Xếp chồng sàn quang học: Giới thiệu Màn hình vô hạn + Sơ lược về đo chất lượng hình ảnh trong VR

Khi nói đến VR, nhìn thấy là tin tưởng. Âm thanh và xúc giác đều đóng một vai trò quan trọng, nhưng đối với hầu hết mọi người, hình ảnh mới là yếu tố quyết định. Và tác phẩm nghệ thuật low-poly được thể hiện đẹp mắt có thể ngoạn mục như một môi trường siêu thực. Không có gì giống như được bao bọc hoàn toàn trong một thế giới ảo có hình ảnh tuyệt đẹp, bất kể nó chìm đắm trong chủ nghĩa hiện thực, hoàn toàn trừu tượng hay đâu đó ở giữa.

Nhưng VR vẫn là một công nghệ mới nổi và không có nhiều hiểu biết chung về điều gì tạo nên trải nghiệm hình ảnh đó cũng như các công nghệ phức tạp phải kết hợp với nhau để tạo ra những gì bạn nhìn thấy bên trong tai nghe. Ngày nay cũng có một số điểm không nhất quán trong toàn ngành về cách xác định chất lượng hình ảnh trong VR.

Khi nghĩ về chất lượng hình ảnh, nhiều người áp dụng các nguyên tắc và tiêu chuẩn tương tự mà chúng ta thường sử dụng để nghĩ về màn hình 2D, như điện thoại di động và TV. Nhưng VR rất khác so với các thiết bị tiêu dùng khác. Thay vì nhìn vào một màn hình lớn ở khoảng cách xa hơn, người dùng VR đang nhìn vào một màn hình nhỏ hơn, gần mắt hơn nhiều và được phóng to bằng một bộ thấu kính trong một ngăn xếp quang học. Nó giống như nhìn TV qua ống kính máy ảnh—những gì bạn nhìn thấy không chỉ được xác định bởi độ phân giải của màn hình mà còn bởi các đặc tính quang học của ống kính, như độ phóng đại và độ sắc nét.

Cũng không giống như TV và điện thoại di động, về cơ bản, màn hình sẽ theo dõi bạn khi bạn di chuyển đầu—và vì nó rất gần với mắt bạn nên có thể nhìn qua một phạm vi rộng nên quang học phải cung cấp hiệu suất hình học và quang học nhất quán trên các góc nhìn đó để mang lại trải nghiệm hình ảnh chất lượng. Điều này cho thấy vai trò ngày càng quan trọng của công nghệ theo dõi mắt đối với hiệu suất hình ảnh và trải nghiệm trong VR trong tương lai.

Chúng tôi tin rằng ngành cần điều chỉnh các số liệu hiệu suất dành riêng cho VR để hiển thị bức tranh đầy đủ tốt hơn. Thay vì chỉ tập trung vào độ phân giải màn hình, chúng ta phải xem xét cách màn hình và quang học phối hợp với nhau như một hệ thống trong tai nghe VR. Độ rõ hình ảnh trong VR được xác định bởi một số yếu tố, trong đó quan trọng nhất là độ phân giải hệ thống (được đo bằng pixel trên mỗi độ hoặc PPD), độ sắc nét (được đo bằng chức năng truyền điều biến của ống kính hoặc MTF), tỷ lệ tương phản và màu sắc. . Trong bài đăng này, chúng ta sẽ xem xét kỹ hơn về cả bốn và mối liên hệ của chúng với ngăn xếp quang học Infinite Display mới được giới thiệu của Meta Quest Pro.

Độ phân giải hệ thống

Thật hấp dẫn khi chỉ tập trung vào độ phân giải màn hình khi nghĩ đến chất lượng tai nghe VR, vì đó là thước đo mà chúng ta có xu hướng đánh giá màn hình 2D. Nhưng thay vào đó, chúng ta nên đánh giá độ phân giải của toàn bộ hệ thống quang học, được đo bằng PPD—một thước đo kết hợp có tính đến màn hình và quang học hoạt động cùng nhau. Một phép đo góc, PPD đo số lượng pixel được đóng gói trong phạm vi 1° của trường nhìn (FOV). PPD càng cao thì độ phân giải hệ thống của tai nghe VR càng tốt.

Chúng tôi xem xét kỹ PPD trong quá trình thiết kế và sản xuất tai nghe VR để đảm bảo trải nghiệm chất lượng. Và nhờ mật độ điểm ảnh cao hơn trên màn hình của Meta Quest Pro và độ phóng đại tiếp theo của nó bằng quang học pancake của tai nghe, chúng tôi có thể tăng độ phân giải tổng thể của hệ thống cho Meta Quest Pro (22 PPD) lên 10% so với Meta Quest 2 (20 PPD) . Mặc dù đây không phải là PPD cao nhất so với bất kỳ tai nghe VR nào trên thị trường hiện nay, nhưng đây là một cột mốc quan trọng trong việc ra mắt tai nghe VR chất lượng cao và hỗ trợ thực tế hỗn hợp trên quy mô lớn.

Và chúng tôi đang đầu tư để đẩy mạnh điều này hơn nữa. Nhóm Nghiên cứu Hệ thống Hiển thị của chúng tôi tại Reality Labs Research gần đây đã tiết lộ Nguyên mẫu Butterscotch, giới hạn trường nhìn xuống còn khoảng một nửa so với Meta Quest 2 và sử dụng tấm nền LCD 3K với một loại thấu kính lai mới để đạt được độ phân giải tổng thể của hệ thống là 55 PPD—gần bằng độ phân giải võng mạc (thường được coi là khoảng 60 PPD, tức là khoảng 20 PPD). là đủ để mô tả đường 20/XNUMX trên biểu đồ mắt) và có khả năng mở đường cho một tiêu chuẩn ngành mới. Mặc dù Butterscotch là nguyên mẫu nghiên cứu có cấu hình kỹ thuật có thể không được đưa vào sản phẩm trong tương lai nhưng chúng tôi đang phát triển song song màn hình mật độ cao và hệ thống quang học có độ phân giải cao để đạt được độ phân giải retina trong lộ trình sản phẩm của mình.

Độ sắc nét

Mặc dù PPD đặt đường cơ sở cho độ phân giải tổng thể của hệ thống, có tính đến các thành phần của hệ thống quang học, nhưng có một số liệu quan trọng khác chưa được chú ý đầy đủ trong các cuộc thảo luận ngày nay về độ rõ nét của hình ảnh VR: độ sắc nét.

Được đo bằng MTF, kết hợp độ phân giải và độ tương phản, độ sắc nét xác định mức độ chi tiết có thể được tái tạo bằng hệ thống quang học. MTF càng cao thì chi tiết hình ảnh càng mịn. Vì màn hình VR được xem qua và do đó được phóng to bằng thấu kính nên nhóm của chúng tôi phải tối ưu hóa thiết kế và chế tạo quang học để tránh hiện tượng giả do thấu kính gây ra. Điều quan trọng cần phải thừa nhận là, với màn hình 2D phẳng như TV, độ sắc nét là đồng đều. Trong VR thì không như vậy—bạn có các mức độ sắc nét khác nhau ở trung tâm và cạnh của ống kính. Khi đó, mục tiêu là đạt được MTF cao hơn ở cả trung tâm và ngoại vi.

Trên Meta Quest Pro, độ sắc nét ở trung tâm là 0.98 và độ sắc nét ở cạnh là 0.85*—cải thiện lần lượt 25% và 50% so với Meta Quest 2.

Tương phản

Tỷ lệ tương phản là tỷ lệ giữa độ chói của màu trắng sáng nhất và màu đen tối nhất mà hệ thống quang học hiển thị có thể tạo ra. Tỷ lệ càng cao thì độ tương phản càng tốt.

Để tối đa hóa độ tương phản, màn hình mật độ điểm ảnh cao của Meta Quest Pro được trang bị công nghệ làm mờ cục bộ chuyên dụng có thể điều khiển độc lập hơn 500 khối đèn LED riêng lẻ. Điều này mang lại độ tương phản cao hơn 75%, mang lại màu đen sâu hơn và trải nghiệm xem nâng cao hơn nhiều.

Ngoài ra, hệ thống quang học pancake của Meta Quest Pro sử dụng thiết kế độc đáo gồm ba ngăn phim phân cực—một trên màn hình và một trên mỗi thành phần thấu kính—để giảm thiểu hình ảnh bóng ma, đặc biệt là từ vùng ngoại vi giữa đến rìa của FOV. Điều này cũng góp phần cải thiện độ tương phản tổng thể của nó.

Màu

Cuối cùng, chất lượng màu sắc của tai nghe VR được đo bằng gam màu và độ chính xác của màu. Gam màu là dải màu trong quang phổ có thể được tái tạo bởi hệ thống tổng thể. Độ chính xác của màu sắc đề cập đến khả năng của hệ thống thị giác trong việc tái tạo màu sắc và sắc thái như mong muốn. Cùng nhau, chúng rất quan trọng để mang lại trải nghiệm sống động như thật.

Meta Quest Pro có gam màu DCI-P3 rộng, gấp 1.3 lần so với Meta Quest 2. Chúng tôi cũng đã phát triển công nghệ hiệu chỉnh màu tiên tiến trong Meta Quest Pro để đảm bảo độ chính xác của màu sắc và độ chênh lệch độ sáng giữa hai mắt. Với màu sắc phong phú và rực rỡ, Meta Quest Pro có khả năng mang lại hình ảnh rõ nét cao cấp trên toàn bộ trường nhìn.

Rút ngắn ngăn xếp quang học

Meta Quest Pro có ống kính hai thành phần và hơn 10 lớp phim quang học chức năng. Ý tưởng ban đầu được Reality Labs Research phát triển trong khoảng hai năm và nó thể hiện sự chuyển giao công nghệ phần cứng rất thành công từ nghiên cứu sang sản phẩm trong VR. Tuy nhiên, còn nhiều việc phải làm để thiết kế thấu kính pancake và quang học phân cực có thể hoạt động trong sản phẩm—một quá trình mất khoảng bốn năm, bao gồm hơn một năm trong đó nhóm sản phẩm và nghiên cứu làm việc như một nhóm tích hợp duy nhất để đảm bảo chuyển giao thành công và hiệu quả.

Mặc dù các nhóm nghiên cứu của chúng tôi có thể chế tạo cỗ máy thời gian—các nguyên mẫu cho thấy những gì có thể xảy ra trong 10 đến 1 năm trở lên trong tương lai, bất kể các ràng buộc như chi phí, trọng lượng, v.v.—các nhóm sản phẩm của chúng tôi phải đưa ra một thiết kế khả thi có thể được sản xuất theo quy mô. Khác xa với các sản phẩm bán sẵn, nhóm sản phẩm đã thiết kế các ống kính và ngăn phân cực thực sự độc đáo. Mặc dù bản thân thấu kính pancake và quang học phân cực không có gì mới, nhưng ứng dụng của chúng cho VR đặt ra những thách thức độc đáo trong quá trình sản xuất trên quy mô lớn. Không có nhà sản xuất nào sản xuất các bộ phận, đòi hỏi phải chế tạo và tích hợp thấu kính và phim phân cực cực kỳ chính xác, vì vậy các nhóm sản phẩm của chúng tôi phải hợp tác chặt chẽ với ngành trong suốt nhiều năm để tạo ra chuỗi cung ứng từ đầu và nâng cao trạng thái của họ. - khả năng sản xuất nghệ thuật. Chúng tôi là một trong những người đầu tiên hợp tác với các đối tác công nghiệp cấp XNUMX để tạo ra một ống kính quang học và ống kính bánh kếp được rút ngắn giống như của Meta Quest Pro—và chúng tôi đã làm điều đó trên quy mô lớn.

Như đã nói, Meta hiện nắm giữ hơn 350 bằng sáng chế liên quan đến công nghệ quang học, bao gồm cả những bằng sáng chế tập trung vào việc giảm thiểu kích thước đồng thời tối ưu hóa hiệu suất hình ảnh.

Thêm tất cả lên

Khi bạn kết hợp tất cả cải tiến và công nghệ này vào một thiết bị tiêu dùng duy nhất, bạn sẽ có được tai nghe VR với hệ thống hình ảnh cho phép văn bản sắc nét hơn, hình ảnh rõ ràng hơn, màu sắc sống động hơn và trải nghiệm tổng thể thoải mái hơn—cho dù bạn đang đọc email tại bàn của bạn ở Đắm mình, tạo ra một trò chơi vật lý trong Hình ảnh XRhoặc chiến đấu với quái vật cùng bạn bè trong Demeo.

Đó là một thách thức trong thiết kế tối ưu hóa hệ thống—yêu cầu nhóm sản phẩm của chúng tôi phải sử dụng toàn bộ hệ thống hình ảnh VR thay vì chỉ tập trung vào các bộ phận riêng lẻ. Vào cuối ngày, mục tiêu của chúng tôi là tối đa hóa trải nghiệm người dùng toàn diện. Nó có thể không hoàn hảo nhưng những đánh đổi mà chúng tôi thực hiện nhằm duy trì trải nghiệm hình ảnh tốt nhất có thể. Và điều này chỉ là khởi đầu. Khi công nghệ Màn hình vô hạn của chúng tôi tiếp tục cải tiến và chúng tôi có thể kết hợp ống kính pancake cải tiến và quang học phân cực của Meta Quest Pro với màn hình có độ phân giải cao hơn nữa, chúng tôi sẽ thấy những bước nhảy vọt đáng kể về chất lượng hình ảnh—được đo bằng PPD và hơn thế nữa.

*MTF ở đây được đo ở mức 5 lp/mm (cặp đường trên milimet).