Optilise teki virnastamine: Infinite Display ja VR-i visuaalse kvaliteedi mõõtmise praimer

Kui rääkida VR-ist, siis nägemine on uskumine. Nii heli kui ka haptika mängivad olulist rolli, kuid enamiku inimeste jaoks on visuaal see, mis tehingu pitseerib. Ja kaunilt renderdatud madala aktiivsusega kunst võib olla sama hingekosutav kui hüperrealistlik keskkond. Pole lihtsalt midagi sarnast, kui olla täielikult ümbritsetud visuaalselt vapustavasse virtuaalmaailma, olenemata sellest, kas see on realistlik, täielikult abstraktne või kusagil vahepeal.

Kuid VR on endiselt arenev tehnoloogia ja pole palju jagatud arusaama selle visuaalse kogemuse loomisest ja keerulistest tehnoloogiatest, mis peavad kokku tulema, et toota seda, mida näete peakomplektis. Samuti on VR-i visuaalse kvaliteedi tänapäeval määratlemisel kogu tööstusharu mõningane ebakõla.

Visuaalsele kvaliteedile mõeldes järgivad paljud inimesed samu põhimõtteid ja standardeid, mida me traditsiooniliselt kasutame 2D-kuvarite, näiteks mobiiltelefonide ja telerite puhul. Kuid VR erineb oluliselt nendest teistest tarbijaseadmetest. Selle asemel, et vaadata suurt ekraani kaugemalt, vaatavad VR-i kasutajad väiksemat ekraani, mis on silmadele palju lähemal ja mida suurendavad optilises kihis olevad objektiivid. See on nagu teleri vaatamine läbi kaamera objektiivi – seda, mida näete, ei määra ainult ekraani eraldusvõime, vaid ka objektiivi optilised omadused, nagu suurendus ja teravus.

Erinevalt teleritest ja mobiiltelefonidest järgib ekraan teid pea liigutamisel – ja kuna see on teie silmadele nii lähedal, et need võivad vaadata suures vahemikus, peab optika pakkuma ühtlast geomeetrilist ja optilist jõudlust nende vaatenurkade lõikes. pakkuda kvaliteetset visuaalset kogemust. See viitab üha olulisemale rollile, mida silmade jälgimise tehnoloogia hakkab tulevikus VR-i visuaalse jõudluse ja kogemuste osas mängima.

Usume, et tööstus peab joonduma VR-spetsiifiliste jõudlusnäitajatega, mis näitavad paremini kogu pilti. Selle asemel, et keskenduda ainult ekraani eraldusvõimele, peame arvestama, kuidas ekraan ja optika VR-peakomplekti süsteemina koos töötavad. VR-i visuaalse selguse määravad mitmed tegurid, millest olulisemad on süsteemi eraldusvõime (mõõdetuna pikslites kraadi kohta ehk PPD), teravus (mõõdetuna objektiivi modulatsiooni ülekandefunktsiooni ehk MTF abil), kontrastsuse suhe ja värv . Selles postituses vaatleme lähemalt kõiki nelja ja nende seost Meta Quest Pro äsja tutvustatud Infinite Display optilise pinuga.

Süsteemi eraldusvõime

VR-peakomplekti kvaliteedile mõeldes on ahvatlev keskenduda ainult ekraani eraldusvõimele, kuna see on mõõdik, mille järgi kipume 2D-ekraane hindama. Kuid selle asemel peaksime hindama kogu optilise süsteemi eraldusvõimet, mida mõõdetakse PPD-s - kombineeritud mõõdikus, mis võtab arvesse ekraani ja optika koos töötamist. Nurgamõõtmine, PPD, mõõdab pikslite arvu, mis on pakitud vaateväljast (FOV) 1° piiresse. Mida kõrgem on PPD, seda parem on VR-peakomplekti süsteemi eraldusvõime.

Kvaliteetse kogemuse tagamiseks vaatame oma VR-peakomplektide projekteerimisel ja valmistamisel PPD-d tähelepanelikult. Ja tänu Meta Quest Pro ekraani suuremale pikslitihedusele ja sellele järgnevale suurendusele peakomplekti pannkoogioptika poolt, suutsime Meta Quest Pro (22 PPD) süsteemi üldist eraldusvõimet 10% suurendada võrreldes Meta Quest 2-ga (20 PPD). . Kuigi see ei ole praegu turul olevatest VR-peakomplektidest kõrgeim PPD, on see oluline verstapost kvaliteetsete VR-i ja segareaalsusega peakomplektide turuletoomisel.

Ja me investeerime sellesse veelgi kaugemale. Meie Display Systems Researchi meeskond Reality Labs Researchis avalikustas hiljuti oma Butterscotch prototüüp, mis piirab vaatevälja umbes poole võrra Meta Quest 2 vaateväljast ja kasutab 3K LCD-paneele uut tüüpi hübriidobjektiividega, et saavutada süsteemi üldine eraldusvõime 55 PPD – lähenedes võrkkesta eraldusvõimele (tavaliselt peetakse seda umbes 60 PPD-ks, mis on piisav, et kujutada 20/20 joont silmade diagrammil) ja potentsiaalselt sillutada teed uue tööstusstandardi poole. Kuigi Butterscotch on uurimistöö prototüüp, mille tehniline konfiguratsioon ei pruugi sellest tulevaseks tooteks saada, töötame välja suure tihedusega kuvareid ja kõrge eraldusvõimega optilisi süsteeme, et saavutada võrkkesta eraldusvõime meie tooteplaanis.

Teravus

Kuigi PPD seab süsteemi üldise eraldusvõime lähtetaseme, võttes arvesse optilise süsteemi komponente, on veel üks oluline mõõdik, mis ei saa tänastes VR-i visuaalse selguse aruteludes piisavalt tähelepanu: teravus.

Eraldusvõimet ja kontrasti ühendava MTF-i abil mõõdetuna määrab teravus, kui palju detaile suudab optiline süsteem taasesitada. Mida kõrgem on MTF, seda peenem on pildi detail. Kuna VR-ekraane vaadatakse läbi ja seega suurendatakse objektiivi abil, peab meie meeskond optimeerima meie optika disaini ja tootmist, et vältida objektiivi põhjustatud artefakte. Samuti on oluline tunnistada, et lameda 2D-ekraaniga nagu teleris on teravus ühtlane. VR-is pole see nii – teil on objektiivi keskel ja servas erinev teravus. Eesmärk on seega saavutada kõrgem MTF nii keskuses kui ka perifeerias.

Meta Quest Pro puhul on keskpunkti teravus 0.98 ja servade teravus 0.85*, mis on vastavalt 25% ja 50% parem kui Meta Quest 2.

Kontrast

Kontrastsuse suhe on eredaima valge ja tumedaima musta heleduse suhe, mida kuvari optiline süsteem suudab tekitada. Mida suurem suhe, seda parem on kontrast.

Kontrastsuse maksimeerimiseks on Meta Quest Pro suure pikslitihedusega ekraan varustatud spetsiaalse kohaliku hämardustehnoloogiaga, mis suudab iseseisvalt juhtida üle 500 üksiku LED-ploki. Selle tulemuseks on 75% suurem kontrast, pakkudes sügavamat musta värvi ja palju paremat vaatamiskogemust.

Lisaks kasutab Meta Quest Pro pannkoogioptika ainulaadset disaini, mis koosneb kolmest polarisatsioonikile komplektist – üks ekraanil ja üks kummalgi kahel objektiivielemendil –, et minimeerida kummituspilte, eriti FOV-i keskperifeeriast servani. See aitab kaasa ka selle üldisele paremale kontrastile.

Värvilised

Lõpuks mõõdetakse VR-peakomplekti värvi kvaliteeti värvigamma ja värvide täpsusega. Värvigamma on spektri värvide vahemik, mida kogu süsteem suudab reprodutseerida. Värvi täpsus viitab visuaalse süsteemi võimele taasesitada värve ja toone, nagu ette nähtud. Üheskoos on need elutruu kaasahaarava kogemuse pakkumiseks üliolulised.

Meta Quest Pro'l on lai DCI-P3 värvigamma, mis on 1.3 korda suurem kui Meta Quest 2-l. Samuti oleme Meta Quest Pro's välja töötanud täiustatud värvide kalibreerimise tehnoloogia, et tagada kahe silma värvide täpsus ja heleduse erinevus. Rikkalike ja erksate värvidega Meta Quest Pro on võimeline pakkuma esmaklassilist visuaalset selgust kogu vaatevälja ulatuses.

Optilise virna lühendamine

Meta Quest Pro sisaldab kaheelemendilist objektiivi ja 10+ kihti funktsionaalseid optilisi filme. Algse kontseptsiooni töötas välja Reality Labs Research umbes kahe aasta jooksul ja see kujutab endast väga edukat riistvaratehnilist üleminekut VR-i uurimistööst tootele. Kuid tootes töötavate pannkookide läätsede ja polarisatsioonioptika kujundamiseks oli vaja teha rohkem tööd – protsess, mis kestis ligikaudu neli aastat, sealhulgas rohkem kui aasta, mille jooksul toote- ja uurimisrühmad töötasid ühtse integreeritud meeskonnana, et tagada edukas ja tõhus ülekanne.

Kuigi meie uurimisrühmad suudavad ehitada ajamasinaid – prototüüpe, mis näitavad, mis võib olla võimalik viis kuni kümme aastat või rohkem tulevikus, arvestamata piiranguid, nagu kulu, kaal ja palju muud –, peavad meie tooterühmad pakkuma elujõulist disaini, mis suudab toodetakse mastaabis. Kaugeltki valmistoodetest kujundas tootemeeskond tõeliselt ainulaadsed läätsed ja polarisatsioonivirnad. Kuigi pannkoogiläätsed ja polarisatsioonioptika pole iseenesest midagi uut, seab nende VR-i rakendamine ainulaadseid väljakutseid laiaulatuslikus tootmises. Ükski tootja ei valmistanud osi, mis nõudsid uskumatult täpset objektiivi ja polarisatsioonikile valmistamist ja integreerimist, nii et meie tootemeeskonnad pidid aastate jooksul tööstusega tihedat koostööd tegema, et luua tarneahel nullist ja edendada oma olukorda. -kunsti valmistamise võimalused. Olime esimeste seas, kes tegime 10. astme tööstuspartneritega koostööd, et luua lühendatud optiline pinu ja pannkoogioptika nagu Meta Quest Pro – ja tegime seda suures mahus.

Kokkuvõttes omab Meta praegu üle 350 optilise tehnoloogiaga seotud patenti, sealhulgas need, mis on keskendunud suuruse minimeerimisele ja visuaalse jõudluse optimeerimisele.

Kõike selle lisamine

Kui ühendate kogu selle uuenduse ja tehnoloogia üheks tarbijaseadmeks, saate visuaalse süsteemiga VR-peakomplekti, mis võimaldab teravamat teksti, selgemat visuaali, erksamaid värve ja üldiselt mugavamat kogemust – olenemata sellest, kas loete e-kirju teie laud sisse Kastetud, luues füüsikamängu Figmin XRvõi koletistega võitlemine koos sõpradega Demoo.

See on süsteemi optimeerimise projekteerimise väljakutse – meie tootemeeskonnad peavad VR-i visuaalset süsteemi võtma tervikuna, mitte keskenduma ainult üksikutele komponentidele. Päeva lõpuks on meie eesmärk maksimeerida terviklikku kasutajakogemust. See ei pruugi olla täiuslik, kuid meie tehtud kompromissid on mõeldud parima võimaliku visuaalse kogemuse säilitamiseks. Ja see on alles algus. Kuna meie Infinite Display tehnoloogia täiustub ja suudame kombineerida Meta Quest Pro uuenduslikud pannkoogiläätsed ja polarisatsioonioptika veelgi kõrgema eraldusvõimega ekraanidega, peaksime nägema märkimisväärseid hüppeid visuaalses kvaliteedis – mõõdetuna PPD-ga ja kaugemalgi.

* MTF on siin mõõdetud 5 lp/mm (joonpaare millimeetri kohta).