VR에 관해서는 보는 것이 믿는 것입니다. 소리와 촉각 모두 중요한 역할을 하지만 대부분의 사람들에게 있어 결정적인 것은 시각적 요소입니다. 아름답게 렌더링된 로우 폴리 아트는 초현실적인 환경만큼이나 숨이 막힐 수 있습니다. 현실감이 넘치든, 완전히 추상화되어 있든, 아니면 그 중간에 있든 관계없이 시각적으로 놀라운 가상 세계에 완전히 둘러싸여 있는 것만큼 좋은 것은 없습니다.
그러나 VR은 여전히 신흥 기술이며, 시각적 경험을 생성하는 데 필요한 것이 무엇인지, 그리고 헤드셋 내부에서 보는 것을 생성하기 위해 함께 결합되어야 하는 복잡한 기술에 대한 공유된 이해가 많지 않습니다. 오늘날 VR의 시각적 품질을 정의하는 방식에도 업계 전반에 걸쳐 일부 불일치가 있습니다.
시각적 품질에 대해 생각할 때 많은 사람들은 휴대폰이나 TV와 같은 2D 디스플레이에 대해 생각할 때 전통적으로 사용하는 것과 동일한 원칙과 표준을 적용합니다. 그러나 VR은 다른 소비자 장치와 크게 다릅니다. VR 사용자는 더 먼 거리에서 큰 화면을 보는 대신 눈에 훨씬 더 가깝고 광학 스택 내의 렌즈 세트에 의해 확대된 작은 화면을 보고 있습니다. 이는 카메라 렌즈를 통해 TV를 보는 것과 같습니다. 여러분이 보는 것은 화면의 해상도뿐만 아니라 배율이나 선명도와 같은 렌즈의 광학적 특성에 의해서도 결정됩니다.
또한 TV나 휴대폰과 달리 디스플레이는 본질적으로 사용자가 머리를 움직일 때 사용자를 따라갑니다. 그리고 디스플레이가 눈에 너무 가까워서 넓은 범위를 바라볼 수 있기 때문에 광학 장치는 해당 시야각 전반에 걸쳐 일관된 기하학적 및 광학 성능을 제공해야 합니다. 고품질의 시각적 경험을 제공합니다. 이는 향후 VR의 시각적 성능과 경험에 있어 시선추적 기술이 점점 더 중요한 역할을 하게 될 것임을 시사합니다.
우리는 업계가 전체 그림을 더 잘 보여주는 VR 관련 성능 지표에 맞춰 조정해야 한다고 믿습니다. 디스플레이 해상도에만 초점을 맞추기보다는 VR 헤드셋에서 디스플레이와 광학 장치가 하나의 시스템으로 함께 작동하는 방식을 고려해야 합니다. VR의 시각적 선명도는 다양한 요소에 의해 결정되며, 그 중 가장 중요한 요소는 시스템 해상도(도당 픽셀 또는 PPD로 측정), 선명도(렌즈의 변조 전달 함수 또는 MTF로 측정), 명암비 및 색상입니다. . 이 게시물에서는 네 가지 모두에 대해 자세히 살펴보고 Meta Quest Pro에서 새로 도입된 Infinite Display 광학 스택과 어떤 관련이 있는지 살펴보겠습니다.
시스템 해상도
VR 헤드셋 품질을 생각할 때 디스플레이 해상도에만 집중하고 싶은 유혹이 있습니다. 왜냐하면 디스플레이 해상도가 2D 디스플레이를 판단하는 척도이기 때문입니다. 하지만 그 대신 디스플레이와 광학 장치가 함께 작동하는 것을 고려하는 결합 측정법인 PPD로 측정되는 전체 광학 시스템의 해상도를 평가해야 합니다. 각도 측정인 PPD는 시야(FOV)의 1° 내에 포함된 픽셀 수를 측정합니다. PPD가 높을수록 VR 헤드셋의 시스템 해상도가 좋아집니다.
우리는 고품질 경험을 보장하기 위해 VR 헤드셋의 설계 및 제조에서 PPD를 면밀히 검토합니다. 그리고 Meta Quest Pro 디스플레이의 더 높은 픽셀 밀도와 헤드셋의 팬케이크 광학을 통한 그에 따른 배율 덕분에 Meta Quest Pro(22 PPD)의 전체 시스템 해상도를 Meta Quest 10(2 PPD)에 비해 20% 높일 수 있었습니다. . 현재 시장에 출시된 VR 헤드셋 중 PPD가 가장 높지는 않지만, 이는 고품질 VR 및 혼합 현실 지원 헤드셋을 대규모로 출시하는 데 있어서 중요한 이정표입니다.
그리고 우리는 이를 더욱 발전시키기 위해 투자하고 있습니다. Reality Labs Research의 디스플레이 시스템 연구 팀은 최근 버터스카치 프로토타입, 이는 시야각을 Meta Quest 2의 약 절반으로 제한하고 새로운 유형의 하이브리드 렌즈가 포함된 3K LCD 패널을 사용하여 55PPD의 전체 시스템 해상도를 달성합니다. 이는 망막 해상도에 근접합니다(일반적으로 약 60PPD로 간주됩니다. 눈 차트에 20/20 선을 표시하기에 충분하며 잠재적으로 새로운 업계 표준으로의 길을 닦을 수 있습니다. Butterscotch는 미래 제품에 적용되지 않을 수 있는 기술적 구성을 갖춘 연구용 프로토타입이지만, 당사는 제품 로드맵에서 망막 해상도를 달성하기 위해 고밀도 디스플레이와 고해상도 광학 시스템을 동시에 개발하고 있습니다.
날카로움
PPD는 광학 시스템의 구성 요소를 고려하여 전체 시스템 해상도에 대한 기준을 설정하지만 오늘날 VR 시각적 선명도에 대한 논의에서 충분한 관심을 끌지 못하는 또 다른 중요한 측정 기준인 선명도가 있습니다.
해상도와 대비를 결합하는 MTF로 측정한 선명도는 광학 시스템이 얼마나 많은 디테일을 재현할 수 있는지를 결정합니다. MTF가 높을수록 이미지 디테일이 더 세밀해집니다. VR 디스플레이는 렌즈를 통해 보여지고 확대되기 때문에 우리 팀은 렌즈로 인해 발생하는 아티팩트를 방지하기 위해 광학 장치의 설계와 제작을 최적화해야 합니다. TV와 같은 평면 2D 디스플레이에서는 선명도가 균일하다는 점을 인식하는 것도 중요합니다. VR에서는 그렇지 않습니다. 렌즈 중앙과 가장자리의 선명도가 다양합니다. 따라서 목표는 중앙과 주변 모두에서 더 높은 MTF를 달성하는 것입니다.
Meta Quest Pro에서 중앙 선명도는 0.98이고 가장자리 선명도는 0.85*입니다. 이는 Meta Quest 25에 비해 각각 50% 및 2% 향상된 수치입니다.
대조
명암비는 디스플레이 광학 시스템이 생성할 수 있는 가장 밝은 흰색과 가장 어두운 검정색의 휘도 간의 비율입니다. 비율이 높을수록 대비가 좋아집니다.
대비를 극대화하기 위해 Meta Quest Pro의 높은 픽셀 밀도 디스플레이에는 500개 이상의 개별 LED 블록을 독립적으로 제어할 수 있는 특수 로컬 디밍 기술이 탑재되어 있습니다. 그 결과 대비가 75% 향상되어 더 깊은 검정색과 훨씬 향상된 시청 경험을 제공합니다.
또한 Meta Quest Pro의 팬케이크 광학 장치는 3개의 편광 필름 스택(디스플레이에 하나씩, 두 개의 렌즈 요소 각각에 하나씩)의 독특한 디자인을 사용하여 특히 FOV 중앙 주변에서 가장자리까지 고스트 이미지를 최소화합니다. 이는 또한 전반적인 대비 개선에도 기여합니다.
색상
마지막으로 VR 헤드셋의 색상 품질은 색 재현율과 색상 정확도로 측정됩니다. 색역은 전체 시스템에서 재현할 수 있는 스펙트럼 내의 색상 범위입니다. 색상 정확도는 의도한 대로 색상과 음영을 재현하는 시각 시스템의 능력을 나타냅니다. 이 모든 것이 실제와 같은 몰입형 경험을 제공하는 데 필수적입니다.
Meta Quest Pro는 Meta Quest 3보다 1.3배 더 넓은 DCI-P2 색 영역을 갖추고 있습니다. 또한 Meta Quest Pro에서는 고급 색상 보정 기술을 개발하여 두 눈의 색상 정확도와 밝기 차이를 보장합니다. 풍부하고 생동감 넘치는 색상을 갖춘 Meta Quest Pro는 전체 시야각에 걸쳐 최고의 시각적 선명도를 제공할 수 있습니다.
광학 스택 단축
Meta Quest Pro는 10요소 렌즈와 XNUMX겹 이상의 기능성 광학 필름을 갖추고 있습니다. 원래 컨셉은 Reality Labs Research에서 약 XNUMX년에 걸쳐 개발되었으며, 연구에서 VR 제품으로의 매우 성공적인 하드웨어 기술 이전을 나타냅니다. 그러나 제품에 사용할 수 있는 팬케이크 렌즈와 편광 광학 장치를 설계하려면 해야 할 일이 더 많았습니다. 이 과정은 제품과 연구팀이 단일 통합 팀으로 협력하여 XNUMX년 이상을 포함해 대략 XNUMX년이 걸렸습니다. 성공적이고 효율적인 이전.
우리 연구팀은 타임머신(비용, 무게 등과 같은 제약 조건 없이 미래에 10년에서 1년 또는 그 이상 가능할 수 있는 것을 보여주는 프로토타입)을 만들 수 있지만 제품 팀은 다음을 수행할 수 있는 실행 가능한 디자인을 제공해야 합니다. 규모로 생산할 것. 기성 제품과는 거리가 먼 제품 팀은 정말 독특한 렌즈와 편광 스택을 설계했습니다. 팬케이크 렌즈와 편광 광학은 그 자체로는 새로운 것이 아니지만 VR에 대한 응용 프로그램은 대규모 제품화에서 고유한 문제를 제기합니다. 믿을 수 없을 정도로 정밀한 렌즈와 편광 필름 제조 및 통합이 필요한 부품을 만드는 제조업체가 없었기 때문에 제품 팀은 처음부터 공급망을 만들고 상태를 발전시키기 위해 수년 동안 업계와 긴밀히 협력해야 했습니다. -예술 제조 능력. 우리는 Tier XNUMX 산업 파트너와 협력하여 Meta Quest Pro와 같은 짧은 광학 스택 및 팬케이크 광학 장치를 만든 최초의 회사 중 하나였으며 대규모로 수행했습니다.
전체적으로 Meta는 현재 시각적 성능을 최적화하면서 크기를 최소화하는 데 초점을 맞춘 특허를 포함하여 광학 기술과 관련된 350개 이상의 특허를 보유하고 있습니다.
모두 추가
이 모든 혁신과 기술을 단일 소비자 장치에 결합하면 이메일을 읽을 때마다 더 선명한 텍스트, 더 선명한 시각적, 더 생생한 색상 및 전반적으로 더 편안한 경험을 허용하는 시각적 시스템을 갖춘 VR 헤드셋을 얻을 수 있습니다. 당신의 책상은 잠긴, 물리 게임 만들기 피그민 XR, 또는 친구와 함께 몬스터와 싸우거나 데메오.
이는 시스템 최적화 설계 과제입니다. 우리 제품 팀은 개별 구성 요소에만 집중하기보다는 VR 시각 시스템 전체를 파악해야 합니다. 결국 우리의 목표는 전체적인 사용자 경험을 극대화하는 것입니다. 완벽하지는 않을 수도 있지만, 우리가 취한 절충안은 가능한 최고의 시각적 경험을 보존하기 위한 것입니다. 그리고 이것은 시작에 불과합니다. Infinite Display 기술이 지속적으로 향상되고 Meta Quest Pro의 혁신적인 팬케이크 렌즈 및 편광 광학 장치를 더욱 고해상도 디스플레이와 결합할 수 있게 되면서 PPD 이상으로 측정된 시각적 품질이 크게 향상될 것입니다.
*여기서 MTF는 5lp/mm(밀리미터당 라인 쌍)로 측정됩니다.
