Oculus展示Half Dome第三代原型機,電子變焦,輕巧舒適,開啟未來之門

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電子方法能夠在所有深度復刻機械系統的平滑變焦體驗

映維網 2019年09月26日Facebook Reality Labs(FRL)首席科學家邁克爾·亞伯拉什今天分享他對虛擬協作工作空間的構想:一個可以自由配置PC顯示器質量的虛擬屏幕,全息圖和白板來的沉浸式世界。你將能夠通過鍵盤和鼠標來與真實環境進行交互,并來其他用戶共享虛擬空間,同時用雙手操作真實對象和虛擬對象。

為了實現這一愿景,Oculus需要解決一系列的重大挑戰。亞伯拉什指出,要令虛擬顯示器的視覺質量媲美物理顯示器,我們需要高分辨率和高圖像質量,而兩者都需要非常高分辨率的顯示器和改進的光學性能。我們希望在手臂距離之內實現清晰,舒適的視圖,同時又需要更廣闊的視場,以便會議中的每個人都可以看到其他所有人。這是有效VR社交和協作的必備條件。

由于這種技術可能會改變我們的工作方式,所以我們同時需要出色的人體工學。為了支持用戶一次可以在虛擬現實環境中停留數個個小時,所有組件都必須緊湊且節能。

在OC6大會,亞伯拉什分享了FRL在發明光學未來方面所取得的進展,包括于2018年F8大會首次亮相的Half Dome原型。這款原型頭顯是多年研究和反復探索的結果。今天,Oculus拉開了下一步的帷幕。

Half Dome 1(左)結合了具有更寬視場的機械變焦顯示器,可改善視覺沉浸感。Half Half Dome 2(中)和Half Dome 3(右)則旨在實現優秀的人體工學和舒適感,涵蓋視覺和物理。

Half Dome 1:更高沉浸感且視覺舒適的顯示器

Half Dome 1是Oculus首個實現了兩個關鍵里程碑的原型。首先,它采用菲涅爾透鏡,支持140度視場;其次,它能夠根據眼動追蹤來移動屏幕。即便在查看近距離對象時,設備都可以確保圖像保持清晰。這是邁向更高沉浸感且視覺舒適的VR顯示器的第一步。

今天,Facebook分享了一個全新的變焦概念原型Half Dome 2。這是由Display Systems Research(顯示系統研究)團隊與FRL其他多支團隊緊密合作的成果。

Half Dome 2:打造更舒適,更緊湊的顯示器

最初的Half Dome原型優先考慮視覺沉浸感,而Half Dome 2原型則主要瞄準視覺和物理方面的人體工學和舒適性。與最初的Half Dome原型相比,Half Dome 2既小又輕,因為它可以將光路折疊成非常小的體積。

Half Dome 2原型將光路折疊成小體積,從而縮小了頭顯的尺寸,并且將重量減少了200克。

總體而言,Facebook已經相較于Half Dome 1大幅改善了形狀參數,同時減少了200克的重量。盡管Half Dome 2的視場比Half Dome 1窄,但依然比Oculus Quest寬20%。

變焦硬件同樣有了長足的進步。

左邊是Half Dome 2的機械變焦模塊;右邊是Half Dome 1的機械變焦模塊。

機械變焦系統依靠音圈致動器和撓性鉸鏈陣列。它們可以減少摩擦,最大程度地減少噪音,并最大限度地延長機械零件的使用壽命,這是相較于Half Dome 1原型的進步。

Half Dome 3:用電子變焦實現更緊湊的結構

Oculus同時展示了Half Dome系列的電子變焦版本。這個原型采用了新型液晶透鏡來代替移動式機械零件。所述的新型液晶透鏡是由交替堆疊的兩個薄款平面光學元件制成:偏振相關透鏡和可切換半波板。

Half Dome 3的電子變焦系統(左)比Half Dome 1原型的機械系統(右)更小,從而進一步減小了頭顯的整體尺寸。

偏振相關透鏡非常特別,因為其焦距會根據偏振態而變化。通過改變施加到可切換板的電壓,你可以在兩個焦距之間切換。這可能會產生一組優秀的數字雙焦點,但不一定能帶來舒適的VR體驗。通過將一系列偏振相關透鏡和可切換半波片堆疊在一起,你可以實現平滑的變焦,并能夠舒適,無縫地調整焦點。

下面我們來看一下原型模塊。這個GIF動圖是由電子變焦透鏡模塊所記錄。這是對擺在植物期房的恐龍玩具的真實拍攝鏡頭。恐龍離攝像頭更近。在左側,橙色突出說明了透鏡處于“開啟”狀態;當它關閉時,焦點將轉移到遠方的對象(植物)。

如你所見,液晶透鏡在不同深度之間移動焦點。為了實現平滑的變焦,Oculus解決了液晶透鏡的堆疊問題,每增加一對透鏡,焦平面的數量就會增加一倍。在上面的示例中,6個液晶透鏡掃過了64個焦平面。

 

Half Dome 3用液晶透鏡代替了原來Half Dome原型的移動式機械組件,消除了噪音,振動和機械復雜性,并且改善了人體工學。

除了消除了移動式組件之外,這種電子方法較于前代原型同時具有明顯更優的形狀參數。當Oculus將電子模塊集成到完整的原型頭顯中時,它定義了VR人體工學的最新技術水平。

當然,這依然屬于研究階段,但下面是一個基于早期Half Dome 3原型的標準演示內容:

在左側關閉變焦的情況下,磁帶會變得模糊不清,但在右側,電子方法能夠在所有深度復刻機械系統的平滑變焦體驗。這顯示出非常大的潛力。

Half Dome系列原型的最新版本以數字方式在大量焦點狀態之間切換。與機械變焦顯示器一樣,眾多的焦點狀態看起來都是連續發生。Oculus表示:“我們首次實現了更符合人體工程學的設計,并且大大減輕了重量。這為我們開啟了未來之門。屆時,我們一次將可以在虛擬現實中工作數小時,并使用遍布理想虛擬工作空間的任意數量數字白板來與其他用戶合作。盡管Half Dome依然是在研發之中,但我們很高興看到我們的變焦研究已經將我們帶到了下一步。”

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