Facebook Reality Labs, лаборатория по изучению технологий дополненной и виртуальной реальности Facebook, исследует новые оптические архитектуры для улучшения очков с точки зрения комфорта и качества изображения.
Осенью прошлого года на Oculus Connect 6 главный научный сотрудник FRL Майкл Абраш (Michael Abrash) представил прогрессивные решения по миниатюризации устройств виртуальной реальности — очки Half Dome 2 и 3, два прототипа с варифокальными дисплеями.
В этом году на виртуальной конференции SIGGRAPH компания решила представить ещё одну веху в исследованиях на этом пути: новую оптическую архитектуру, которая значительно более компактна и должна обеспечить улучшенные характеристики изображения.
В работе «Голографическая оптика для тонкой и лёгкой виртуальной реальности» («Holographic Optics for Thin and Lightweight Virtual Reality») исследователи Эндрю Маймон (Andrew Maimone) и Юнрен Вонг (Junren Wang) предлагают новый класс располагаемых у глаз дисплеев, которые сочетают преимущества голографической оптики и оптического отражения на основе поляризации. Такой подход, по словам учёных, можно использовать для разработки очков виртуальной реальности, по своим размерам близких к солнцезащитным. Оба метода помогают сохранить оптику как можно более тонкой, эффективно используя пространство.
Авторы продемонстрировали концепцию в лабораторном образце, в котором в качестве оптики используются только тонкие плоские плёнки для достижения толщины дисплея менее девяти миллиметров при поддержке поля зрения, сопоставимого с современными потребительскими ВР-продуктами. Работа также демонстрирует перспективу улучшения визуальных характеристик: гораздо более широкий цветовой охват при использовании лазерного освещения и весомый прогресс в увеличении разрешения до предела человеческого зрения.
Современные ВР-дисплеи имеют три основных компонента: источник света (например, светодиоды), дисплейная панель, которая увеличивает или уменьшает яркость света для формирования изображения (например, ЖК-панель), и оптический элемент, который фокусирует изображение достаточно далеко так, чтобы глаза зрителя могли видеть его (например, пластмассовая линза).
Первые два компонента можно уложить в тонкие плоские модули, а большая часть веса и объёма системы остаётся за оптикой. Её уменьшение, в свою очередь, потребовало объединения голографической оптики и оптического искажения на основе поляризации.
Большинство ВР-дисплеев имеют простую рефракционную оптику, состоящую из толстого изогнутого элемента, стеклянного или пластикового. В Facebook предлагают заменить этот громоздкий элемент голографической оптикой. Возможно, вы знакомы с голографическими изображениями. Одно из них, например, может быть на вашей банковской карте. Суть в том, что они выглядят трёхмерными.
Как и эти голографические изображения, голографическая оптика из статьи Facebook является фиксированным взаимодействием лазерного света с объектами, но в данном случае объект является линзой, а не трёхмерной сценой. Результатом стало резкое уменьшение толщины и веса: голографическая оптика отражает свет, как линза, но выглядит, как тонкая прозрачная наклейка.
Даже если сама линза стала тоньше, оптическая система в целом всё равно может быть большой, ведь между панелью дисплея и линзой должно быть достаточно места для правильной фокусировки изображения.
Обычно свет от панели дисплея распространяется к объективу, а затем проходит к глазу. Но если применять оптическое отражение на базе поляризации, можно управлять светом, чтобы перемещать его вперед и назад в линзе, так что пустое пространство может быть пройдено несколько раз, сжав необходимую часть корпуса до малой доли исходного объёма.
Применение голографической оптики к ВР-дисплею, говорят учёные, требует нового проектирования всех остальных оптических компонентов. Примечательно, что голографическая оптика вынуждает использовать лазерные источники света, которые сложнее интегрировать, но которые обеспечивают гораздо более богатый набор цветов, чем стандартные сегодня светодиоды.
Чтобы проиллюстрировать разницу, на рисунке ниже показана гамма цветов, видимых человеку.
Обычным набором цветов, воспроизводимым на многих дисплеях сегодня, является цветовое пространство sRGB (показано меньшим треугольником). Обратите внимание, что оно может захватывать только небольшую часть цветов, которые мы способны различить. Напротив, внешний треугольник представляет собой гораздо больший набор цветов, которые можно воспроизвести с помощью лазеров на одном из наших дисплеев-прототипов из исследования.
Ознакомиться с оригинальной работой вы можете в PDF.
Не пропускайте важнейшие новости о дополненной, смешанной и виртуальной реальности — подписывайтесь на Голографику в Telegram, ВК, Twitter и Facebook!
Далее: Intel ThinVR: линзовые массивы для тонких очков с обзором 180 градусов
