Empilhando o Deck Óptico: Apresentando a Exibição Infinita + uma Cartilha sobre a Medição da Qualidade Visual em VR

Quando se trata de VR, ver para crer. O som e a sensação ao toque desempenham um papel importante, mas para a maioria das pessoas, é o visual que fecha o negócio. E arte low-poly lindamente renderizada pode ser tão impressionante quanto um ambiente hiper-realista. Não há nada como estar totalmente envolvido em um mundo virtual visualmente deslumbrante, independentemente de ser impregnado de realismo, completamente abstraído ou algo intermediário.

Mas a RV ainda é uma tecnologia emergente e não há muito entendimento compartilhado sobre o que é necessário para criar essa experiência visual e as tecnologias complexas que devem ser unidas para produzir o que você vê dentro do fone de ouvido. Há também alguma inconsistência em toda a indústria na forma como a qualidade visual em VR está sendo definida hoje.

Ao pensar em qualidade visual, muitas pessoas aplicam os mesmos princípios e padrões que tradicionalmente usamos para pensar em telas 2D, como telefones celulares e TVs. Mas a VR é muito diferente desses outros dispositivos de consumo. Em vez de olhar para uma tela grande a uma distância maior, os usuários de VR olham para uma tela menor, muito mais próxima de seus olhos e ampliada por um conjunto de lentes dentro de uma pilha óptica. É como olhar para uma TV através da lente de uma câmera: o que você verá não é determinado apenas pela resolução da tela, mas também pelas propriedades ópticas da lente, como ampliação e nitidez.

Também ao contrário das TVs e dos telemóveis, o ecrã segue-o essencialmente à medida que move a cabeça - e como está tão perto dos seus olhos, que podem olhar através de uma grande distância, a óptica deve fornecer um desempenho geométrico e óptico consistente através desses ângulos de visão para fornecer uma experiência visual de qualidade. Isto aponta para o papel cada vez mais importante que a tecnologia de rastreamento ocular desempenhará no futuro quando se trata de desempenho visual e experiência em VR.

Acreditamos que a indústria precisa se alinhar com métricas de desempenho específicas de VR que mostrem melhor o quadro completo. Em vez de focar apenas na resolução da tela, devemos considerar como a tela e a óptica funcionam juntas como um sistema em um headset VR. A clareza visual em VR é determinada por uma série de fatores, os mais importantes dos quais são a resolução do sistema (medida em pixels por grau, ou PPD), nitidez (medida pela função de transferência de modulação de uma lente, ou MTF), taxa de contraste e cor . Nesta postagem, daremos uma olhada mais de perto em todos os quatro e como eles se relacionam com a recém-introduzida pilha óptica Infinite Display do Meta Quest Pro.

Resolução do sistema

É tentador focar apenas na resolução da tela quando pensamos na qualidade dos fones de ouvido VR, já que essa é a métrica pela qual tendemos a julgar as telas 2D. Mas, em vez disso, deveríamos avaliar a resolução completa do sistema óptico, que é medida em PPD – uma métrica combinada que leva em consideração o funcionamento conjunto da tela e da óptica. Uma medida angular, o PPD mede o número de pixels compactados dentro de 1° do campo de visão (FOV). Quanto maior o PPD, melhor será a resolução do sistema do headset VR.

Observamos atentamente o PPD no design e na fabricação de nossos headsets VR para garantir uma experiência de qualidade. E graças à maior densidade de pixels da tela do Meta Quest Pro e sua subsequente ampliação pela ótica panqueca do fone de ouvido, conseguimos aumentar a resolução geral do sistema para Meta Quest Pro (22 PPD) em 10% em comparação com Meta Quest 2 (20 PPD) . Embora não seja o PPD mais alto de qualquer fone de ouvido VR no mercado atualmente, este é um marco importante no lançamento de VR de alta qualidade e fones de ouvido habilitados para realidade mista em grande escala.

E estamos investindo para levar isso ainda mais longe. Nossa equipe de pesquisa de sistemas de exibição da Reality Labs Research revelou recentemente seu Protótipo de caramelo, que limita o campo de visão a cerca de metade do Meta Quest 2 e usa painéis LCD 3K com um novo tipo de lente híbrida para atingir uma resolução geral do sistema de 55 PPD - aproximando-se da resolução retinal (geralmente considerada em torno de 60 PPD, que é suficiente para representar a linha 20/20 em um gráfico ocular) e potencialmente pavimentar o caminho para um novo padrão da indústria. Embora o Butterscotch seja um protótipo de pesquisa com uma configuração técnica que pode não ser transformada em um produto futuro, estamos desenvolvendo telas de alta densidade e sistemas ópticos de alta resolução em conjunto para alcançar a resolução retinal em nosso roteiro de produtos.

Afiação

Embora o PPD estabeleça uma linha de base para a resolução geral do sistema, levando em consideração os componentes do sistema óptico, há outra métrica crucial que não recebe atenção suficiente nas discussões atuais sobre clareza visual de VR: nitidez.

Medida pelo MTF, que combina resolução e contraste, a nitidez determina quantos detalhes podem ser reproduzidos por um sistema óptico. Quanto maior o MTF, mais preciso será o detalhe da imagem. Como os monitores VR são visualizados e, portanto, ampliados por uma lente, nossa equipe deve otimizar o design e a fabricação de nossa ótica para evitar artefatos causados ​​pelas lentes. Também é importante reconhecer que, com uma tela 2D plana como uma TV, a nitidez é uniforme. Em VR, não é – você tem vários graus de nitidez no centro e na borda da lente. O objectivo, então, é alcançar um MTF mais elevado tanto no centro como na periferia.

No Meta Quest Pro, a nitidez central é de 0.98 e a nitidez das bordas é de 0.85* – uma melhoria de 25% e 50% em relação ao Meta Quest 2, respectivamente.

Contraste

A taxa de contraste é a relação entre a luminância do branco mais brilhante e do preto mais escuro que um sistema óptico de exibição pode produzir. Quanto maior a proporção, melhor será o contraste.

Para maximizar o contraste, a tela de alta densidade de pixels do Meta Quest Pro é equipada com tecnologia especializada de dimerização local que pode controlar mais de 500 blocos de LED individuais de forma independente. Isso resulta em 75% mais contraste, proporcionando pretos mais profundos e uma experiência de visualização muito aprimorada.

Além disso, a óptica panqueca do Meta Quest Pro usa um design exclusivo de três pilhas de filmes de polarização – uma na tela e uma em cada um dos dois elementos da lente – para minimizar imagens fantasmas, especialmente da periferia média até a borda do FOV. Isso também contribui para o contraste geral melhorado.

Cor

Finalmente, a qualidade da cor de um fone de ouvido VR é medida pela gama e precisão das cores. A gama de cores é a gama de cores dentro de um espectro que pode ser reproduzida pelo sistema geral. A precisão das cores refere-se à capacidade do sistema visual de reproduzir cores e tonalidades conforme pretendido. Juntos, eles são vitais para fornecer uma experiência imersiva e realista.

O Meta Quest Pro possui uma ampla gama de cores DCI-P3, que é 1.3 vezes maior que a do Meta Quest 2. Também desenvolvemos tecnologia avançada de calibração de cores no Meta Quest Pro para garantir a precisão das cores e a disparidade de brilho entre os dois olhos. Com cores ricas e vibrantes, o Meta Quest Pro é capaz de fornecer clareza visual premium em todo o campo de visão.

Encurtando a pilha óptica

Meta Quest Pro possui uma lente de dois elementos e mais de 10 camadas de filmes ópticos funcionais. O conceito original foi desenvolvido pela Reality Labs Research ao longo de cerca de dois anos e representa uma transferência de tecnologia de hardware altamente bem-sucedida da pesquisa para o produto em VR. No entanto, havia mais trabalho a ser feito para projetar lentes tipo panqueca e óptica de polarização que funcionassem no produto – um processo que levou cerca de quatro anos, incluindo mais de um ano durante o qual as equipes de produto e pesquisa trabalharam como uma única equipe integrada para garantir uma transferência bem-sucedida e eficiente.

Enquanto nossas equipes de pesquisa são capazes de construir máquinas do tempo - protótipos que mostram o que pode ser possível daqui a 10 a 1 anos ou mais no futuro, sem levar em consideração restrições como custo, peso e muito mais - nossas equipes de produto devem fornecer um projeto viável que possa ser produzido em escala. Longe dos produtos de prateleira, a equipe de produto projetou lentes verdadeiramente únicas e pilhas de polarização. Embora as lentes de panqueca e a ótica de polarização não sejam nada de novo, sua aplicação para VR apresenta desafios únicos na produção em escala. Não havia nenhum fabricante que fabricasse as peças, o que exigia fabricação e integração incrivelmente precisas de lentes e filmes de polarização, então nossas equipes de produtos tiveram que trabalhar em estreita colaboração com a indústria ao longo dos anos para criar a cadeia de suprimentos do zero e aprimorar seu estado de -capacidades de fabricação de arte. Estávamos entre os primeiros a trabalhar com parceiros industriais de nível XNUMX para criar uma pilha ótica reduzida e ótica de panqueca como a do Meta Quest Pro – e fizemos isso em escala.

Ao todo, a Meta detém atualmente mais de 350 patentes relacionadas a tecnologias ópticas, incluindo aquelas focadas na minimização do tamanho e ao mesmo tempo na otimização do desempenho visual.

Adicionando tudo

Ao combinar toda essa inovação e tecnologia em um único dispositivo de consumo, você obtém um headset VR com um sistema visual que permite textos mais nítidos, visuais mais claros, cores mais vibrantes e uma experiência geral mais confortável, seja lendo e-mails em sua mesa em Imerso, criando um jogo de física em Figmin XRou lutando contra monstros com amigos em Demo.

É um desafio de design de otimização de sistema – exigir que nossas equipes de produto considerem o sistema visual de VR como um todo, em vez de focar apenas em componentes individuais. No final das contas, nosso objetivo é maximizar a experiência holística do usuário. Pode não ser perfeito, mas as compensações que fizemos visam preservar a melhor experiência visual possível. E isto é apenas o começo. À medida que nossa tecnologia de exibição infinita continua a melhorar e somos capazes de combinar as inovadoras lentes panqueca e óptica de polarização do Meta Quest Pro com telas de resolução ainda mais alta, devemos ver saltos significativos na qualidade visual - conforme medido pelo PPD e além.

*MTF aqui é medido a 5 lp/mm (pares de linhas por milímetro).