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无头人-原创为什么说AR头显并非FOV越大体会感越好?

海外新闻 时间: 浏览:202 次

上个月,一家名为Kura的美国AR草创公司发布一款全新的轻量级AR眼镜:Gallium。据官网称,Gallium选用一体化规划,机身分量仅80g,选用自研的结构化几许光波导计划,视场角高达150,透光率达95%,亮度也高达4000nit,支撑8K分辨率和DCI-P3色域。

Gallium的推出,引发了业内人士的评论,有人乃至还曾质疑其实在性。此前青亭网在《AR光学体系全解析》一文中也曾说到过,依据光学公式核算,150对角线光波导理论上其光学模组尺度可达135mm x 100mm左右,不只在体积上不可行,还将发生双目堆叠的问题。

Kura

总归,考虑到现在市面上干流AR头显Magic Leap One和HoloLens 2的视场角别离仅为40x30和43x29,不难想象增大视场角是现在AR光学范畴仍然需求霸占的难题,究竟这一起还遭到其他要素约束,比方角分辨率、亮度、比照度、透光率、图画伪影、失真、一致性,或许非显现问题,如:适眼区、巨细、分量、电池、本钱、耐用性等。

黑色为头显遮挡的视觉区域,可见HoloLens 2比Magic Leap One的透视区域大得多

对AR视场角的执着来源于VR?

FOV关于AR当然重要,但就像吃冰淇淋相同,数量多了很简略发生副作用。不过,现在许多人将FOV作为评判和比照AR头显仅有重要的规范,这或许是由于遭到了VR影响,而AR和VR从多种方面是十分不相同的。

VR主打沉溺感,大视场角能更好防止打破沉溺,现在市面上的VR头显现已能够做到100到200左右,是HoloLens 2视场角的许多倍。一起,VR起步比AR更早一些,人们在体会过VR的大视场角后,也期望能在AR中看到平等水平,乃至将视场角作为评判规范。

殊不知,AR与VR的运用场景其实并不完全相同,现在AR或许更注重于生产力等场景,旨在为用户供给信息,也便是说要点在于能够显现满足明晰的文字,因而许多运用场景关于光学模组的分辨率要求较高。

抱负的角分辨率是每像素1弧分,而大多数VR头显的角分辨率约为每像素5弧分。为了让用户看清文字,VR中的字体不得不扩大,并且看起来也比较粗(由于纱网效应),因而文字和数字会占有大面积FOV。与此一起,人眼环视的规模也更大,长期观看简略发生视觉疲惫。

若想有用显现明晰的文字,那么角分辨率需求得到进步。现在,与手机、电脑乃至智能手机的屏幕比较,VR显现屏分辨率还有很大间隔。

VR与AR光学结构不同

市面上大多数VR头显选用手机屏幕巨细的平面显现器和简略的透镜,这种结构不只可下降本钱,也能带来大FOV,缺点是角分辨率低。此外,VR头显的体积大多粗笨,像是在滑雪护目镜上加上了沉重的附加模块。

比较之下,AR头显的外形规划遍及偏轻,并且具有必定透明度。并且,光学模组选用的微型显现屏面积约比VR显现屏小100倍,像素颗粒长度约小12倍。为了让微型显现屏的小颗粒像素更合适阅览,则需求选用较为贵重的透镜,并且还需求混合的光学模组结构将数字内容与实在世界交融。

微型显现屏像素颗粒小意味着分辨率高,不过若要进步FOV,微型显现屏尺度也需求增大,这样并不实践。所以,市面上选用微型显现屏的AR头显的角分辨率约在每像素1到1.5弧分规模,并且难以供给50以上的视场角。除了光学模组自身约束,光波导类型的混合光学自身特性也会约束视场角。

(注:1弧分在阅览间隔大约能显现300ppi,苹果曾将首款超越300ppi的iPhone屏幕成为视网膜显现屏。)

为了进步FOV,也有些较低本钱的AR头显,选用类似于鱼眼原理的半反半透式光学模组,结合类似于手机屏幕巨细的显现屏和一对球面组合器(Meta 2、Mira、DreamWorld、iGlass)。这样做的优点是FOV变大了(Meta 2视场角可达90),不过角分辨率十分低(与一般的VR头显差不多),一起也存在图画失真、焦点不均匀等缺点。

此外,虽然混合光学模组体积较大,选用这种技能的无头人-原创为什么说AR头显并非FOV越大体会感越好?AR头显体积并不会比光波无头人-原创为什么说AR头显并非FOV越大体会感越好?导光学的AR头显更大。

为什么FOV大不见得是功德

在本年世界光学工程学会举行的Photonis West展览会上,前Google Glass项意图技能主管/司理Thad Starner主张,大FOV不只献身了体积、分量、本钱、舒适度、可被社会承受的外形等要害元素,并且还或许起到反作用。

Thad Starner

据了解,Starner从1993年开端一向继续运用AR眼镜,到现在现已26年了。在AR范畴里,他更像是一个无头人-原创为什么说AR头显并非FOV越大体会感越好?逆向思想者,主张下降AR头显/眼镜的FOV,然后优化体积、分量、舒适度和外形等更重要的部分。

Starner觉得,并不是FOV越大越好,AR应该越简略越好,杂乱的光学反而失去了AR的优势,他乐意为了更简便天然的外形而献身AR眼镜的其他功能。在本年Photonics West上,他自己就佩戴了一副North Focals AR眼镜,这款眼镜视场角仅为15,适眼区小,并且图画质量一般,不过他觉得合适自己。

大FOV遮挡医师的手

而他所说的反作用,指的是过多的AR图画或许会遮挡实在环境中你需求看到的东西,比方外科医师做手术时的手。此外还主张,或许将AR印象放在正面视觉的一侧一般作用比较好。

叠加在实在环境上的AR内容,是会进步用户的才干,仍是会发生搅扰,乃至发生风险,将是一个重要的问题。比方,假如AR头显遮挡住用户的余光,那么他是不是就看不到周围的环境。虽然咱们常说,人眼余光分辨率较低,可是它关于周围的运动满足灵敏,假如遭无头人-原创为什么说AR头显并非FOV越大体会感越好?到遮挡,会不会让过马路的行人看不到驶来的车辆?

那么多少FOV够大呢?

Starner指出,即便是电影院屏幕的视场角其实也不大,THX规范中指出电影屏幕与座位之间的摆放方法只需求为观众供给约35到40的最佳视场角。这是由于视场角太大,观众就需求像近间隔看乒无头人-原创为什么说AR头显并非FOV越大体会感越好?乓球相同来回摆头,体会感并不好。Starner乃至还列举了现有屏幕技能一般所需的FOV,规模大约在6.4度到55度(横向视场角)之间。

虽然Starner列举出的包含一些最低视场角,以及低配iPhone和iPad mini所需的视场角,可是他的观念满足合理,我们高估了人眼所需的FOV。

他标明:许多AR的运用场景中,其实并不需求超越30FOV(相当于一般的HDTV),并且即便是FOV更小的眼镜也很有用。因而以为,AR的FOV巨细与不同的运用场景有关,并且即便是家里有大尺度LCD电视的人,在坐着观看的时分一般也只需求20到30FOV。

关于固定视觉敏锐区

Bernard Kress论文图表

那么关于AR眼镜来讲,究竟需求多少视场角来显现明晰的细节信息呢?关于这个问题,前Google [X] Labs首席光学架构师,现微软HoloLens协作光学架构师Bernard Kress在论文顶用一张图表解说了人眼视场角原理。

Wikipedia图解

图表中显现,人眼中心凹(视网膜中视觉最敏锐区域)分辨率最高的区域仅占3视场角(Wikipedia数据则以为占5),不过实践状况也会因不同的中心凹巨细和形状而定,并且中心凹也会遭到儿童前期近视等原因影响。总归,人眼视觉最敏锐区域仅占全体FOV的一小部分。

虽然中心凹是仅有到达20/20视觉的部分,但研讨标明其周围分辨率较低的近窝区也能够协助阅览文字。一起,人眼会坚持继续跳动(飞快环视,saccade),而人眼视觉体系会结合每次环视捕捉到的各种分辨率快照生成眼前的图画,这一进程一般人眼发觉不到。

人眼阅览规则

Starner着重,一般报纸专栏仅占6.6横向视场角(以阅览间隔检查),只要6.6横向视场角才干够向人眼传递满足多的文字。

而Kress以为,人眼在一个固定视觉敏锐区中移动中心凹,可坚持舒适体会感,这个区域大约占40到50视场角,不过详细因人而异。一起也有其他研讨以为,这一数字在25到40之间。

此外,Starner还以为,即便人眼在短时间内能够在固定视觉敏锐区移动自若,但无头人-原创为什么说AR头显并非FOV越大体会感越好?进行不到30分钟后也会发生视觉疲惫。他引用了Malcolm Haynes 2017年论文中说到的观点:眼球生理学为未来的头显规划供给了一些根底规模,比方由于眼球运动的机械约束,横向视场角不应该超越55,45以内最佳,而舒适的视觉乃至不超越首要注视点左右的10-20。

研讨还标明,人眼注视点外20以上的当地不应该继续显现内容,如此一来,假如AR头显将明晰内容显现在用户注视点前方,那将有或许阻挠他们的视野,假如显现在注视点较边际的当地,则简略引起视觉疲惫。

而超越固定视觉敏锐区外的内容,或许将需求你经过回头而不是滚动眼球才干看到。一般,人们在看电视的时分会不得不回头,不过AR头显将显现屏放到你眼前,本质上应该削减这种状况。

与2D屏幕不同之处

AR头显和电视、电脑屏幕有相当大不同,由于你在回头的时分头显的屏幕也会跟着移动,也便是说内容超出人眼水平注视点15左右的时分,会不由得回头。

假如运用SLAM和眼球追寻技能,则能够将AR内容定位在周围空间中,类似于将显现屏固定在你四周,不过这将需求尽量模拟人眼跳动和聚集,才干带来天然的体会感。总归,AR头显的界面需求与固定的2D显现屏有所不同。

拿Varjo来讲,其VR头显为每只眼睛供给两块屏幕,一块高分辨率放在中心,而周围则选用一块较低分辨率屏幕。不过高分辨率屏幕不能随人眼移动,仅掩盖32x18视场角。为了防止肉眼识别到两块屏幕的接壤,Varjo乃至将高分辨率屏幕的70像素每弧分进步到60像素每弧分,以掩盖更多视场角,不过这并不是满有把握,除非将视场角进步到40到50度左右。

比较之下,苹果在前不久曝光的一项MR全息眼镜专利中指出,运用多个扫描激光投影仪和激光阵列,可为MR头显生成一个视网膜投影的注视点烘托计划。据悉,苹果专利中提及的AR眼镜包含反射式全息组件,意图便是将光源图画反射到用户眼中,一起一并将环境光输入,进步全体的视觉观感。

总结

总归,不同运用场景关于AR头显的FOV和角分辨率要求各有不同,并且FOV并不是决议AR眼镜体会感更好的仅有要素,支撑明晰文字阅览的高分辨率也十分重要。

关于AR厂商来讲,猪八戒背媳妇他们天然期望AR眼镜能统筹外形和舒适感,仅仅现在的产品更像是为了统筹一切元素,而并没有专心于哪一个。除了尽量进步光学和显现参数外,乃至还集成核算模块、传输硬件和电池(或选用分体式模块),结果是这些AR眼镜只能被比较小众的B端商场承受,并且简直没有人乐意长期运用。在不运用的时分,还需求用大盒子来进行保存和带着。