt at erkende, at skarpheden er ensartet med en flad 2D-skærm som et tv. I VR er det ikke det – du har forskellige grader af skarphed i midten og kanten af ​​objektivet. Målet er altså at opnå en højere MTF i både centrum og periferien.

På Meta Quest Pro er centerskarphed 0.98, og kantskarphed er 0.85* - en forbedring på henholdsvis 25 % og 50 % i forhold til Meta Quest 2.

Kontrast

Kontrastforholdet er forholdet mellem luminansen af ​​den lyseste hvide og den mørkeste sort, som et optisk displaysystem kan producere. Jo højere forhold, jo bedre kontrast.

For at maksimere kontrasten er Meta Quest Pros skærm med høj pixeltæthed udstyret med specialiseret lokal dæmpningsteknologi, der uafhængigt kan styre over 500 individuelle LED-blokke. Dette resulterer i 75 % mere kontrast, hvilket giver dybere sorte farver og en meget forbedret seeroplevelse.

Derudover bruger Meta Quest Pro's pandekageoptik et unikt design af tre polarisationsfilmstabler - en på skærmen og en på hvert af de to linseelementer - for at minimere spøgelsesbilleder, især fra midten af ​​periferien til kanten af ​​FOV. Dette bidrager også til dens generelle forbedrede kontrast.

Farve

Endelig måles kvaliteten af ​​et VR-headsets farve ved farveskala og farvenøjagtighed. Farveskala er rækken af ​​farver inden for et spektrum, der kan gengives af det overordnede system. Farvenøjagtighed refererer til det visuelle systems evne til at gengive farver og nuancer efter hensigten. Sammen er de afgørende for at give en livagtig fordybende oplevelse.

Meta Quest Pro har en bred DCI-P3 farveskala, som er 1.3 gange så stor som Meta Quest 2. Vi har også udviklet avanceret farvekalibreringsteknologi i Meta Quest Pro for at sikre farvenøjagtigheden og lysstyrkeforskellen på tværs af to øjne. Med rige og levende farver er Meta Quest Pro i stand til at give førsteklasses visuel klarhed på tværs af hele synsfeltet.

Afkortning af den optiske stak

Meta Quest Pro har en to-element linse og 10+ lag af funktionelle optiske film. Det originale koncept blev udviklet af Reality Labs Research i løbet af cirka to år, og det repræsenterer en meget succesfuld hardwareteknologisk overførsel fra forskning til produkt i VR. Der var dog mere arbejde at gøre for at designe pandekagelinser og polarisationsoptik, der ville fungere i produktet - en proces, der tog omkring fire år, inklusive mere end et år, hvor produkt- og forskningsholdene arbejdede som et enkelt integreret team for at sikre en vellykket og effektiv overførsel.

Mens vores forskerhold er i stand til at bygge tidsmaskiner - prototyper, der viser, hvad der kan være muligt fem til 10 år eller mere ud i fremtiden, uden hensyntagen til begrænsninger som omkostninger, vægt og mere - skal vores produktteam levere et holdbart design, der kan produceres i skala. Langt fra hyldevarer designet produktteamet helt unikke linser og polarisationsstabler. Mens pandekagelinser og polarisationsoptik i sig selv ikke er noget nyt, stiller deres anvendelse til VR unikke udfordringer i produktion i skala. Der var ingen producent, der lavede delene, hvilket krævede utrolig præcis linse- og polarisationsfilmfremstilling og integration, så vores produktteams var nødt til at arbejde tæt sammen med industrien i løbet af årene for at skabe forsyningskæden fra bunden og fremme deres tilstand -Kunst fremstillingsevner. Vi var blandt de første til at arbejde med tier 1 industrielle partnere for at skabe en forkortet optisk stak og pandekageoptik som Meta Quest Pro's – og vi gjorde det i skala.

Alt i alt har Meta i øjeblikket mere end 350 patenter relateret til optiske teknologier, inklusive dem, der fokuserer på at minimere størrelsen og samtidig optimere den visuelle ydeevne.

Tilføjelse af det hele

Når du kombinerer al denne innovation og teknologi i en enkelt forbrugerenhed, får du et VR-headset med et visuelt system, der giver mulighed for skarpere tekst, klarere billeder, mere levende farver og en generelt mere behagelig oplevelse – uanset om du læser e-mails på dit skrivebord ind Nedsænket, at skabe et fysikspil i Figmin XR, eller kæmpe mod monstre med venner i Demeus.

Det er en systemoptimeringsdesignudfordring – der kræver, at vores produktteam tager det visuelle VR-system som en helhed i stedet for udelukkende at fokusere på individuelle komponenter. I slutningen af ​​dagen er vores mål at maksimere den holistiske brugeroplevelse. Det er måske ikke perfekt, men de afvejninger, vi har lavet, er beregnet til at bevare den bedst mulige visuelle oplevelse. Og dette er kun begyndelsen. Da vores Infinite Display-teknologi fortsætter med at forbedre sig, og vi er i stand til at kombinere Meta Quest Pros innovative pandekagelinser og polarisationsoptik med skærme med endnu højere opløsning, bør vi se betydelige spring i visuel kvalitet – målt ved PPD og videre.

*MTF er her målt til 5 lp/mm (linjepar pr. millimeter).