Big Tech ist bestrebt, uns für das Kommen des zu begeistern metaverse, aber heute virtuellen Realität Hardware ist weit davon entfernt, ihre ehrgeizigen Ziele zu erreichen. Eine der größten Herausforderungen ist der Bau besserer Displays mit weitaus mehr Pixeln pro Zoll, aber Experten sagen Neue Materialien und Designs sind auf dem Weg.
Das Silicon Valley setzt Milliarden von Dollar darauf internet ist im Begriff, sich zu unterziehen seine größte Veränderung seit dem Aufkommen des Smartphones. Bald, so die Überlegung, werden die meisten Menschen darauf zugreifen web über tragbare Headsets, die uns hinein transportieren virtuelle Welten anstatt auf einem Touchscreen zu tippen.
Heute aber Virtual und Augmented Reality sind noch recht rudimentär. Während Unternehmen wie Meta, Microsoft, Google und Magic Leap bereits Virtual- und Augmented-Reality-Headsets verkaufen, haben sie bisher nur begrenzte Anwendungsfälle gefunden, und die von ihnen angebotenen Erfahrungen bleiben immer noch weit hinter den High-Definition-Standards zurück, die wir erwarten aus digitaler Unterhaltung.
Eine der größten Einschränkungen ist die aktuelle Display-Technologie. In einem VR-Headset sitzen die Bildschirme nur wenige Zentimeter vor unseren Augen, sodass sie eine riesige Anzahl von Pixeln auf sehr kleinem Raum packen müssen, um sich der Auflösung zu nähern, die Sie von den neuesten 4K-Fernsehern erwarten können.
Das ist mit den heutigen Displays unmöglich, aber in einer perspektiv veröffentlicht letzte Woche in Wissenschaft, Forscher von Samsung und der Stanford University sagen dass aufkommende Technologien uns bald an die theoretische Grenze der Pixeldichte bringen und leistungsstarke neue VR-Headsets einleiten könnten.
Die Bemühungen, die Leistung von Displays zu steigern, werden durch die Tatsache erschwert, dass dies direkt mit einem anderen entscheidenden Ziel konkurriert: Herstellung sie kleiner, billiger und energieeffizienter. Heutige Geräte sind sperrig und unhandlich, was die Tragezeit und den Kontext, in dem sie verwendet werden können, begrenzt.
Ein Hauptgrund, warum Headsets heute so groß sind, ist die Vielzahl optischer Elemente, die sie aufweisen, und die Notwendigkeit, ausreichend Platz zwischen ihnen und den Displays zu lassen, um das Licht richtig zu fokussieren. Während neue kompakte Objektivdesigns und die Verwendung von Metaoberflächen– nanostrukturierte Filme mit einzigartigen optischen Eigenschaften – haben eine gewisse Miniaturisierung in diesem Bereich ermöglicht, sagen die Autoren, dies stößt wahrscheinlich an seine Grenzen.
Neuartige Designs wie holografische Linsen und „Pfannkuchenlinsen“, bei denen Licht zwischen verschiedenen Kunststoff- oder Glasstücken hin- und hergeworfen wird, könnten dazu beitragen, den Abstand zwischen Linse und Display um den Faktor zwei bis drei zu verringern. Aber jede dieser Wechselwirkungen reduziert die Helligkeit der Bilder, was durch leistungsfähigere und effizientere Displays kompensiert werden muss.
Bessere Displays werden auch benötigt, um eine weitere wichtige Einschränkung der heutigen Geräte zu lösen: die Auflösung. UlTra-HD-TV-Displays können Pixeldichten von etwa 200 Pixeln pro Grad (PPD) bei Entfernungen von etwa 10 Fuß erreichen, was weit über den etwa 60 PPD liegt, die das menschliche Auge unterscheiden kann. Da VR-Displays jedoch höchstens ein oder zwei Zoll vom Auge des Betrachters entfernt sind, können sie nur etwa 15 PPD erreichen.
Um die Auflösungsgrenzen des menschlichen Auges zu erreichen, VR Displays müssen zwischen 7,000 und 10,000 Pixel in jeden Zoll des Displays quetschen, sagen die Autoren. Zum Vergleich: Die neuesten Smartphone-Bildschirme schaffen nur etwa 460 Pixel pro Zoll.
Trotz der Größe dieser Lücke gibt es jedoch bereits klare Wege, sie zu schließen. Derzeit verwenden die meisten VR-Headsets separate rote, grüne und blaue organische Leuchtdioden (OLEDs), die aufgrund ihres Herstellungsprozesses nur schwer kompakter zu machen sind. Aber ein alternativer Ansatz, der weißen OLEDs Farbfilter hinzufügt, könnte es ermöglichen, 60 PPD zu erreichen.
Sich auf Filterung zu verlassen, hat seine eigenen Herausforderungen, da es die Effizienz der Lichtquelle verringert, was zu einer geringeren Helligkeit oder einem höheren Stromverbrauch führt. Aber ein experimentelles OLED-Design, bekannt als „Meta-OLED“, könnte kommen arunden Sie diesen Kompromiss ab, indem Sie die Lichtquelle mit nanostrukturierten Spiegeln kombinieren, die das Resonanzphänomen ausnutzen, um Licht nur von einer bestimmten Frequenz zu emittieren.
Meta-OLEDS könnten potenziell Pixeldichten von mehr als 10,000 PPD erreichen und damit die physikalischen Grenzen erreichen, die durch die Wellenlänge des Lichts gesetzt werden. Sie könnten auch effizienter sein und eine verbesserte Farbdefinition im Vergleich zu früheren Generationen aufweisen. Trotz des großen Interesses von Display-Technologieunternehmen befindet sich die Technologie jedoch noch im Anfangsstadium und ist wahrscheinlich noch weiter von der Kommerzialisierung entfernt.
Die wahrscheinlichste kurzfristige Innovation bei Displays, sagen die Autoren, ist eine, die eine Eigenart der menschlichen Biologie ausnutzt. Das Auge ist nur in der Lage, 60 PPD im zentralen Bereich der Netzhaut, der sogenannten Fovea, mit deutlich geringerer Empfindlichkeit zu unterscheiden on der Peripherie.
Wenn Augenbewegungen genau verfolgt werden können, müssen Sie nur in dem bestimmten Abschnitt des Displays, auf den der Benutzer blickt, die höchste Auflösung wiedergeben. Während die erforderlichen Verbesserungen bei der Augen- und Kopfverfolgung die Designs zusätzlich komplex machen, sagen die Autoren, dass dies wahrscheinlich die Innovation ist, die dies tun wird am ehesten passieren.
Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass es eine Vielzahl von gibt Probleme andere als nur bessere Displays, die gelöst werden müssen, wenn VR weit verbreitet werden soll. Insbesondere die Stromversorgung dieser Headsets wirft komplizierte Herausforderungen in Bezug auf die Batteriekapazität und die Fähigkeit auf, Wärme von der Bordelektronik abzuleiten.
Außerdem sind die von den Forschern diskutierten Anzeigetechnologien in erster Linie für VR und nicht für AR relevant, deren Headsets wahrscheinlich auf einer ganz anderen optischen Technologie beruhen, die die Sicht des Trägers auf die reale Welt nicht verdeckt. Wie auch immer, es scheint, dass immersivere virtuelle Erlebnisse zwar noch in weiter Ferne liegen, aber der Fahrplan, der uns dorthin bringt, gut aufgestellt ist.
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