Stable det optiske dekket: introduserer Infinite Display + en grunning på måling av visuell kvalitet i VR

Når det kommer til VR, er å se å tro. Lyd og haptikk spiller begge en viktig rolle, men for de fleste er det det visuelle som forsegler avtalen. Og vakkert gjengitt lavpolykunst kan være like fantastisk som et hyperrealistisk miljø. Det er bare ingenting som er helt innhyllet i en visuelt imponerende virtuell verden, uansett om den er gjennomsyret av realisme, fullstendig abstrahert eller et sted midt i mellom.

Men VR er fortsatt en ny teknologi, og det er ikke mye felles forståelse av hva som skal til for å skape den visuelle opplevelsen og de komplekse teknologiene som må komme sammen for å produsere det du ser inne i headsettet. Det er også en viss inkonsekvens på tvers av bransjen i måten visuell kvalitet i VR blir definert på i dag.

Når man tenker på visuell kvalitet, bruker mange de samme prinsippene og standardene som vi tradisjonelt bruker for å tenke på 2D-skjermer, som mobiltelefoner og TV-er. Men VR er veldig forskjellig fra disse andre forbrukerenhetene. I stedet for å se på en stor skjerm på lengre avstand, ser VR-brukere på en mindre skjerm, mye nærmere øynene og forstørret av et sett med linser i en optisk stabel. Det er som å se på en TV gjennom en kameralinse – hva du ser bestemmes ikke bare av oppløsningen på skjermen, men også av de optiske egenskapene til objektivet, som forstørrelse og skarphet.

I motsetning til TV-er og mobiltelefoner følger skjermen i hovedsak deg når du beveger hodet – og fordi den er så nær øynene dine, som kan se over et stort område, må optikken gi en konsistent geometrisk og optisk ytelse på tvers av disse synsvinklene for å gi en visuell opplevelse av høy kvalitet. Dette peker på den stadig viktigere rollen som øyesporingsteknologi vil spille når det kommer til visuell ytelse og opplevelse i VR i fremtiden.

Vi mener at bransjen må innrette seg etter VR-spesifikke ytelsesmålinger som bedre viser hele bildet. I stedet for å fokusere på skjermoppløsning alene, må vi vurdere hvordan skjerm og optikk fungerer sammen som et system i et VR-headset. Visuell klarhet i VR bestemmes av en rekke faktorer, hvorav de viktigste er systemoppløsning (målt i piksler per grad eller PPD), skarphet (målt av et objektivs modulasjonsoverføringsfunksjon eller MTF), kontrastforhold og farge . I dette innlegget skal vi se nærmere på alle fire og hvordan de forholder seg til Meta Quest Pros nylig introduserte Infinite Display optiske stack.

Systemoppløsning

Det er fristende å fokusere utelukkende på skjermoppløsning når du tenker på VR-headsetkvalitet, siden det er beregningen som vi har en tendens til å bedømme 2D-skjermer etter. Men i stedet bør vi evaluere det fulle optiske systemets oppløsning, som måles i PPD – en kombinert metrikk som tar hensyn til skjermen og optikken som fungerer sammen. En vinkelmåling, PPD måler antall piksler som er pakket innenfor 1° fra synsfeltet (FOV). Jo høyere PPD, jo bedre systemoppløsning på VR-headsettet.

Vi ser nøye på PPD i design og produksjon av våre VR-headset for å sikre en kvalitetsopplevelse. Og takket være den høyere pikseltettheten til Meta Quest Pro-skjermen og dens påfølgende forstørrelse av hodesettets pannekakeoptikk, var vi i stand til å øke den totale systemoppløsningen for Meta Quest Pro (22 PPD) med 10 % sammenlignet med Meta Quest 2 (20 PPD) . Selv om det ikke er den høyeste PPD-en av noen VR-headset på markedet i dag, er dette en viktig milepæl i lanseringen av høykvalitets VR og mixed reality-aktiverte hodesett i stor skala.

Og vi investerer for å presse dette enda lenger. Vårt Display Systems Research-team ved Reality Labs Research avduket nylig sin Butterscotch prototype, som begrenser synsfeltet til omtrent halvparten av det for Meta Quest 2 og bruker 3K LCD-paneler med en ny type hybridlinse for å oppnå en total systemoppløsning på 55 PPD – nærmer seg netthinneoppløsningen (vanligvis ansett for å være rundt 60 PPD, som er tilstrekkelig til å skildre 20/20-linjen på et øyediagram) og potensielt baner veien til en ny industristandard. Mens Butterscotch er en forskningsprototype med en teknisk konfigurasjon som kanskje ikke blir et fremtidig produkt, utvikler vi skjermer med høy tetthet og optiske systemer med høy oppløsning i tandem for å oppnå netthinneoppløsning på produktveikartet vårt.

Skarphet

Mens PPD setter en grunnlinje for generell systemoppløsning, tar hensyn til komponentene i det optiske systemet, er det en annen avgjørende beregning som ikke får nok oppmerksomhet i dagens diskusjoner om visuell klarhet i VR: skarphet.

Målt med MTF, som kombinerer oppløsning og kontrast, bestemmer skarpheten hvor mye detaljer som kan reproduseres av et optisk system. Jo høyere MTF, desto finere bildedetalj. Fordi VR-skjermer ses gjennom og dermed forstørres av en linse, må teamet vårt optimalisere designet og fabrikasjonen av optikken vår for å unngå gjenstander forårsaket av linsen. Det er også viktig å erkjenne at med en flat 2D-skjerm som en TV, er skarpheten jevn. I VR er det ikke det – du har varierende grader av skarphet i midten og kanten av objektivet. Målet er altså å oppnå en høyere MTF både i sentrum og periferien.

På Meta Quest Pro er senterskarpheten 0.98 og kantskarphet 0.85*—en 25 % og 50 % forbedring i forhold til Meta Quest 2, henholdsvis.

Kontrast

Kontrastforholdet er forholdet mellom luminansen til den lyseste hvite og den mørkeste sorten som et optisk skjermsystem kan produsere. Jo høyere forhold, jo bedre kontrast.

For å maksimere kontrasten er Meta Quest Pros skjerm med høy pikseltetthet utstyrt med spesialisert lokal dimmeteknologi som kan kontrollere over 500 individuelle LED-blokker uavhengig. Dette resulterer i 75 % mer kontrast, noe som gir dypere svarte og en mye forbedret seeropplevelse.

I tillegg bruker Meta Quest Pros pannekakeoptikk en unik design av tre polarisasjonsfilmstabler – en på skjermen og en på hvert av de to linseelementene – for å minimere spøkelsesbilder, spesielt fra midtperiferien til kanten av FOV. Dette bidrar også til dens generelle forbedrede kontrast.

FARGE

Til slutt blir kvaliteten på fargen til et VR-hodesett målt ved fargespekter og fargenøyaktighet. Fargespekter er spekteret av farger innenfor et spektrum som kan reproduseres av det totale systemet. Fargenøyaktighet refererer til det visuelle systemets evne til å gjengi farger og nyanser etter hensikten. Sammen er de avgjørende for å gi en livaktig oppslukende opplevelse.

Meta Quest Pro har et bredt DCI-P3-fargespekter, som er 1.3 ganger så mye som Meta Quest 2. Vi har også utviklet avansert fargekalibreringsteknologi i Meta Quest Pro for å sikre fargenøyaktigheten og lysstyrkeforskjellen mellom to øyne. Med rike og levende farger er Meta Quest Pro i stand til å gi førsteklasses visuell klarhet over hele synsfeltet.

Forkorting av den optiske stabelen

Meta Quest Pro har en to-elements linse og 10+ lag med funksjonelle optiske filmer. Det originale konseptet ble utviklet av Reality Labs Research i løpet av omtrent to år, og det representerer en svært vellykket maskinvareteknologioverføring fra forskning til produkt i VR. Det var imidlertid mer arbeid som måtte gjøres for å designe pannekakelinser og polarisasjonsoptikk som ville fungere i produktet - en prosess som tok omtrent fire år, inkludert mer enn ett år der produkt- og forskningsteamene jobbet som et enkelt integrert team for å sikre en vellykket og effektiv overføring.

Mens forskningsteamene våre er i stand til å bygge tidsmaskiner – prototyper som viser hva som kan være mulig fem til 10 år eller mer inn i fremtiden, uten hensyn til begrensninger som kostnad, vekt og mer – må produktteamene våre levere et levedyktig design som kan produseres i stor skala. Langt fra hylleprodukter, designet produktteamet virkelig unike linser og polarisasjonsstabler. Mens pannekakelinser og polarisasjonsoptikk i seg selv ikke er noe nytt, utgjør deres applikasjon for VR unike utfordringer i produksjon i stor skala. Det var ingen produsent som laget delene, noe som krevde utrolig presis linse- og polarisasjonsfilm-fabrikasjon og integrasjon, så produktteamene våre måtte jobbe tett med industrien i løpet av årene for å skape forsyningskjeden fra bunnen av og forbedre deres tilstand. -kunstproduksjonsevner. Vi var blant de første til å jobbe med industripartnere i nivå 1 for å lage en forkortet optisk stabel og pannekakeoptikk som Meta Quest Pro - og vi gjorde det i stor skala.

Alt i alt har Meta for tiden 350+ patenter relatert til optiske teknologier, inkludert de som er fokusert på å minimere størrelsen og samtidig optimalisere visuell ytelse.

Legge til det hele

Når du kombinerer all denne innovasjonen og teknologien til én enkelt forbrukerenhet, får du et VR-headset med et visuelt system som gir skarpere tekst, klarere bilder, mer levende farger og en generelt mer komfortabel opplevelse – enten du leser e-post på skrivebordet ditt inn Senket ned, lage et fysikkspill i Figmin XR, eller kjempe mot monstre med venner i Demeus.

Det er en designutfordring for systemoptimalisering – som krever at produktteamene våre tar det visuelle VR-systemet som en helhet, i stedet for kun å fokusere på individuelle komponenter. På slutten av dagen er målet vårt å maksimere den helhetlige brukeropplevelsen. Det er kanskje ikke perfekt, men avveiningene vi har gjort er ment å bevare en best mulig visuell opplevelse. Og dette er bare begynnelsen. Ettersom vår Infinite Display-teknologi fortsetter å forbedre seg og vi er i stand til å kombinere Meta Quest Pros innovative pannekakelinser og polarisasjonsoptikk med skjermer med enda høyere oppløsning, bør vi se betydelige sprang i visuell kvalitet – målt ved PPD og utover.

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