Układanie talii optycznej: wprowadzenie Infinite Display + wprowadzenie do pomiaru jakości wizualnej w rzeczywistości wirtualnej

Jeśli chodzi o VR, zobaczyć znaczy uwierzyć. Zarówno dźwięk, jak i wrażenia dotykowe odgrywają ważną rolę, ale dla większości ludzi to efekty wizualne przypieczętowują umowę. A pięknie wyrenderowana grafika low-poly może być równie zapierająca dech w piersiach, jak hiperrealistyczne środowisko. Nie ma nic lepszego niż całkowite zanurzenie się w oszałamiającym wizualnie wirtualnym świecie, niezależnie od tego, czy jest on przesiąknięty realizmem, całkowicie abstrakcyjny, czy gdzieś pomiędzy.

Jednak VR to wciąż rozwijająca się technologia i nie ma zbyt wielu wspólnych zrozumienia, co składa się na tworzenie tego wrażenia wizualnego i złożonych technologii, które muszą się połączyć, aby wytworzyć to, co widzisz w goglach. Istnieją również pewne niespójności w branży w sposobie definiowania jakości wizualnej w VR.

Myśląc o jakości wizualnej, wiele osób stosuje te same zasady i standardy, których tradycyjnie używamy do myślenia o wyświetlaczach 2D, takich jak telefony komórkowe i telewizory. Ale VR znacznie różni się od tych innych urządzeń konsumenckich. Zamiast patrzeć na duży ekran z większej odległości, użytkownicy VR patrzą na mniejszy ekran, znacznie bliżej ich oczu i powiększony przez zestaw soczewek w stosie optycznym. To jak patrzenie na telewizor przez obiektyw aparatu — to, co zobaczysz, zależy nie tylko od rozdzielczości ekranu, ale także od właściwości optycznych obiektywu, takich jak powiększenie i ostrość.

Również w przeciwieństwie do telewizorów i telefonów komórkowych, wyświetlacz zasadniczo podąża za tobą, gdy poruszasz głową - a ponieważ znajduje się tak blisko twoich oczu, które mogą patrzeć w dużym zakresie, optyka musi zapewniać spójną wydajność geometryczną i optyczną w tych kątach widzenia, aby zapewnić wysokiej jakości wrażenia wizualne. Wskazuje to na coraz ważniejszą rolę, jaką technologia śledzenia wzroku będzie odgrywać, jeśli chodzi o wydajność wizualną i wrażenia w VR w przyszłości.

Uważamy, że branża musi dostosować się do wskaźników wydajności specyficznych dla VR, które lepiej pokazują pełny obraz. Zamiast skupiać się wyłącznie na rozdzielczości wyświetlacza, musimy zastanowić się, jak wyświetlacz i optyka współpracują ze sobą jako system w goglach VR. Przejrzystość wizualna w rzeczywistości wirtualnej zależy od wielu czynników, z których najważniejsze to rozdzielczość systemu (mierzona w pikselach na stopień lub PPD), ostrość (mierzona funkcją przenoszenia modulacji obiektywu lub MTF), współczynnik kontrastu i kolor . W tym poście przyjrzymy się bliżej wszystkim czterem i ich powiązaniu z nowo wprowadzonym stosem optycznym Infinite Display firmy Meta Quest Pro.

Rozdzielczość systemu

Kuszące jest skupienie się wyłącznie na rozdzielczości wyświetlacza, gdy myślimy o jakości gogli VR, ponieważ jest to miara, według której zwykle oceniamy wyświetlacze 2D. Ale zamiast tego powinniśmy ocenić pełną rozdzielczość systemu optycznego, która jest mierzona w PPD — połączony wskaźnik uwzględniający współpracujące ze sobą wyświetlacz i optykę. Pomiar kątowy, PPD mierzy liczbę pikseli, które są upakowane w obrębie 1° pola widzenia (FOV). Im wyższy PPD, tym lepsza rozdzielczość systemu gogli VR.

Uważnie przyglądamy się PPD podczas projektowania i produkcji naszych gogli VR, aby zapewnić najwyższą jakość. A dzięki większej gęstości pikseli wyświetlacza Meta Quest Pro i późniejszemu powiększeniu przez układ optyczny zestawu słuchawkowego byliśmy w stanie zwiększyć ogólną rozdzielczość systemu Meta Quest Pro (22 PPD) o 10% w porównaniu z Meta Quest 2 (20 PPD) . Chociaż nie jest to najwyższy PPD spośród wszystkich zestawów słuchawkowych VR dostępnych obecnie na rynku, jest to ważny kamień milowy we wprowadzaniu na dużą skalę wysokiej jakości zestawów słuchawkowych obsługujących VR i rzeczywistość mieszaną.

I inwestujemy, aby posunąć to jeszcze dalej. Nasz zespół ds. badań nad systemami wyświetlania w firmie Reality Labs Research niedawno zaprezentował swoje rozwiązanie Prototyp toffi, który ogranicza pole widzenia do około połowy pola widzenia Meta Quest 2 i wykorzystuje panele LCD 3K z nowym typem soczewek hybrydowych, aby osiągnąć ogólną rozdzielczość systemu 55 PPD — zbliżoną do rozdzielczości siatkówki (ogólnie uważaną za około 60 PPD, co wystarczy do zobrazowania linii 20/20 na wykresie oka) i potencjalnie toruje drogę do nowego standardu branżowego. Podczas gdy Butterscotch jest prototypem badawczym z konfiguracją techniczną, która może nie znaleźć się w przyszłym produkcie, opracowujemy wyświetlacze o dużej gęstości i układy optyczne o wysokiej rozdzielczości w tandemie, aby osiągnąć rozdzielczość siatkówkową w naszej mapie drogowej produktu.

Ostrość

Podczas gdy PPD wyznacza punkt odniesienia dla ogólnej rozdzielczości systemu, biorąc pod uwagę komponenty systemu optycznego, istnieje jeszcze jeden kluczowy parametr, któremu nie poświęca się wystarczającej uwagi w dzisiejszych dyskusjach na temat klarowności wizualnej VR: ostrość.

Mierzona przez MTF, który łączy rozdzielczość i kontrast, ostrość określa, ile szczegółów może odtworzyć system optyczny. Im wyższy MTF, tym dokładniejsze szczegóły obrazu. Ponieważ wyświetlacze VR są oglądane przez soczewkę, a tym samym powiększane przez soczewkę, nasz zespół musi zoptymalizować projekt i wykonanie naszej optyki, aby uniknąć artefaktów powodowanych przez soczewkę. Należy również zauważyć, że w przypadku płaskiego wyświetlacza 2D, takiego jak telewizor, ostrość jest jednolita. W VR tak nie jest — masz różne stopnie ostrości na środku i na krawędzi obiektywu. Celem jest zatem osiągnięcie wyższego MTF zarówno w centrum, jak i na peryferiach.

W Meta Quest Pro ostrość środka wynosi 0.98, a ostrość krawędzi 0.85* — to odpowiednio 25% i 50% poprawa w porównaniu z Meta Quest 2.

Kontrast

Współczynnik kontrastu to stosunek luminancji najjaśniejszej bieli do najciemniejszej czerni, jaki może wytworzyć układ optyczny wyświetlacza. Im wyższy współczynnik, tym lepszy kontrast.

Aby zmaksymalizować kontrast, wyświetlacz Meta Quest Pro o dużej gęstości pikseli jest wyposażony w wyspecjalizowaną technologię lokalnego przyciemniania, która może niezależnie sterować ponad 500 pojedynczymi blokami diod LED. Powoduje to o 75% większy kontrast, zapewniając głębszą czerń i znacznie lepsze wrażenia podczas oglądania.

Ponadto optyka naleśnikowa Meta Quest Pro wykorzystuje unikalną konstrukcję trzech stosów folii polaryzacyjnych — po jednej na wyświetlaczu i po jednej na każdym z dwóch elementów obiektywu — w celu zminimalizowania obrazów duchów, zwłaszcza od środka peryferii do krawędzi pola widzenia. Przyczynia się to również do ogólnej poprawy kontrastu.

Kolor

Wreszcie, jakość kolorów gogli VR jest mierzona za pomocą gamy kolorów i dokładności kolorów. Gama kolorów to zakres kolorów w widmie, który może zostać odtworzony przez cały system. Dokładność kolorów odnosi się do zdolności systemu wizualnego do odtwarzania kolorów i odcieni zgodnie z zamierzeniami. Razem są one niezbędne, aby zapewnić realistyczne, wciągające wrażenia.

Meta Quest Pro ma szeroką gamę kolorów DCI-P3, która jest 1.3 razy większa niż Meta Quest 2. Opracowaliśmy również zaawansowaną technologię kalibracji kolorów w Meta Quest Pro, aby zapewnić dokładność kolorów i różnice w jasności dla dwojga oczu. Dzięki bogatym i żywym kolorom Meta Quest Pro jest w stanie zapewnić najwyższą przejrzystość wizualną w całym polu widzenia.

Skrócenie stosu optycznego

Meta Quest Pro zawiera dwuelementową soczewkę i ponad 10 warstw funkcjonalnych folii optycznych. Oryginalna koncepcja została opracowana przez Reality Labs Research w ciągu około dwóch lat i stanowi bardzo udany transfer technologii sprzętowej z badań do produktu w VR. Trzeba było jednak wykonać więcej pracy, aby zaprojektować soczewki naleśnikowe i optykę polaryzacyjną, które będą działać w produkcie — proces ten trwał około czterech lat, w tym ponad rok, podczas którego zespoły produktowe i badawcze pracowały jako jeden zintegrowany zespół, aby zapewnić udany i sprawny transfer.

Podczas gdy nasze zespoły badawcze są w stanie budować maszyny czasowe - prototypy, które pokazują, co może być możliwe pięć do 10 lat lub więcej w przyszłości, bez względu na ograniczenia takie jak koszty, waga i wiele innych - nasze zespoły produktów muszą dostarczyć opłacalny projekt, który może być realnym projektem, który może być produkowane na skalę. Daleki od gotowych produktów, zespół produktowy zaprojektował naprawdę wyjątkowe soczewki i zestawy polaryzacyjne. Podczas gdy soczewki naleśnikowe i optyka polaryzacyjna same w sobie nie są niczym nowym, ich zastosowanie w VR stwarza wyjątkowe wyzwania w produkcji na dużą skalę. Żaden producent nie wyprodukował części, co wymagało niewiarygodnie precyzyjnej produkcji i integracji soczewek i folii polaryzacyjnych, więc nasze zespoły produktowe musiały przez lata ściśle współpracować z przemysłem, aby stworzyć od podstaw łańcuch dostaw i udoskonalić swój stan - możliwości wytwórcze sztuki. Byliśmy jednymi z pierwszych, którzy współpracowali z partnerami przemysłowymi poziomu 1, aby stworzyć skrócony stos optyczny i optykę naleśnikową, taką jak Meta Quest Pro — i zrobiliśmy to na dużą skalę.

Ogólnie rzecz biorąc, Meta posiada obecnie ponad 350 patentów związanych z technologiami optycznymi, w tym dotyczącymi minimalizacji rozmiaru przy jednoczesnej optymalizacji wydajności wizualnej.

Dodawanie wszystkiego do góry

Łącząc wszystkie te innowacje i technologie w jednym urządzeniu konsumenckim, otrzymujesz zestaw słuchawkowy VR z systemem wizualnym, który zapewnia ostrzejszy tekst, wyraźniejszy obraz, żywsze kolory i ogólnie wygodniejsze wrażenia — niezależnie od tego, czy czytasz e-maile w twoje biurko Zanurzony, tworząc grę z fizyką w Figmin XRlub walczyć z potworami ze znajomymi Demo.

Jest to wyzwanie projektowe związane z optymalizacją systemu — wymagające od naszych zespołów produktowych potraktowania systemu wizualnego VR jako całości, zamiast skupiania się wyłącznie na poszczególnych komponentach. Ostatecznie naszym celem jest maksymalizacja całościowego doświadczenia użytkownika. To może nie być idealne, ale kompromisy, których dokonaliśmy, mają na celu zachowanie jak najlepszych wrażeń wizualnych. A to dopiero początek. Ponieważ nasza technologia Infinite Display jest wciąż ulepszana i jesteśmy w stanie łączyć innowacyjne soczewki naleśnikowe i optykę polaryzacyjną Meta Quest Pro z wyświetlaczami o jeszcze wyższej rozdzielczości, powinniśmy zobaczyć znaczące skoki w jakości obrazu — mierzonej przez PPD i nie tylko.

* MTF jest tutaj mierzony przy 5 lp/mm (par linii na milimetr).