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Meta Research explora una nueva solución para uno de los mayores desafíos de visualización de VR

Una nueva investigación de la Universidad Estatal de Kent y Meta Reality Labs ha demostrado lentes de cristal líquido de gran enfoque dinámico que podrían usarse para crear auriculares VR varifocales.

Conflicto de acomodación de vergencia en pocas palabras

En el espacio de I + D de VR, uno de los temas candentes es encontrar una solución práctica para el llamado conflicto de acomodación de vergencia (VAC). Todos los visores de realidad virtual de consumo en el mercado hasta la fecha representan una imagen mediante estereoscopia, que crea imágenes en 3D que admiten el reflejo de convergencia de un par de ojos (cuando convergen en objetos para formar una imagen estéreo), pero no el reflejo de acomodación de un ojo individual (cuando el cristalino del ojo cambia de forma para enfocar la luz a diferentes profundidades).

En el mundo real, estos dos reflejos siempre funcionan en conjunto, pero en una realidad virtual se desconectan porque los ojos continúan convergiendo donde es necesario, pero su alojamiento permanece estático porque la luz proviene de la misma distancia (la pantalla). Los investigadores en el campo dicen que VAC puede causar fatiga visual, dificultar el enfoque en imágenes cercanas e incluso puede limitar la inmersión visual.

Buscando una solución

Ha habido muchos experimentos con tecnologías que podrían usarse en visores varifocales que admitan correctamente tanto la convergencia como la acomodación, por ejemplo, pantallas holográficas y planos focales múltiples. Pero parece que ninguno ha descifrado el código de una solución práctica, rentable y producible en masa para resolver el VAC.

Otra solución potencial para VAC son las lentes de cristal líquido (LC) de enfoque dinámico que pueden cambiar su distancia focal a medida que se ajusta su voltaje. De acuerdo con un proyecto de estudiantes graduados de la Universidad Estatal de Kent con financiamiento y participación de Meta Reality Labs, tales lentes se han demostrado anteriormente, pero principalmente en tamaños muy pequeños porque el tiempo de cambio (qué tan rápido se puede cambiar el enfoque) se ralentiza significativamente a medida que aumenta el tamaño.

Para alcanzar el tamaño de lente de enfoque dinámico que desearía si tuviera que construirlo en un auricular VR contemporáneo, mientras mantiene el tiempo de conmutación lo suficientemente bajo, los investigadores han diseñado una lente LC de enfoque dinámico grande con una serie de «reinicios de fase», que comparan con los anillos utilizados en una lente de Fresnel. En lugar de segmentar la lente para reducir su ancho (como con Fresnel), los segmentos de restablecimiento de fase se alimentan por separado para que los cristales líquidos dentro de cada segmento puedan cambiar lo suficientemente rápido como para que sea práctico usarlos en un visor varifocal.

Una lente grande y experimental

En una nueva investigación presentada en la conferencia SID Display Week 2022, los investigadores caracterizaron una lente LC de enfoque dinámico de 5 cm para medir sus capacidades e identificar fortalezas y debilidades.

En el lado de las «fortalezas», los investigadores muestran que la lente de enfoque dinámico logra una alta calidad de imagen hacia el centro de la lente mientras admite un rango de enfoque dinámico de -0,80 D a +0,80 D y una velocidad de conmutación de menos de 500 ms.

Como referencia, en un auricular de 90 Hz, se muestra al usuario un nuevo cuadro cada 11 ms (90 veces por segundo), mientras que un tiempo de cambio de 500 ms equivale a 2 Hz (dos veces por segundo). Si bien eso es mucho más lento que la velocidad de fotogramas de los auriculares, puede estar dentro de la velocidad práctica al considerar la velocidad a la que el ojo puede ajustarse a una nueva distancia focal. Además, los investigadores dicen que el tiempo de cambio se puede aumentar apilando múltiples lentes.

En el lado de las «debilidades», los investigadores encuentran que la lente LC de enfoque dinámico sufre una reducción en la calidad de la imagen a medida que la vista se acerca al borde de la lente debido a los segmentos de reinicio de fase, similar en concepto a la dispersión de la luz debido a las crestas. en una lente Fresnel. El trabajo presentado también explora una técnica de enmascaramiento diseñada para reducir estos artefactos.

En última instancia, concluyen los investigadores, la lente LC de enfoque dinámico experimental ofrece «valores [de calidad de imagen] posiblemente aceptables […] dentro de un ángulo de mirada de aproximadamente 30°», que es bastante similar a la disminución de la calidad de imagen de muchos auriculares VR con óptica Fresnel. hoy dia.

Para construir un auricular varifocal con esta tecnología, los investigadores dicen que la lente LC de enfoque dinámico se usaría junto con una lente tradicional para lograr la tubería óptica necesaria en un auricular VR. También es necesario un seguimiento ocular preciso para que el sistema sepa dónde está mirando el usuario y, por lo tanto, cómo ajustar el enfoque de la lente correctamente para esa profundidad.

El trabajo en este documento presenta métodos de medición y puntos de referencia que muestran el rendimiento de la lente que los futuros investigadores pueden usar para probar su propio trabajo o identificar mejoras que podrían realizarse en el diseño demostrado.

El artículo completo aún no se ha publicado, pero fue presentado por su autor principal, Amit Kumar Bhowmick en SID Display Week 2022, y cuenta con más créditos de Afsoon Jamali, Douglas Bryant, Sandro Pintz y Philip J Bos, entre la Universidad Estatal de Kent y Meta. Laboratorios de realidad.

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