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新的3D光学机构设计让你的眼睛不再疲劳 | VR2048

时间: 2017-06-23阅读:

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图片来源:伊利诺伊大学香槟分校的Liang Gao


新显示器使用光学映射技术创建3D图像。

 

新型OLED屏幕分成四个子面板,每个面板都可以创建2D图像,同时空间复用单元(SMU)将这些子面板图像被转移到不同的景深中,但是中心部位都是相互对齐的。每个图像看起来具有不同的深浅景深效果。


对于能显示计算机模拟世界的VR头显和将计算机生成元素与现实世界交叠的AR眼镜,人们一直对其有着浓厚的兴趣。虽然AR和VR设备开始进入市场,但它们仍然还是新鲜事物,主要是因为长时间使用的话,眼睛疲劳会让用户产生不适感。而这种新型3D显示屏可以大大提高这些可穿戴设备的观看舒适度,从而解决这一长期存在的问题。

 

来自伊利诺伊大学香槟分校的Liang Gao表示:“我们希望用这种新型3D显示屏来取代现有AR和VR设备所使用的光学显示模块,以此来消除眼部疲劳的问题。我们的方法可以帮助研发出全新一代的3D显示器,并且能够集成到任何类型的AR或VR眼镜和头显设备中。”

 

Gao和Wei Cui在光学学会(OSA)杂志《光学通讯》上报道了他们的新型3D显示器。 这种新型显示模块的尺寸只有1×2英寸,但是却能产生与现实世界相同的不同深浅景深效果,从而提高观看舒适度。

 

克服眼睛疲劳


如今的VR头显和AR眼镜呈现的是两张2D图像,然后让用户大脑产生将图像组合成3D场景的印象。这种类型的立体显示会导致一种鲜为人知的神经科学效应,学名叫做视觉辐辏调节冲突(vergence-accommodation conflict)。用户长时间佩戴虚拟现实头显设备之后,会有一些眼部疲劳及不适的感觉。

 

新的显示器使用一种名为“光学映射”的方法呈现3D图像。它可以通过数字显示屏子面板的形式来实现这一功能。每个面板都可以创建2D图像,同时这些子面板图像被转移到不同的景深中,但是中心部位都是相互对齐的。而这种新型显示装置的结果就是,当用户看到这些图像的时候,就会呈现出不同景深的效果。而研究人员还创建了一种特别的算法,即将边缘融合到一起,让不同的景深以连续的状态呈现,这时就会形成一个3D图像。


这种新型系统的关键部件是空间复用装置,它能将子面板图像轴向传送到指定的深度,同时横向地将子面板图像的中心传动到视轴。在当前的设置中,空间复用装置由空间光调制器组成,可以根据研究人员开发的特定算法修改光。

 

虽然这种方法可以与任何现代显示技术配合使用,但研究人员使用有机发光二极管(OLED)显示器,这是用于商业电视和移动设备的最新显示技术之一。OLED显示器提供的极高分辨率确保每个子面板都具备足够的像素以创建清晰的图像。

 

Gao表示:“之前有不少人已经尝试用与我们类似的方法来创建不同景深的图形,但是都没有同时进行,这些图像的焦点很快就发生了改变。但是这种方法在动态范围或者对比度方面还是要付出一些代价,因为每个图像的持续时间都非常短。”

 

创建景深提示

 

研究人员使用该技术显示停车场的复杂场景,并将相机放置在目镜前面,以记录人眼看到的内容,从而测试该设备。他们发现,摄像机焦点定在了远处的汽车,而前景偏离焦点。同样的,相机可能定焦在较近的汽车上,而背景显示却很模糊。这个测试证实,新的显示器能产生深度感知焦点提示,就像人类感知场景中的深度一样。这个演示是用黑白色进行的,但是研究人员说,降低横向分辨率,该技术也可以用于产生彩色图像。

 

Gao说,研究人员正在努力进一步减少整个系统的大小、重量和功耗。“未来,我们要用诸如体积全息光栅的另一种光学部件代替空间光调制器。除了尺寸会更小点,这些光栅不会主动消耗电力,这可以使我们的设备更加紧凑,可以适用于用于VR头显或AR眼镜。


虽然研究人员目前没有任何商业伙伴,但是他们正在与公司进行讨论新显示器集成到未来的AR和VR产品中的可操作性。


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