Сегодня Facebook опубликовал новое исследование, которое, по словам компании, показывает «самый тонкий виртуальный дисплей, продемонстрированный на сегодняшний день», в гарнитуре, основанной на складной голографической оптике.
Facebook Reality Labs, отдел исследований и разработок компании AR / VR, сегодня опубликовал новое исследование, демонстрирующее подход, который сочетает в себе две ключевые особенности: оптические «складывающиеся» поляризационные и голографические линзы. В своей работе исследователи говорят, что они использовали эту технику для создания функционального VR-дисплея и объектива, толщина которых всего 9 мм. Результатом является гарнитура VR, которую можно назвать «очками виртуальной реальности».
У этого подхода есть и другие преимущества, помимо невероятно компактного размера: исследователи утверждают, что он также может поддерживать значительно более широкую цветовую гамму, чем современные VR-дисплеи, и что их дисплей делает успехи «в направлении увеличения разрешения до предела человеческого зрения».
Естественно задаться вопросом, почему даже самые последние гарнитуры виртуальной реальности так же громоздки, как гарнитуры первого поколения, выпущенные еще в 2016 году. Ответ прост: всему причиной оптика.
Каждая потребительская VR-гарнитура на рынке использует один и тот же оптический конвейер: макро-дисплей за простым объективом. Линза предназначена для фокусировки света от дисплея в глаза. Но для того, чтобы это произошло, объектив должен находиться в нескольких сантиметрах от дисплея, в противном случае у него недостаточно силы фокусировки, чтобы сфокусировать свет в глазу.
Именно необходимое расстояние между дисплеем и объективом является причиной того, что каждая гарнитура выглядит как коробка на лице пользователя. Этот подход все еще используется сегодня, потому что линзы и дисплеи имеют известные величины; они дешевы и просты, и хотя они громоздки, но всё же обеспечивают широкое поле зрения и высокое разрешение.
Было предложено много решений для уменьшения размеров гарнитур виртуальной реальности, и почти все они включают использование новых дисплеев и объективов.
Новое исследование от Facebook предлагает использовать как складную, так и голографическую оптику.
Что такое складная оптика? Это не совсем то, на что это похоже по названию, но как только вы поймете о чём речь, вам будет трудно придумать лучшее имя.
В то время как простые линзы в современных гарнитурах VR должны находиться на определенном расстоянии от дисплея, чтобы сфокусировать свет в вашем глазу, концепция складной оптики предлагает «складывать» это расстояние, чтобы свет по-прежнему проходил на том же расстоянии, необходимом для фокусировки, но его путь складывается в более компактную область.
Можно представить это как лист бумаги с произвольной шириной. Когда вы сгибаете бумагу пополам, сама бумага по-прежнему остается такой же ширины, как и вначале эксперимента, но ее ширина занимает меньше места, потому что вы сложили ее.
Но как же произвести подобный трюк это со светом? Поляризация является ключом ко всему.
Оказывается, лучи света имеют «ориентацию». Обычно ориентация световых лучей случайна, но вы можете использовать поляризатор, чтобы пропустить только свет определенной ориентации. Можно представить поляризатор как окошко для монет в торговом автомате: он будет принимать монеты только одной ориентации.
Используя поляризацию, можно отражать свет назад и вперед несколько раз по оптическому пути, прежде чем в конечном итоге направить его в глаз пользователя. Этот подход позволяет объективу и дисплею располагаться гораздо ближе друг к другу, что приводит к более компактной гарнитуре.
Но чтобы стать еще тоньше — чтобы уменьшить размер самих линз — исследователи Facebook обратились к голографической оптике.
Вместо того чтобы использовать серию типичных линз (наподобие тех, что встречаются в очках) в складной оптике, исследователи сформировали линзы в… голограммы.
В отличие от фотографии, которая представляет собой запись света в плоскости пространства в данный момент, голограмма представляет собой запись света в объеме пространства в данный момент.
Когда вы смотрите на фотографию, вы можете видеть только информацию о свете, содержащемся в захваченной плоскости. Когда вы смотрите на голограмму, вы можете смотреть вокруг голограммы, потому что информация о свете во всем объеме захватывается (также известное как световое поле).
Что если при съемке голограммы в сцене, на которой вы снимаете, был объектив? Оказывается, объектив, который вы видите на голограмме, будет вести себя так же, как объектив на сцене. Посмотрите на увеличительное стекло в сцене и посмотрите, как оно увеличивает остальную часть голограммы, даже если она является частью самой голограммы.
Это основная идея подхода Facebook к голографическим линзам. Исследователи эффективно «запечатлели» голограмму реальной линзы, объединив оптические свойства реальной линзы в голографическую пленку тонкой бумаги.
Таким образом, оптика, которую Facebook использует в этом дизайне, является буквально голограммой объектива.
Итак, мы узнали о складной оптике и узнали о голографических линзах. И теперь речь пойдёт о том, что можно назвать «складная голографическая оптика».
Цель этого подхода состоит в том, чтобы сделать виртуальные дисплеи по-настоящему масштабными. Даже на этом этапе проверки концепции исследователи уже продемонстрировали гарнитуру, оснащенную такими дисплеями, которые действительно можно было бы назвать «застекленными», даже более справедливыми, чем «защитные очки». И они говорят, что это достигает «разрешения и поля зрения современной VR-гарнитуры».
Важно отметить, что гарнитура на изображении не содержит важных компонентов, необходимых для реального продукта. Чтобы сосредоточиться непосредственно на центре своих исследований (оптике), они не учли вещи, которые обычно были бы внутри гарнитуры, такие как источник света (в данном случае лазер), электроника, камеры отслеживания и т. д. Исследователи «признают проблемы уменьшения размера при интеграции источников света в очки, так как современные лазерные модули имеют тенденцию быть больше, чем обычно используемые источники света».
Исследователи говорят, что в результате дальнейших исследований и разработок складная голографическая оптика могла бы стать практическим подходом к созданию компактных виртуальных гарнитур с широким полем обзора, очень большой цветовой гаммой и, возможно, даже разрешением сетчатки глаза.
Скорее всего, точно не в течение еще 10 ближайших лет. Хотя исследование демонстрирует некоторые действительно убедительные возможности, предстоит еще много работы, прежде чем эта технология покинет лаборатории.
Во-первых, им еще предстоит продемонстрировать полноценную версию своей работы в форм-факторе очков.
Другой проблемой является окуляр оптики (объем пространства, в котором ваш глаз может видеть изображение). Исследователи утверждают, что демонстрационная модель имела окуляр 8 мм, но для создания «практичной [стереоскопической] гарнитуры» потребуется не менее 10–12 мм».
Кроме того, исследователи отмечают, что, хотя технология, скорее всего, будет поддерживать разрешение сетчатки, все еще потребуется широкое распространение дисплеев с гораздо более высоким разрешением. Это и протокол калибровки должны быть разработаны для улучшения «геометрической однородности, однородности интенсивности, однородности цвета и выравнивания цвета».
И тут дело в том, чтобы встраивать остальные компоненты в такой маленький форм-фактор. Исследователи предполагают автономную гарнитуру в стиле Квеста со всем встроенным оборудованием для полного ощущения виртуальной реальности без привязи к ПК.
«Наши прототипы были моноскопическими и использовали внешние источники света и драйверы дисплея. По-настоящему портативный и практичный дисплей будет интегрировать пару дисплейных модулей, вычислительную платформу, батареи, позиционные трекеры и все внешние компоненты в оправу, похожую на солнцезащитные очки».
Так что пройдет некоторое время, прежде чем эта технология выберется из лаборатории, и это только в том случае, если к тому времени не будет найдено лучшее решение. Тем не менее, это очень интересное подтверждение концепции, в первую очередь из-за сочетания форм-фактора, разрешения, поля зрения и цветовой гаммы.
Если вас заинтересовала данная тема, ознакомьтесь с полной исследовательской работой под названием «Голографическая оптика для тонкой и легкой виртуальной реальности» .
