Στοίβαξη του οπτικού καταστρώματος: Παρουσιάζοντας την άπειρη οθόνη + ένα Primer για τη μέτρηση της οπτικής ποιότητας σε VR

Όταν πρόκειται για VR, το να βλέπεις είναι να πιστεύεις. Ο ήχος και τα απτικά παίζουν σημαντικό ρόλο, αλλά για τους περισσότερους ανθρώπους, είναι τα γραφικά που σφραγίζουν τη συμφωνία. Και η όμορφα αποδομένη τέχνη χαμηλού πολυμορφισμού μπορεί να κόβει την ανάσα με ένα υπερρεαλιστικό περιβάλλον. Δεν υπάρχει τίποτα σαν να είσαι πλήρως περιτυλιγμένος σε έναν οπτικά εντυπωσιακό εικονικό κόσμο, ανεξάρτητα από το αν είναι βουτηγμένος σε ρεαλισμό, εντελώς αφηρημένος ή κάπου ενδιάμεσα.

Ωστόσο, το VR εξακολουθεί να είναι μια αναδυόμενη τεχνολογία και δεν υπάρχει πολλή κοινή κατανόηση για το τι συμβαίνει στη δημιουργία αυτής της οπτικής εμπειρίας και των πολύπλοκων τεχνολογιών που πρέπει να συνδυαστούν για να παράγουν αυτό που βλέπετε μέσα στα ακουστικά. Υπάρχει επίσης κάποια ασυνέπεια σε ολόκληρο τον κλάδο στον τρόπο με τον οποίο ορίζεται σήμερα η οπτική ποιότητα στο VR.

Όταν σκεφτόμαστε την οπτική ποιότητα, πολλοί άνθρωποι εφαρμόζουν τις ίδιες αρχές και πρότυπα που χρησιμοποιούμε παραδοσιακά για να σκεφτόμαστε τις οθόνες 2D, όπως τα κινητά τηλέφωνα και οι τηλεοράσεις. Αλλά το VR είναι πολύ διαφορετικό από αυτές τις άλλες καταναλωτικές συσκευές. Αντί να βλέπουν μια μεγάλη οθόνη σε πιο μακρινή απόσταση, οι χρήστες VR κοιτάζουν μια μικρότερη οθόνη, πολύ πιο κοντά στα μάτια τους και μεγεθυμένη από ένα σύνολο φακών σε μια οπτική στοίβα. Είναι σαν να κοιτάτε μια τηλεόραση μέσω του φακού της κάμερας—αυτό που θα δείτε δεν καθορίζεται μόνο από την ανάλυση της οθόνης, αλλά και από τις οπτικές ιδιότητες του φακού, όπως η μεγέθυνση και η ευκρίνεια.

Επίσης, σε αντίθεση με τις τηλεοράσεις και τα κινητά τηλέφωνα, η οθόνη ουσιαστικά σας ακολουθεί καθώς κινείτε το κεφάλι σας—και επειδή είναι πολύ κοντά στα μάτια σας, τα οποία μπορούν να κοιτάζουν σε μεγάλο εύρος, τα οπτικά συστήματα πρέπει να παρέχουν σταθερή γεωμετρική και οπτική απόδοση σε αυτές τις γωνίες θέασης. παρέχουν ποιοτική οπτική εμπειρία. Αυτό δείχνει τον ολοένα και πιο σημαντικό ρόλο που θα παίξει η τεχνολογία παρακολούθησης ματιών όσον αφορά την οπτική απόδοση και την εμπειρία στο VR στο μέλλον.

Πιστεύουμε ότι ο κλάδος πρέπει να ευθυγραμμιστεί με μετρήσεις απόδοσης ειδικά για VR που δείχνουν καλύτερα την πλήρη εικόνα. Αντί να εστιάσουμε μόνο στην ανάλυση της οθόνης, πρέπει να εξετάσουμε πώς η οθόνη και η οπτική λειτουργούν μαζί ως σύστημα σε ένα σετ μικροφώνου-ακουστικού VR. Η οπτική ευκρίνεια στην εικονική πραγματικότητα καθορίζεται από διάφορους παράγοντες, οι πιο σημαντικοί από τους οποίους είναι η ανάλυση συστήματος (μετρούμενη σε pixel ανά μοίρα ή PPD), η ευκρίνεια (μετρούμενη από τη λειτουργία μεταφοράς διαμόρφωσης ενός φακού ή MTF), ο λόγος αντίθεσης και το χρώμα . Σε αυτήν την ανάρτηση, θα ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά και στα τέσσερα και πώς σχετίζονται με τη νέα οπτική στοίβα Infinite Display του Meta Quest Pro.

Ανάλυση συστήματος

Είναι δελεαστικό να εστιάσουμε αποκλειστικά στην ανάλυση της οθόνης όταν σκεφτόμαστε την ποιότητα των ακουστικών VR, καθώς αυτή είναι η μέτρηση με την οποία τείνουμε να κρίνουμε τις 2D οθόνες. Αντίθετα, όμως, θα πρέπει να αξιολογήσουμε την πλήρη ανάλυση του οπτικού συστήματος, η οποία μετριέται σε PPD - μια συνδυασμένη μέτρηση που λαμβάνει υπόψη την οθόνη και τα οπτικά που συνεργάζονται. Μια γωνιακή μέτρηση, το PPD μετρά τον αριθμό των εικονοστοιχείων που είναι συσκευασμένα εντός 1° από το οπτικό πεδίο (FOV). Όσο υψηλότερο είναι το PPD, τόσο καλύτερη είναι η ανάλυση συστήματος των ακουστικών VR.

Εξετάζουμε προσεκτικά το PPD στο σχεδιασμό και την κατασκευή των ακουστικών VR μας για να εξασφαλίσουμε μια ποιοτική εμπειρία. Και χάρη στην υψηλότερη πυκνότητα εικονοστοιχείων της οθόνης του Meta Quest Pro και την επακόλουθη μεγέθυνσή της από τα οπτικά pancake του ακουστικού, μπορέσαμε να αυξήσουμε τη συνολική ανάλυση συστήματος για το Meta Quest Pro (22 PPD) κατά 10% σε σύγκριση με το Meta Quest 2 (20 PPD) . Αν και δεν είναι το υψηλότερο PPD από οποιοδήποτε σετ μικροφώνου-ακουστικού εικονικής πραγματικότητας στην αγορά σήμερα, αυτό είναι ένα σημαντικό ορόσημο για την κυκλοφορία ακουστικών VR υψηλής ποιότητας και με δυνατότητα μικτής πραγματικότητας σε κλίμακα.

Και επενδύουμε για να το προωθήσουμε ακόμη περισσότερο. Η ομάδα έρευνας συστημάτων εμφάνισης στο Reality Labs Research το παρουσίασε πρόσφατα Πρωτότυπο Butterscotch, το οποίο περιορίζει το οπτικό πεδίο περίπου στο μισό από αυτό του Meta Quest 2 και χρησιμοποιεί πάνελ LCD 3K με έναν νέο τύπο υβριδικού φακού για να επιτύχει συνολική ανάλυση συστήματος 55 PPD—που προσεγγίζει την ανάλυση του αμφιβληστροειδούς (γενικά θεωρείται ότι είναι περίπου 60 PPD, η οποία είναι επαρκής για να απεικονίσει τη γραμμή 20/20 σε ένα διάγραμμα ματιών) και ενδεχομένως ανοίγει το δρόμο προς ένα νέο βιομηχανικό πρότυπο. Ενώ το Butterscotch είναι ένα ερευνητικό πρωτότυπο με τεχνική διαμόρφωση που μπορεί να μην γίνει μελλοντικό προϊόν, αναπτύσσουμε οθόνες υψηλής πυκνότητας και οπτικά συστήματα υψηλής ανάλυσης παράλληλα για να επιτύχουμε ανάλυση αμφιβληστροειδούς στον οδικό χάρτη προϊόντων μας.

Οξύτητα

Ενώ το PPD θέτει μια βάση για τη συνολική ανάλυση του συστήματος, λαμβάνοντας υπόψη τα στοιχεία του οπτικού συστήματος, υπάρχει μια άλλη κρίσιμη μέτρηση που δεν λαμβάνει αρκετή προσοχή στις σημερινές συζητήσεις σχετικά με την οπτική ευκρίνεια VR: η ευκρίνεια.

Μετρούμενη με MTF, που συνδυάζει ανάλυση και αντίθεση, η ευκρίνεια καθορίζει πόσες λεπτομέρειες μπορούν να αναπαραχθούν από ένα οπτικό σύστημα. Όσο υψηλότερο είναι το MTF, τόσο πιο λεπτή είναι η λεπτομέρεια της εικόνας. Επειδή οι οθόνες VR προβάλλονται μέσω ενός φακού και επομένως μεγεθύνονται από έναν φακό, η ομάδα μας πρέπει να βελτιστοποιήσει τη σχεδίαση και την κατασκευή των οπτικών μας για να αποφύγει τα τεχνουργήματα που προκαλούνται από τον φακό. Είναι επίσης σημαντικό να αναγνωρίσετε ότι, με μια επίπεδη οθόνη 2D όπως μια τηλεόραση, η ευκρίνεια είναι ομοιόμορφη. Στο VR, δεν είναι — έχετε διάφορους βαθμούς ευκρίνειας στο κέντρο και στην άκρη του φακού. Ο στόχος, λοιπόν, είναι να επιτευχθεί υψηλότερο MTF τόσο στο κέντρο όσο και στην περιφέρεια.

Στο Meta Quest Pro, η ευκρίνεια στο κέντρο είναι 0.98 και η ευκρίνεια των άκρων είναι 0.85*—βελτίωση 25% και 50% σε σχέση με το Meta Quest 2, αντίστοιχα.

Αντίθεση

Ο λόγος αντίθεσης είναι ο λόγος μεταξύ της φωτεινότητας του πιο φωτεινού λευκού και του πιο σκούρου μαύρου που μπορεί να παράγει ένα οπτικό σύστημα οθόνης. Όσο μεγαλύτερη είναι η αναλογία, τόσο καλύτερη είναι η αντίθεση.

Για μεγιστοποίηση της αντίθεσης, η οθόνη υψηλής πυκνότητας pixel του Meta Quest Pro είναι εξοπλισμένη με εξειδικευμένη τεχνολογία τοπικής ρύθμισης φωτισμού που μπορεί να ελέγξει περισσότερα από 500 μεμονωμένα μπλοκ LED ανεξάρτητα. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα 75% περισσότερη αντίθεση, παρέχοντας βαθύτερο μαύρο και πολύ βελτιωμένη εμπειρία θέασης.

Επιπλέον, τα οπτικά τηγανίτες του Meta Quest Pro χρησιμοποιούν έναν μοναδικό σχεδιασμό τριών στοίβων φιλμ πόλωσης—μία στην οθόνη και μία σε καθένα από τα δύο στοιχεία φακού—για την ελαχιστοποίηση των εικόνων φαντασμάτων, ειδικά από τη μέση περιφέρεια έως την άκρη του FOV. Αυτό συμβάλλει επίσης στη συνολική βελτιωμένη αντίθεση του.

Χρώμα

Τέλος, η ποιότητα του χρώματος ενός ακουστικού VR μετριέται από τη χρωματική γκάμα και την ακρίβεια χρωμάτων. Η χρωματική γκάμα είναι το φάσμα των χρωμάτων μέσα σε ένα φάσμα που μπορεί να αναπαραχθεί από το συνολικό σύστημα. Η ακρίβεια χρώματος αναφέρεται στην ικανότητα του οπτικού συστήματος να αναπαράγει χρώματα και αποχρώσεις όπως προβλέπεται. Μαζί, είναι ζωτικής σημασίας για να προσφέρουν μια ζωντανή, καθηλωτική εμπειρία.

Το Meta Quest Pro έχει μια ευρεία χρωματική γκάμα DCI-P3, η οποία είναι 1.3 φορές μεγαλύτερη από αυτή του Meta Quest 2. Έχουμε επίσης αναπτύξει προηγμένη τεχνολογία βαθμονόμησης χρωμάτων στο Meta Quest Pro για να διασφαλίσουμε την ακρίβεια χρωμάτων και τη διαφορά φωτεινότητας στα δύο μάτια. Με πλούσια και ζωντανά χρώματα, το Meta Quest Pro είναι σε θέση να παρέχει κορυφαία οπτική ευκρίνεια σε όλο το οπτικό πεδίο.

Συντόμευση της οπτικής στοίβας

Το Meta Quest Pro διαθέτει φακό δύο στοιχείων και 10+ στρώματα λειτουργικών οπτικών φιλμ. Η αρχική ιδέα αναπτύχθηκε από την Reality Labs Research κατά τη διάρκεια περίπου δύο ετών και αντιπροσωπεύει μια εξαιρετικά επιτυχημένη μεταφορά τεχνολογίας υλικού από έρευνα σε προϊόν στο VR. Ωστόσο, έπρεπε να γίνει περισσότερη δουλειά για τον σχεδιασμό φακών τηγανίτας και οπτικών πόλωσης που θα λειτουργούσαν στο προϊόν - μια διαδικασία που διήρκεσε περίπου τέσσερα χρόνια, συμπεριλαμβανομένου περισσότερου από ένα χρόνο κατά τον οποίο το προϊόν και οι ερευνητικές ομάδες εργάστηκαν ως μια ενιαία ολοκληρωμένη ομάδα για να εξασφαλίσουν μια επιτυχημένη και αποτελεσματική μεταφορά.

Ενώ οι ερευνητικές μας ομάδες είναι σε θέση να κατασκευάσουν χρονομηχανές—πρωτότυπα που δείχνουν τι μπορεί να είναι δυνατό σε πέντε έως δέκα χρόνια ή περισσότερο στο μέλλον, χωρίς να λαμβάνονται υπόψη περιορισμοί όπως το κόστος, το βάρος και άλλα— οι ομάδες προϊόντων μας πρέπει να προσφέρουν έναν βιώσιμο σχεδιασμό που μπορεί να να παράγονται σε κλίμακα. Μακριά από προϊόντα εκτός ραφιού, η ομάδα προϊόντων σχεδίασε πραγματικά μοναδικούς φακούς και στοίβες πόλωσης. Ενώ οι φακοί pancake και τα οπτικά πόλωσης δεν είναι από μόνα τους κάτι καινούργιο, η εφαρμογή τους για VR θέτει μοναδικές προκλήσεις στην παραγωγή σε κλίμακα. Δεν υπήρχε κατασκευαστής που να κατασκεύαζε τα εξαρτήματα, τα οποία απαιτούσαν απίστευτα ακριβή κατασκευή και ενσωμάτωση φακών και φιλμ πόλωσης, έτσι οι ομάδες προϊόντων μας έπρεπε να συνεργαστούν στενά με τη βιομηχανία κατά τη διάρκεια των ετών για να δημιουργήσουν την αλυσίδα εφοδιασμού από την αρχή και να προωθήσουν την κατάστασή τους. -δυνατότητες κατασκευής τέχνης. Ήμασταν από τους πρώτους που συνεργαστήκαμε με τους βιομηχανικούς συνεργάτες της βαθμίδας 10 για να δημιουργήσουμε μια συντομευμένη οπτική στοίβα και οπτικά τηγανίτες όπως το Meta Quest Pro—και το κάναμε σε μεγάλη κλίμακα.

Συνολικά, η Meta κατέχει επί του παρόντος 350+ διπλώματα ευρεσιτεχνίας που σχετίζονται με οπτικές τεχνολογίες, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που επικεντρώνονται στην ελαχιστοποίηση του μεγέθους με παράλληλη βελτιστοποίηση της οπτικής απόδοσης.

Προσθέτοντας τα όλα επάνω

Όταν συνδυάζετε όλη αυτή την καινοτομία και την τεχνολογία σε μια ενιαία συσκευή καταναλωτή, λαμβάνετε ένα ακουστικό VR με οπτικό σύστημα που επιτρέπει πιο ευκρινές κείμενο, πιο καθαρά γραφικά, πιο ζωντανά χρώματα και μια γενικά πιο άνετη εμπειρία—είτε διαβάζετε email στο μέσα στο γραφείο σας Βυθισμένο, δημιουργώντας ένα παιχνίδι φυσικής στο Figmin XR, ή πολεμώντας τέρατα με φίλους μέσα Δήμο.

Πρόκειται για μια πρόκληση σχεδιασμού βελτιστοποίησης συστήματος—η οποία απαιτεί από τις ομάδες προϊόντων μας να λαμβάνουν το οπτικό σύστημα VR ως σύνολο, αντί να εστιάζουν αποκλειστικά σε μεμονωμένα στοιχεία. Στο τέλος της ημέρας, στόχος μας είναι να μεγιστοποιήσουμε την ολιστική εμπειρία χρήστη. Μπορεί να μην είναι τέλειο, αλλά οι ανταλλαγές που έχουμε κάνει έχουν σκοπό να διατηρήσουν την καλύτερη δυνατή οπτική εμπειρία. Και αυτό είναι μόνο η αρχή. Καθώς η τεχνολογία μας Infinite Display συνεχίζει να βελτιώνεται και είμαστε σε θέση να συνδυάσουμε τους καινοτόμους φακούς pancake και τα οπτικά πόλωσης του Meta Quest Pro με οθόνες ακόμη υψηλότερης ανάλυσης, θα δούμε σημαντικά άλματα στην οπτική ποιότητα—όπως μετράται από το PPD και όχι μόνο.

*Το MTF εδώ μετράται στα 5 lp/mm (ζεύγη γραμμών ανά χιλιοστό).