Er is veel opwinding rond virtual reality (VR)-headsets die een computergesimuleerde wereld weergeven en augmented reality (AR)-brillen die door de computer gegenereerde elementen over de echte wereld leggen. Hoewel AR- en VR-apparaten op de markt beginnen te komen, ze blijven meestal een noviteit omdat oogvermoeidheid ze ongemakkelijk maakt om gedurende langere tijd te gebruiken. Een nieuw type 3D-scherm zou dit al lang bestaande probleem kunnen oplossen door het kijkcomfort van deze draagbare apparaten aanzienlijk te verbeteren.

"We willen de momenteel gebruikte AR- en VR-optische weergavemodules vervangen door ons 3D-scherm om oogvermoeidheidsproblemen op te lossen, " zei Liang Gao, van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign. "Onze methode zou kunnen leiden tot een nieuwe generatie 3D-schermen die in elk type AR-bril of VR-headset kunnen worden geïntegreerd."

Gao en Wei Cui rapporteren hun nieuwe optische mapping 3D-weergave in het tijdschrift The Optical Society (OSA) Optica Letters . Het meten van slechts 1 x 2 inch, de nieuwe displaymodule verhoogt het kijkcomfort door diepte-aanwijzingen te produceren die op vrijwel dezelfde manier worden waargenomen als we diepte in de echte wereld zien.

Oogvermoeidheid overwinnen

De VR-headsets en AR-brillen van tegenwoordig presenteren twee 2D-beelden op een manier die de hersenen van de kijker ertoe aanzet de beelden te combineren tot de indruk van een 3D-scène. Dit type stereoscopische weergave veroorzaakt wat bekend staat als een vergentie-accommodatieconflict, wat het na verloop van tijd moeilijker maakt voor de kijker om de beelden samen te smelten en ongemak en vermoeidheid van de ogen veroorzaakt.

Het nieuwe display presenteert werkelijke 3D-beelden met behulp van een benadering die optische mapping wordt genoemd. Dit wordt gedaan door een digitaal display op te delen in subpanelen die elk een 2D-beeld creëren. De subpaneelafbeeldingen worden naar verschillende diepten verschoven, terwijl de middelpunten van alle afbeeldingen op elkaar zijn uitgelijnd. Hierdoor lijkt het alsof elk beeld zich op een andere diepte bevindt wanneer een gebruiker door het oculair kijkt. De onderzoekers creëerden ook een algoritme dat de afbeeldingen mengt, zodat de diepten ononderbroken lijken, het creëren van een uniform 3D-beeld.

Het belangrijkste onderdeel van het nieuwe systeem is een ruimtelijke multiplexeenheid die subpaneelafbeeldingen axiaal naar de aangegeven diepten verschuift, terwijl de middelpunten van subpaneelafbeeldingen lateraal naar de kijkas worden verschoven. In de huidige opstelling is de ruimtelijke multiplexeenheid is gemaakt van ruimtelijke lichtmodulatoren die het licht aanpassen volgens een specifiek algoritme dat door de onderzoekers is ontwikkeld.

Hoewel de aanpak zou werken met elke moderne weergavetechnologie, de onderzoekers gebruikten een display met organische lichtemitterende diodes (OLED's), een van de nieuwste weergavetechnologieën voor gebruik op commerciële televisies en mobiele apparaten. De extreem hoge resolutie van het OLED-scherm zorgde ervoor dat elk subpaneel voldoende pixels bevatte om een ​​duidelijk beeld te creëren.

"Mensen hebben soortgelijke methoden als de onze geprobeerd om meerdere vlakke diepten te creëren, maar in plaats van meerdere dieptebeelden tegelijk te maken, ze veranderden de afbeeldingen heel snel, "zei Gao. "Echter, deze benadering gaat gepaard met een compromis in dynamisch bereik, of contrastniveau, omdat de duur van elke afbeelding die wordt getoond erg kort is."

Diepte-aanwijzingen creëren

De onderzoekers testten het apparaat door het te gebruiken om een ​​complexe scène van geparkeerde auto's weer te geven en door een camera voor het oculair te plaatsen om vast te leggen wat het menselijk oog zou zien. Ze lieten zien dat de camera scherp kon stellen op auto's die ver weg leken terwijl de voorgrond onscherp bleef. evenzo, de camera kon worden scherpgesteld op de auto's die dichterbij kwamen, terwijl de achtergrond wazig leek. Deze test bevestigde dat het nieuwe scherm focale signalen produceert die dieptewaarneming creëren, net zoals mensen diepte in een scène waarnemen. Deze demonstratie werd uitgevoerd in zwart-wit, maar de onderzoekers zeggen dat de techniek ook kan worden gebruikt om kleurenafbeeldingen te maken, hoewel met een verminderde laterale resolutie.

De onderzoekers werken nu aan het verder verkleinen van het systeem, gewicht en stroomverbruik. "In de toekomst, we willen de ruimtelijke lichtmodulatoren vervangen door een andere optische component zoals een volume holografierooster, "zei Gao. "Behalve dat ze kleiner zijn, deze roosters verbruiken niet actief stroom, wat ons apparaat nog compacter zou maken en de geschiktheid voor VR-headsets of AR-brillen zou vergroten."

Hoewel de onderzoekers momenteel geen commerciële partners hebben, ze zijn in gesprek met bedrijven om te kijken of het nieuwe display kan worden geïntegreerd in toekomstige AR- en VR-producten.