Meta发布头显原型,视觉效果与现实世界毫无二致

lhw 2022年6月22日10:36:15
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Meta的VR硬件的最终目标是制造一款舒适小巧,视觉效果“与现实世界毫无二致”的头戴式设备。Meta公开表示,它在XR上投入了数百亿美元,其中大部分将在其现实实验室研究部门进行长期研发。Meta首席执行官扎克伯格与现实实验室首席科学家迈克尔·阿布拉什解释说,公司的最终目标是打造满足所有视觉要求的虚拟现实硬件,通过“视觉图灵测试”,让人脑视觉系统相信头显里的东西是真实的。

日前,该公司在内部圆桌会议上展示了其最新的三款VR头显原型机——Butterscotch、Starburst和Holocake 2,并表示这代表着Meta朝着目标迈进了一步。

Meta发布头显原型,视觉效果与现实世界毫无二致

挑战

扎克伯格和阿布拉什认为,在视觉图灵测试通过之前,VR头显需要解决四个关键的视觉挑战:变焦、畸变、视网膜分辨率和高动态范围成像(HDR)。

变焦指专注于虚拟场景任意深度的能力,具有眼睛的基本聚焦功能(收敛和调节)。

畸形指镜片本身会使穿过的光线发生扭曲,使镜片的存在变得明显。

视网膜分辨率指在显示器上有足够的分辨率达到或超过人眼的分辨率。

HDR描述现实世界中体验到的明暗范围(目前还没有任何显示器可以模拟得出)。

现实实验室的显示系统研究团队已经建立了原型来进行概念验证。

变焦

该公司首先探索了一种变焦设计,后面转向固态电子系统,这使得变焦光学更加小巧、可靠,静音。

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畸变

透镜设计的实验和畸变校正算法过程繁琐。新型镜头无法快速制作出来,即使制作出来,它们仍需要小心地与头显集成在一起。

该团队建造了一个“失真模拟器”,它实际上是用3DTV模拟VR头显,并在软件中模拟透镜(以及它们相应的失真校正算法)。其中的关键挑战是随着眼睛的移动动态地纠正晶状体的扭曲,而不是仅仅纠正眼睛注视晶状体直接中心时看到的东西。

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视网膜分辨率

Meta展示了头显原型Butterscotch。其视网膜分辨率为每度60像素,可以实现20/20视力。为了做到这一点,他们使用了极高像素密度的显示器,并减少了视场,以便将像素集中在一个较小的区域,大约是Quest 2的一半大小。该公司还开发了一种混合镜头,可以完全分辨增加的分辨率,并分享了原始Rift、Quest 2和Butterscotch原型机之间的通过镜头的比较。

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高动态范围成像(HDR)

为了证明HDR对VR体验的影响,显示系统研究团队建造了另一个原型Starburst,HDR可以惊人地达到20,000尼特。

HDR的目标是给现实生活中完全明亮的事物赋予现实的亮度。例如,火灾、爆炸、烟花,甚至在无云的日子里从窗户反射出来的明亮反光。所有这些东西在现实生活中似乎都很“流行”,能够在VR中复制“流行”的亮度对于通过视觉图灵测试至关重要。

相比之下,Quest 2的显示器最大可达100尼特,而高端HDR电视可达2000尼特左右。这意味着,Starburst原型机的亮度范围甚至可以是目前最好的HDR电视亮度的10倍。

小巧化

Meta也专注于大幅缩小VR头显外形的因素。为此,该公司进行了概念验证全息折叠光学研究,并将其变成了一款真正可行的VR头显,名为“Holocake 2”。

小巧的Holocake 2解决了当代VR头显的两个最大的尺寸限制难题:光路的长度和透镜的宽度。

Meta发布头显原型,视觉效果与现实世界毫无二致

Holocake 2原型机使用了比传统透镜薄得多的全息透镜。本质上,这是一种嵌入传统透镜全息图的薄全息薄膜。尽管薄,但它们操纵光线的方式类似于它们所模仿的较厚透镜。

Meta表示:“全息透镜的发明是一种缩小外形的新方法,代表了VR显示系统向前迈出的重要一步。这是我们首次尝试使用全息光学技术制作功能齐全的头戴设备,我们相信头戴设备的进一步小型化是可能的。”

该公司表示,这里展示的大部分技术还远远没有准备好进入黄金时段。由于Cambria计划预计在今年某个时候启动,Meta没有足够的时间将所有这些技术产品化。诚然,Cambria似乎将使用折叠光学(虽然不是全息折叠光学),使其比Quest更小巧,但我们还需要一段时间才能看到像Holocake 2这样的产品上市。

 

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