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新型3D显示器使虚拟现实免于视觉疲劳的困扰

2017-06-27 14:23
棒棒书香
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虚拟现实(VR)耳机让人最兴奋的地方在于,它展示了一个计算机模拟世界和将计算机生成的元素与现实世界叠加起来的增强现实(AR)眼镜。虽然AR和VR设备正在逐步进入市场,但它们仍然属于新生事物,而且会导致视觉疲劳,长时间的使用会带来不适。新型3D显示器可以通过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。

新型显示器使用光学映射方式建立了三维图像。OLED屏幕分为四个子面板,每个子屏幕都有一个二维图片。空间复用单元(SMU)将每个图像移动到不同的深度,并且使所有图像的中心与观察轴对齐。通过目镜观察,每个图像看起来都在不同的深度。图片由伊利诺伊大学香槟分校的Liang Gao提供

来自伊利诺伊大学香槟分校的Liang Gao说:“我们想用3D显示屏替代目前使用的AR和VR光学显示模块,以摆脱疲劳的问题。我们的方法可以产生新一代能够整合到任何类型的AR眼镜或VR耳机的3D显示器。”

Gao和Wei Cui在光学学会(OSA)期刊“Optics Letters”上报道了他们的新型光学映射3D显示器。只有1 x 2英寸,新的显示模块可以通过产生深度感来提高观看舒适度,与我们在现实世界中看到的深度相同。

克服视觉疲劳

目前的VR耳机和AR眼镜是以呈现两个二维图像的方式,提示观众的大脑投入到三维场景中。这种类型的立体显示会引起所谓的视觉辐辏-调节冲突,随着时间的推移观众更难融入图像,并引起不适感和视觉疲劳。

新型显示器使用一种称为光学映射的方法来呈现实际的3D图像。这是通过将数码显示分成几个子面板来完成的,每个子面板都创建一个二维图像。子面板图像被移动到不同的深度位置,所有图像的中心是对准的。当用户透过目镜观看时,看起来好像每个图像都处于不同的深度。研究人员还开发了一种混合图像的算法,使深度连续显示以形成统一的3D图像。

新系统的关键器件是空间复用单元,它将子面板图像轴向移动到指定的深度,同时横向地将子图像的中心对准观察轴。在目前的设计中,空间复用单元由空间光调制器组成,可以根据研究人员开发的特定算法对光进行修改。

虽然这种方法可以与任何现代显示技术配合使用,但研究人员采用了一种最新的显示技术——有机发光二极管(OLED)显示器,可以用于商业电视和移动设备上。OLED显示器能够提供极高的分辨率,确保每个子面板都包含足够的像素以保证清晰的图像。

Gao说:“人们尝试过用类似的方法来创建多个平面深度,但是不是同时创建多个深度图像,而是快速地改变图像。然而,这种方法却以牺牲动态范围或对比度作为代价,因为每个图像显示的时间非常短。”

营造深度感

研究人员通过使用它来显示停车场的复杂场景,并将相机放置在目镜前面,以记录人眼将会看到的内容,进而测试该设备。当摄像机聚焦在远处的汽车上,近景就会离焦。同样的,相机可能会聚焦在距离较近的汽车上,而远景就显得模糊。这个测试证实,新显示器的焦点变化可以产生深度感知,就像人类感知场景的深度一样。虽然这个演示是黑白的,但是研究人员说这种技术也可以用来制作彩色图像,尽管横向分辨率降低了。

研究人员正在努力进一步降低系统的体积、重量和功耗。“未来,我们要用另一种光学器件例如体全息光栅代替空间光调制器。因为除了体积更小,这些光栅不积极消耗功率,这将使我们的设备结构更加紧凑,增加了它对于VR耳机或AR眼镜的适用性。”

虽然研究人员目前没有任何商业合作伙伴,但是他们正在与公司进行讨论,新显示器是否可以整合到未来的AR和VR产品中。

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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