Oculus公司的VR和AR研發(fā)部門今天宣布推出一種新的顯示技術(shù)，并稱之為“焦面顯示”。該顯示技術(shù)旨在改善當(dāng)今VR頭顯面對的視軸調(diào)焦沖突問題。Oculus稱這項(xiàng)工作是“具有開創(chuàng)性意義的”。
Oculus研發(fā)部門發(fā)表了一篇論文，并將在今年7月的SIGGRAPH會議上介紹焦面顯示的研究。 Oculus發(fā)布的視頻(視頻標(biāo)題即為本文標(biāo)題)簡要說明了這一顯示技術(shù)的所實(shí)現(xiàn)的功能。隨附的一篇博客文章則提供了更多的細(xì)節(jié)。
焦面顯示模擬了我們的眼睛自然地聚焦在不同距離的對象的方式，而不是試圖添加越來越多的焦點(diǎn)領(lǐng)域以達(dá)到相同的視深。這種新方法改變了使用空間光調(diào)制器(SLM)以將頭顯的焦點(diǎn)繞過3D對象令光線進(jìn)入顯示器的方式，增加了深度并擴(kuò)大了同時(shí)所能呈現(xiàn)的空間數(shù)量。
所有這些都有助于改善VR圖像的清晰度和提供更自然的觀看體驗(yàn)。
通過將領(lǐng)先的硬件工程學(xué)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)成像、計(jì)算機(jī)視覺研究和 的算法結(jié)合以推動下一代VR的發(fā)展，該項(xiàng)目采用高度跨學(xué)科的方法，這是一種據(jù)我們所知從未嘗試過的方法。這一技術(shù)甚至可以讓佩戴矯正鏡片的人摘下眼鏡舒適地使用VR。
研究人員正在采用一種空間光調(diào)制器，其似乎能夠選擇性地彎曲光線以改變其對于選定區(qū)域圖像的焦點(diǎn)。
由Oculus研發(fā)部門的科學(xué)家Nathan Matsuda、Alexander Fix和Douglas Lanman撰寫的研究論文總結(jié)如下：
焦面顯示延續(xù)了變焦和多焦點(diǎn)的概念，進(jìn)一步將虛擬圖像自定義為嘲內(nèi)容。我們已經(jīng)證明，得益于密切相關(guān)的自適應(yīng)成像應(yīng)用數(shù)十年的研究，新興的相位調(diào)制SLM已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)這一理念。
我們展示了具有概念驗(yàn)證原型的高分辨率焦點(diǎn)堆疊復(fù)制品，并提出了解決聯(lián)合焦點(diǎn)面和彩色圖像分解問題的完整優(yōu)化框架。通過統(tǒng)一基于目標(biāo)的焦散、視網(wǎng)膜掃描顯示和其他焦點(diǎn)調(diào)節(jié)支持的HMD等概念，我們希望啟發(fā)其他研究人員利用可能解決HMD中的視軸調(diào)焦沖突的新興顯示技術(shù)。
管不是視軸調(diào)焦沖突問題的完美解決方案，Oculus正在將這一顯示技術(shù)作為現(xiàn)有的VR顯示技術(shù)到和具有理想的性能來處理視軸調(diào)焦沖突的顯示技術(shù)“中間環(huán)節(jié)”。
Oculus在他們的博客文章中寫道：“雖然我們距離得到最終面向消費(fèi)者的產(chǎn)品還有很長一段路要走，但這項(xiàng)新興技術(shù)為未來的研究開辟了一個(gè)令人興奮和有價(jià)值的新方向。我們將一直致力于發(fā)布有利于VR / AR行業(yè)整體發(fā)展的研究成果。”
所謂的“變焦”顯示器現(xiàn)在是一個(gè)熱門的研究課題，因?yàn)樗鼈兪筕R頭顯發(fā)出的光線更接近我們在現(xiàn)實(shí)世界中看到的光線，讓我們的眼睛更自然、更舒適地聚焦在虛擬嘲中。同樣的技術(shù)也可以用來消除在使用VR頭顯時(shí)對眼鏡的需求。
焦面顯示方法確實(shí)需要眼球追蹤技術(shù)，這本身并不是一個(gè)已經(jīng)解決了的問題。研究人員也很快承認(rèn)，該技術(shù)難以在廣泛的視場角下實(shí)現(xiàn);上文中可以看到他們評估了不同技術(shù)的特點(diǎn)，這些技術(shù)已被用來實(shí)現(xiàn)變焦顯示。
在現(xiàn)實(shí)世界中，要將聚焦在近處的物體上，眼睛的晶狀體會將來自該物體的光線聚焦到視網(wǎng)膜上，從而讓人可以清楚地看到該物體。對于距離較遠(yuǎn)的物體，光線以不同的角度行進(jìn)入眼睛，晶狀體也需要折射光線以確保其聚焦到視網(wǎng)膜上。
這就是為什么，如果我們閉上一只眼睛，并將焦點(diǎn)放在距人臉幾英寸的手指上時(shí)，手指后面的世界是模糊的。相反，如果聚焦于手指后面的世界，手指會變得模糊。這個(gè)過程叫做焦點(diǎn)調(diào)節(jié)(accommodation)。
然后是輻軸調(diào)節(jié)，這是當(dāng)兩只眼睛向內(nèi)旋轉(zhuǎn)以將每個(gè)眼睛的單獨(dú)視圖“收斂”成一個(gè)重疊的圖像時(shí)形成的。對于非常遙遠(yuǎn)的物體，兩只眼睛幾乎是平行的，因?yàn)樗鼈冎g的距離與距離物體的距離相比是如此之小(這意味著每只眼睛看到物體幾乎相同的部分)。
對于非常近的物體，眼睛必須向內(nèi)旋轉(zhuǎn)以收斂圖像。在上面的手指問題也說明了這一原理，在面前幾英寸的地方舉起手指，這一次用雙眼看著它。你會注意到這一次手指后面的物體是重影的。然后，當(dāng)看向手指后面的物體時(shí)，會看到手指的重影。
我們可以使用 的儀器通過視軸或調(diào)節(jié)來確切了解一個(gè)人所看到的某個(gè)物體的距離。但實(shí)際上，輻軸調(diào)節(jié)和焦點(diǎn)調(diào)節(jié)會自動地同時(shí)進(jìn)行。
而且他們不只是同時(shí)發(fā)生;在輻軸調(diào)節(jié)和焦點(diǎn)調(diào)節(jié)之間存在直接的相關(guān)性，因此對于任何給定的輻軸體調(diào)節(jié)程度，都有一個(gè)直接對應(yīng)的焦點(diǎn)調(diào)節(jié)水平(反之亦然)。在我們還是嬰兒時(shí)，我們的大腦和眼睛已經(jīng)形成肌肉記憶，無論何時(shí)看向何物，這兩件事情都會不需要任何思考地同時(shí)發(fā)生。
但是說到當(dāng)今大部分的AR和VR頭顯，由于光學(xué)設(shè)計(jì)的固有局限性，輻軸調(diào)節(jié)和焦點(diǎn)調(diào)節(jié)還不能同步。
在基本款的AR或VR頭顯中有一個(gè)顯示器(可以說在距離使用者的眼睛3英寸遠(yuǎn)的位置)，它生成了虛擬影像，而一個(gè)鏡頭將來自顯示器的光線聚焦到你的眼睛上(就像人眼的晶狀體通常會將來自外界的光線聚焦到視網(wǎng)膜上)。
但是，由于顯示屏距離使用者的眼睛的距離是靜止不變的，來自該顯示屏上顯示的所有對象的光線都來自相同的距離。所以即使是五英里遠(yuǎn)的虛擬山峰和五英寸遠(yuǎn)的桌子上的咖啡杯，兩個(gè)物體的光線都以相同的角度進(jìn)入眼睛(這意味著焦點(diǎn)調(diào)節(jié)——晶狀體的彎曲程度——從來沒有變化)。
這與頭顯中的輻軸調(diào)節(jié)發(fā)生了沖突，輻軸調(diào)節(jié)是可以變動的，因?yàn)槲覀兛梢韵蛎總�(gè)眼睛顯示不同的圖像。今天的AR和VR頭顯能夠?qū)崿F(xiàn)立體視覺，本質(zhì)上就是通過分別調(diào)整每只眼睛看到的圖像，使我們的眼睛需要收斂于不同深度的物體。
但是現(xiàn)在可以制造出的最可行的(也可以說是最舒適的)顯示屏將消除視軸調(diào)焦問題，讓兩者同步工作，就像我們在現(xiàn)實(shí)世界所習(xí)慣的那樣。這無疑對未來VR/AR頭盔的發(fā)展有重大意義。
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