NVIDIA показала ультратонкую голографическую оптику для очков виртуальной реальности

Группа исследователей из NVIDIA Research и Стэнфорда опубликовала статью-отчёт о паре разработанных ими компактных очков виртуальной реальности. Их голографическая дисплейная система может показывать объёмные изображения, которые по свойствам для нашего зрительного аппарата соответствуют реальным и решают проблему вергенции-аккомодации. Исследователи утверждают, что легко могут достичь диагонального поля зрения в 120°.

За последние годы ВР-очки не слишком уменьшились. Это связано с оптическими ограничениями, которые не позволяют делать оптоэлектронную систему компактнее без падения качества изображения. В большинстве очков на один глаз работают один дисплей и одна линза. Чтобы сфокусировать свет от дисплея в ваш глаз, линза должна находиться на определённом расстоянии от дисплея. Чуть ближе — и изображение окажется расфокусированным. Над решением проблемы по всему миру бьются сотни междисциплинарных групп, поскольку оно открывает перспективы далеко за пределами рынка виара.

Команда NVIDIA-Stanford представила свою версию. В статье «Голографические очки для виртуальной реальности» («Holographic Glasses for Virtual Reality»), опубликованной в преддверии конференции SIGGRAPH 2022, авторы рассказывают о создании голографического дисплея с использованием модулятора пространственного света с волноводом, а не с традиционной линзой. В документе исследуются взаимосвязанные параметры, влияющие на ключевые факторы отображения информации, такие как поле зрения, айбокс и вынос выходного зрачка. Кроме этого инженеры рассуждают об оптимальных алгоритмах рендеринга для наилучшего визуального качества.

Исследователи создали большую настольную модель системы, чтобы продемонстрировать основные методы и экспериментировать с алгоритмами рендеринга, а затем и компактную модель для доказательства актуальности разработки в форм-факторе очков. Стоит отметить, что последнее устройство не подразумевает интегрированных схем управления, питания и так далее, поскольку они выходят за рамки исследования.

Возможно, вы помните, что в 2020 году Meta* Reality Labs опубликовала собственную работу о ВР-очках подобного размера. В них также шла речь о голографии, но там она применялась для создания линз. Это не голографический дисплей, там не решена проблема вергенции-аккомодации.

Новая работа сосредоточена именно вокруг голографического дисплея, который стал возможным благодаря использованию модулятора пространственного света, уникального преимущества данного подхода. Тем не менее, авторы уточняют, что могут показывать плоские изображения в простой стереоскопии.

Толщина всей оптической системы составляет впечатляющие 2,5 миллиметра, тогда как у Reality Labs она уложилась в 9 миллиметров. Но научный подход требует указывать недостатки. У проекта NVIDIA и Стэнфорда они тоже есть.

Во-первых, портативная система имеет крошечное поле зрения по диагонали 22,8° с таким же крошечным айбоксом 2,3 мм. Это непригодно для очков виртуальной реальности. В своё оправдание исследователи пишут, что ограниченное поле зрения во многом связано с экспериментальной комбинацией новых компонентов, которые не оптимизированы друг под друга.

Работа над этим может резко улучшить результаты. Например, «фокусное расстояние можно уменьшить вдвое без значительного увеличения общей толщины путём установки двух одинаковых геометрических фазовых линз и кругового поляризатора». С двухдюймовым модулятором пространственного света и геометрической фазовой линзой с фокусным расстоянием 15 миллиметров удалось добиться монокулярного поля зрения в 120°. Что касается айбокса, предлагается простой простой способ его расширения до 8 миллиметров через динамическую работу трекинга глаз.

В системе также отмечены переменные, которые можно настроить для изменения ключевых качеств изображения. Исследователи установили взаимосвязь между ними, дав представление о том, каких компромиссов необходимо достичь для различных результатов. Так, размер айбокса напрямую связан с шагом пикселя (расстоянием между пикселями) модулятора света, а поле зрения связано с общим размером модулятора света.

С оригинальной статьёй вы можете познакомиться здесь.

*В РФ признана экстремистской

Не пропускайте важнейшие новости о дополненной и виртуальной реальности — подписывайтесь на Голографику в Telegram, ВК и Twitter!

Далее: Meta* встроила в очки отдельный нейропроцессор для аватаров