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新的3-D显示器可以消除虚拟现实中的疲劳

2019-04-15 09:40:13   来源:

围绕虚拟现实(VR)耳机展示了计算机模拟世界和增强现实(AR)眼镜,将计算机生成的元素与现实世界叠加在一起,令人兴奋不已。尽管AR和VR设备开始进入市场,但它们仍然大部分都是新奇的,因为眼睛疲劳使得它们长时间使用会让人感觉不舒服。一种新型3D显示器可以通过大大提高这些可穿戴设备的观看舒适度来解决这一长期存在的问题。

“我们希望用我们的3D显示器取代目前使用的AR和VR光学显示模块,以消除眼睛疲劳问题,”伊利诺伊大学厄巴纳 - 香槟分校的梁高说。“我们的方法可能会产生新一代3D显示器,可以集成到任何类型的AR眼镜或VR耳机中。”

Gao和Wei Cui在光学学会(OSA)期刊Optics Letters上报道他们的新光学映射3D显示器。新的显示模块尺寸仅为1 x 2英寸,通过产生深度提示来提高观看舒适度,这些提示的感知方式与我们在现实世界中看到的深度大致相同。

克服眼睛疲劳

今天的VR头戴式耳机和AR眼镜以一种提示观众大脑的方式呈现两个2D图像,以将图像组合成3D场景的印象。这种类型的立体显示器引起所谓的聚散调节冲突,随着时间的推移使观察者更难融合图像并引起不适和眼睛疲劳。

新显示器使用称为光学映射的方法呈现实际3D图像。这是通过将数字显示器划分为每个创建2D图片的子面板来完成的。子面板图像被移动到不同的深度,而所有图像的中心彼此对齐。这使得当用户通过目镜观察时,每个图像看起来好像处于不同的深度。研究人员还创建了一种融合图像的算法,使深度看起来是连续的,从而创建统一的3D图像。

新系统的关键部件是空间复用单元,其将子面板图像轴向移动到指定深度,同时将子面板图像的中心横向移动到观察轴。在当前设置中,空间复用单元由空间光调制器构成,其根据研究人员开发的特定算法修改光。

尽管该方法适用于任何现代显示技术,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包含足够的像素以创建清晰的图像。

“人们尝试了与我们类似的方法来创建多个平面深度,但是他们不是同时创建多个深度图像,而是非常快速地改变了图像,”高说。“然而,这种方法需要在动态范围或对比度水平上进行权衡,因为每张图像显示的持续时间非常短。”

创建深度线索

研究人员使用它来测试该设备,以显示停放的汽车的复杂场景,并将摄像头放在目镜前,以记录人眼将看到的内容。他们表明,相机可以专注于远处出现的汽车,而前景仍然没有聚焦。同样,相机可能会聚焦在较近的汽车上,而背景则显得模糊。该测试证实,新显示器产生的焦点提示创建深度感知,就像人类感知场景中的深度一样。该演示以黑白方式进行,但研究人员表示,该技术也可用于制作彩色图像,但横向分辨率降低。

研究人员正在努力进一步降低系统的尺寸,重量和功耗。“未来,我们希望将空间光调制器替换为另一种光学元件,如体全息光栅,”高说。“除了更小,这些光栅不会主动消耗功率,这将使我们的设备更加紧凑,并增加其适用于VR耳机或AR眼镜。”

虽然研究人员目前没有任何商业合作伙伴,但他们正在与公司讨论,看看新显示器是否可以集成到未来的AR和VR产品中。