Складання оптичної панелі: представлення Infinite Display + посібник із вимірювання візуальної якості у VR

Коли справа доходить до VR, бачити означає вірити. І звук, і тактильні відчуття відіграють важливу роль, але для більшості людей саме візуальні ефекти скріплюють угоду. А чудово відтворене низькополігональне мистецтво може бути таким же захоплюючим, як і гіперреалістичне середовище. Немає нічого схожого на те, щоб бути повністю зануреним у візуально приголомшливий віртуальний світ, незалежно від того, чи є він реалістичним, повністю абстрактним чи десь посередині.

Але VR все ще є технологією, що розвивається, і немає багато спільного розуміння того, що потрібно для створення цього візуального досвіду та складних технологій, які повинні об’єднатися, щоб отримати те, що ви бачите всередині гарнітури. У галузі також існує певна неузгодженість у тому, як сьогодні визначають візуальну якість у VR.

Розмірковуючи про якість зображення, багато людей застосовують ті ж принципи та стандарти, які ми традиційно використовуємо для 2D-дисплеїв, як-от мобільних телефонів і телевізорів. Але VR значно відрізняється від інших споживчих пристроїв. Замість того, щоб дивитися на великий екран на більшій відстані, користувачі VR дивляться на менший екран, набагато ближче до своїх очей і збільшений набором лінз у оптичній системі. Це як дивитися на телевізор крізь об’єктив камери — те, що ви побачите, визначається не лише роздільною здатністю екрана, а й оптичними властивостями об’єктива, наприклад збільшенням і різкістю.

Крім того, на відміну від телевізорів і мобільних телефонів, дисплей по суті слідує за вами, коли ви рухаєте головою, і оскільки він знаходиться дуже близько до ваших очей, які можуть дивитися у великому діапазоні, оптика повинна забезпечувати послідовну геометричну та оптичну характеристику в усіх кутах огляду, щоб забезпечують якісний візуальний досвід. Це вказує на дедалі важливішу роль, яку відіграватиме технологія стеження за очима, коли справа доходить до візуальної продуктивності та досвіду у VR у майбутньому.

Ми вважаємо, що індустрії необхідно узгодити показники продуктивності VR, які краще відображають повну картину. Замість того, щоб зосереджуватися лише на роздільній здатності дисплея, ми повинні розглянути, як дисплей і оптика працюють разом як система в гарнітурі VR. Візуальна чіткість у VR визначається низкою факторів, найважливішими з яких є системна роздільна здатність (вимірюється в пікселях на градус, або PPD), різкість (вимірюється функцією передачі модуляції об’єктива, або MTF), коефіцієнт контрастності та колір. . У цій публікації ми детальніше розглянемо всі чотири та те, як вони пов’язані з нещодавно представленим оптичним стеком Infinite Display від Meta Quest Pro.

Роздільна здатність системи

Спокусливо зосередитися виключно на роздільній здатності дисплея, коли ми думаємо про якість гарнітури VR, оскільки це показник, за яким ми зазвичай оцінюємо 2D-дисплеї. Але натомість ми повинні оцінити повну роздільну здатність оптичної системи, яка вимірюється в PPD — комбінованому показнику, який враховує взаємодію дисплея й оптики. Кутове вимірювання PPD вимірює кількість пікселів, упакованих у межах 1° від поля зору (FOV). Що вищий PPD, то краща системна роздільна здатність гарнітури VR.

Ми уважно придивляємось до PPD у розробці та виробництві наших VR-гарнітур, щоб забезпечити якісний досвід. А завдяки вищій щільності пікселів дисплея Meta Quest Pro та його подальшому збільшенню за допомогою оптики гарнітури, ми змогли підвищити загальну роздільну здатність системи для Meta Quest Pro (22 PPD) на 10% порівняно з Meta Quest 2 (20 PPD) . Незважаючи на те, що це не найвищий PPD серед усіх гарнітур віртуальної реальності на ринку сьогодні, це важлива віха у запуску високоякісних гарнітур з підтримкою віртуальної реальності та змішаної реальності.

І ми інвестуємо, щоб просунути це ще далі. Наша команда досліджень систем відображення в Reality Labs Research нещодавно оприлюднила його Прототип іриски, який обмежує поле зору приблизно вдвічі менше, ніж у Meta Quest 2, і використовує РК-панелі 3K із новим типом гібридних лінз для досягнення загальної роздільної здатності системи 55 PPD, що наближається до роздільної здатності сітківки ока (зазвичай вважається приблизно 60 PPD, що достатньо, щоб зобразити лінію 20/20 на очній діаграмі) і потенційно відкриває шлях до нового галузевого стандарту. Незважаючи на те, що Butterscotch є дослідницьким прототипом із технічною конфігурацією, яка може не стати майбутнім продуктом, ми разом розробляємо дисплеї високої щільності та оптичні системи високої роздільної здатності, щоб досягти роздільної здатності сітківки ока в нашій дорожній карті продукту.

Різкість

Хоча PPD встановлює базову лінію для загальної роздільної здатності системи, беручи до уваги компоненти оптичної системи, є ще один важливий показник, якому не приділяється достатньо уваги в сьогоднішніх дискусіях про візуальну чіткість VR: різкість.

Чіткість, виміряна методом MTF, який поєднує роздільну здатність і контрастність, визначає, скільки деталей може відтворити оптична система. Чим вищий MTF, тим дрібніші деталі зображення. Оскільки VR-дисплеї проглядаються крізь об’єктив і, таким чином, збільшуються, наша команда має оптимізувати дизайн і виготовлення нашої оптики, щоб уникнути артефактів, спричинених лінзами. Також важливо визнати, що на плоскому 2D-дисплеї, як у телевізорі, чіткість рівномірна. У VR це не так — ви маєте різні ступені різкості в центрі та по краях об’єктива. Таким чином, мета полягає в досягненні вищої MTF як у центрі, так і на периферії.

У Meta Quest Pro різкість по центру становить 0.98, а різкість по краях — 0.85* — це на 25% і 50% покращення порівняно з Meta Quest 2 відповідно.

Контрастність

Коефіцієнт контрастності — це співвідношення між яскравістю найяскравішого білого та найтемнішого чорного, яке може створити оптична система дисплея. Чим вищий коефіцієнт, тим кращий контраст.

Щоб максимізувати контраст, дисплей Meta Quest Pro з високою щільністю пікселів оснащений спеціальною технологією локального затемнення, яка може незалежно контролювати понад 500 окремих світлодіодних блоків. Це призводить до збільшення контрастності на 75%, забезпечуючи глибші чорні кольори та значно покращені враження від перегляду.

Крім того, млинцева оптика Meta Quest Pro використовує унікальну конструкцію з трьох стопок поляризаційних плівок — по одній на дисплеї та по одній на кожному з двох елементів лінзи — для мінімізації зображення-привида, особливо від середини периферії до краю поля зору. Це також сприяє покращенню загального контрасту.

Колір

Нарешті, якість кольору гарнітури VR вимірюється кольоровою гамою та точністю кольору. Колірна гамма — це діапазон кольорів у спектрі, який може відтворювати загальна система. Точність кольору означає здатність візуальної системи відтворювати кольори та відтінки за призначенням. Разом вони мають життєво важливе значення для забезпечення реалістичного захоплюючого досвіду.

Meta Quest Pro має широку колірну гамму DCI-P3, що в 1.3 рази більше, ніж у Meta Quest 2. Ми також розробили вдосконалену технологію калібрування кольорів у Meta Quest Pro, щоб забезпечити точність кольору та диспропорцію яскравості для двох очей. Завдяки насиченим і яскравим кольорам Meta Quest Pro здатний забезпечити першокласну візуальну чіткість у всьому полі зору.

Скорочення оптичного стека

Meta Quest Pro має двоелементну лінзу та понад 10 шарів функціональних оптичних плівок. Оригінальна концепція була розроблена Reality Labs Research протягом приблизно двох років, і вона являє собою дуже успішний перехід апаратних технологій від дослідження до продукту у VR. Однак потрібно було зробити більше, щоб розробити лінзи-млинцеві та поляризаційну оптику, які працюватимуть у продукті. Цей процес тривав приблизно чотири роки, у тому числі понад рік, протягом якого група продукту та дослідники працювали як єдина інтегрована команда, щоб забезпечити успішний і ефективний трансфер.

Незважаючи на те, що наші дослідницькі групи здатні створювати машини часу — прототипи, які показують, що може бути можливим через п’ять-десять або більше років у майбутньому, незважаючи на обмеження, як-от вартість, вага тощо, — наші команди з розробки продуктів повинні створити життєздатний дизайн, який зможе вироблятися в масштабі. Далеко від стандартних продуктів, команда продуктів розробила справді унікальні лінзи та поляризаційні комплекти. Хоча «млинцеві» лінзи та поляризаційна оптика самі по собі не є чимось новим, їх застосування для віртуальної реальності створює унікальні виклики для виробництва в масштабах. Не було жодного виробника, який виготовляв би деталі, що вимагало неймовірно точного виготовлення та інтеграції лінз і поляризаційної плівки, тому нашим командам із виробництва довелося протягом багатьох років тісно співпрацювати з галуззю, щоб створити ланцюжок постачання з нуля та вдосконалити свій стан. - можливості художнього виготовлення. Ми були одними з перших, хто працював з промисловими партнерами рівня 10, щоб створити скорочений оптичний стек і оптику типу Meta Quest Pro, і ми зробили це в масштабі.

Загалом Meta наразі володіє понад 350 патентами, пов’язаними з оптичними технологіями, у тому числі зосередженими на мінімізації розміру при оптимізації візуальних характеристик.

Додавання всього цього

Коли ви об’єднуєте всі ці інновації та технології в одному споживчому пристрої, ви отримуєте гарнітуру віртуальної реальності з візуальною системою, яка забезпечує чіткіший текст, чіткіші візуальні ефекти, яскравіші кольори та загалом більш комфортний досвід, незалежно від того, чи читаєте ви електронні листи на ваш стіл в Занурений, створюючи гру з фізики в Figmin XR, або боротися з монстрами з друзями в Демео.

Це завдання з оптимізації дизайну системи, яке вимагає від наших команд розробки візуальної системи віртуальної реальності в цілому, а не зосереджуватися лише на окремих компонентах. Зрештою, наша мета полягає в тому, щоб максимізувати цілісну взаємодію з користувачем. Це може бути не ідеальним, але компроміси, які ми зробили, спрямовані на збереження найкращого візуального досвіду. І це лише початок. Оскільки наша технологія Infinite Display продовжує вдосконалюватися, і ми можемо поєднати інноваційні лінзи Meta Quest Pro та поляризаційну оптику з дисплеями ще вищої роздільної здатності, ми маємо побачити значні стрибки у якості зображення — за вимірюванням PPD і не тільки.

*MTF тут вимірюється на рівні 5 lp/mm (пар ліній на міліметр).