Near-eye Display (NED) технологиясын талдау

Көзге жақын дисплей (NED) — көзге жақын жерде (әдетте бірнеше сантиметр қашықтықта) пайдалануға арналған дисплей құрылғысы. Қашықтан қаралатын дәстүрлі экрандардан айырмашылығы, NED ішкі микродисплей арқылы жасалған кескіндерді үлкенірек, алысырақ виртуалды кескінге проекциялау үшін күрделі оптикалық жүйені пайдаланады.

Пайдаланушы қабылдайтын нәрсе дисплей тақтасының өзі емес, ыңғайлы көру қашықтығында оптикалық түрде көрсетілетін виртуалды кескін. Бұл мүмкіндік иммерсивті және табиғи көрнекі тәжірибелерді жасау үшін, әсіресе өлшемі, салмағы және қуат тұтынуы қатаң шектелген киілетін жүйелерде негізгі болып табылады.

Демек, NED дисплей өнімділігін, оптикалық тиімділікті және пайдаланушы жайлылығын теңестіру маңызды болып табылатын заманауи AR және VR жүйелеріне мүмкіндік беретін негізгі технология ретінде танылуда. Өнеркәсіп практикалық, күнделікті киілетін құрылғыларға көшкен сайын, көзге жақын дисплейлердің рөлі тәжірибелік құрамдас бөліктен өнім табысының шешуші факторына айналды.

NED жиі виртуалды шындық (VR), толықтырылған шындық (AR) және аралас шындық (MR) тәжірибелерінің артындағы негізгі технология ретінде қызмет ететін басты дисплейлерде (HMDs) және смарт көзілдіріктерде кездеседі.

Көзге жақын дисплейлердің негізгі оптикалық компоненттері

Көзге жақын дисплейлердің (NED) футуристік көрінісі болуы мүмкін, бірақ олардың оптикалық жүйелері шын мәнінде үш негізгі құрамдас бөліктен тұрады. Бұл компоненттер кескінді микродисплейден пайдаланушының көз алдында қалқып тұрғандай кең, ыңғайлы виртуалды кескінге айналдыру үшін бірге жұмыс істейді.

Дисплей / Жарық көзі

Көзге жақын дисплей жүйелерінде дисплей (кейде жарық көзі немесе жарық қозғалтқышы деп аталады) кескінді жасауға немесе модуляциялауға жауапты негізгі компонент болып табылады. Қарапайым тілмен айтқанда, бұл кескін оптикалық элементтер арқылы бағытталып, пішінделмес бұрын пайда болады.

Дисплей/жарық қозғалтқышы кескіннің анықтығына, түс сапасына, жарықтығына, энергия тиімділігіне және қозғалыс жылдамдығына тікелей әсер ететін жалпы визуалды өнімділік үшін шешуші рөл атқарады. AR, VR немесе MR жүйелерінің нақты талаптарына байланысты әртүрлі технологиялар қолданылады. Көзге жақын оптикалық жүйелерде кездесетін жалпы дисплей және жеңіл қозғалтқыш технологияларына мыналар жатады:

LCoS (Кремнийдегі сұйық кристал): AR жеңіл қозғалтқыштарында жиі қолданылатын шағылыстыратын микродисплей технологиясы. Жоғары ажыратымдылығымен және тамаша кескін біркелкілігімен танымал LCoS көбінесе сыртқы жарық көздерімен және проекциялық оптикамен қолданылады.

MicroLED: Өте жарқын және энергияны үнемдейтін өзін-өзі жарықтандыратын микродисплей технологиясы. Бұл қасиеттер оларды әсіресе сыртқы жарық кедергісін жеңу маңызды болып табылатын AR дисплейлерінде тиімді етеді.

LBS (Лазер сәулесін сканерлеу): лазер сәулесін сканерлеу арқылы кескіндерді жасайтын дисплей технологиясы. LBS ықшам және жұқа оптикалық дизайнға қол жеткізе алады және жоғары жарықтық өнімділігіне қол жеткізе алады, бұл оны жұқа және жеңіл AR көзілдіріктері үшін тамаша таңдау жасайды.

OLED (органикалық жарық шығаратын диод): жылдам жауап беру уақыты, жоғары контраст және қанық түстермен танымал өзін-өзі жарықтандыратын дисплей технологиясы. OLED VR және MR көзге жақын дисплейлерде кеңінен қолданылады, ал жарықтық пен қызмет ету мерзімі AR-ға қолданылғанда маңызды назар аударылады.

СКД (Сұйық кристалды дисплей): сыртқы жарықтандыруды қажет ететін жарықты модуляциялау технологиясы. Ол жаңа микро-дисплей технологияларымен салыстырғанда маңызды тарихи орынға ие болғанымен, оның контраст коэффициенті төмен және оның жауап беру жылдамдығы баяу, сондықтан оны жоғары деңгейлі көзге жақын дисплейлерде қолдану салыстырмалы түрде шектеулі болды.

DLP/DMD жүйесі: микро айна массиві арқылы жарықты модуляциялайтын дисплей технологиясы. DLP/DMD жүйелері жоғары жарықтық пен кескінді дәл басқаруды қамтамасыз ете алады, бірақ көзге жақын құрылғыларға қолданғанда жүйе өлшемі, қуат тұтыну және оптикалық күрделілік барлығын мұқият басқару қажет.

Оптикалық сәулені біріктіргіш

Оптикалық біріктіргіш кескіндердің пайдаланушының көзіне қалай берілетінін және олардың шынайы әлеммен қалай араласатынын басқарады. Оның функциясы жүйенің дизайн мақсаттарына байланысты өзгереді - мақсат толығымен иммерсивті тәжірибе немесе сандық мазмұнды физикалық ортаға қабаттастыру.

VR гарнитуралары сияқты иммерсивті жүйелерде оптикалық біріктіргіш сыртқы жарықты бөгеп, кескіндерді екі көзге де таратады, бұл пайдаланушыға виртуалды ортаға толығымен енуге мүмкіндік береді.

AR көзілдірігі сияқты ашық жүйелерде оптикалық біріктіргіш күрделірек рөл атқарады. Ол графикалық, мәтіндік немесе виртуалды нысандардың пайдаланушының нақты ортасымен тұрақты және ыңғайлы түрде біріктірілуін қамтамасыз ете отырып, сандық кескіндерді нақты әлемнен түсетін жарықпен үздіксіз араластыруы керек. Бұл тепе-теңдікке жету оптикалық тиімділікті, жарықтықты және мөлдірлікті дәл бақылауды қажет етеді.

AR құрылғылары күнделікті өмірге көбірек енген сайын, оптикалық біріктіргіш көзге жақын дисплей дизайнындағы ең күрделі және негізгі компоненттердің біріне айналды. Оның өнімділігі жүйе өлшеміне, көру сапасына және пайдаланушының жайлылығына айтарлықтай әсер етеді, сайып келгенде, көзге жақын дисплей пайдаланушыны шындықтан оқшаулайтынын немесе оны кеңейтетінін анықтайды.

Бейнелеу оптикасы

Бейнелеудің оптикалық жүйесі микродисплейден кескінді үлкейтуге және оны кең, ыңғайлы көрнекі кескін ретінде көрсетуге жауап береді. Бұл линзалар немесе оптикалық элементтер жарықты пішіндейді, үлкейтеді және фокустайды, бұл кескіннің көздің дәл алдында емес, табиғи көру қашықтығында пайда болуына мүмкіндік береді.

Қазіргі уақытта дизайнның екі негізгі әдісі бар:

Шығу-қараушыны қалыптастырушы жүйе аралық кескінді жасау арқылы шығу-қарашықтың диапазонын кеңейтеді, бұл пайдаланушыға көздері қозғалған кезде де анық көріністі сақтауға мүмкіндік береді, осылайша көру сызығының жылжуынан кескіннің жоғалуын болдырмайды.

Шығатын қарашық түзбейтін жүйе көзге параллель дерлік жарықты бағыттайды, бұл кескінді көру қашықтығында көрсетеді, бұл көздің шаршауын азайтуға көмектеседі.

Оның негізгі мақсаты көздің табиғи қозғалысын қамтамасыз ету және ұзақ пайдалану кезінде жайлылықты сақтай отырып, көрнекі айқындықты қамтамасыз ету болып табылады.

Бұл үш компонент адам көзі соңғы буын қызметін атқаратын толық оптикалық жүйені құрайды. Кескін генераторы визуалды мазмұнды жасайды; бейнелеу оптикасы кескінді үлкейтеді және пішіндейді; ал оптикалық комбайн кескіннің көзге қалай жеткізілетінін және оның шынайы әлеммен үйлесетінін анықтайды.

Кескіндерді физикалық бетке проекциялаудың орнына, жүйе виртуалды кескінді және виртуалды шығу оқушысын тікелей жасайды. Көз осы аймақта орналасқанда, линза жарықты тікелей торға бағыттайды, бұл микродисплейдің кескінін кеңістікте ілулі тұрған үлкен экран ретінде көрсетеді.

Көзге жақын дисплейді жоғары технологиялық терезе ретінде елестетіп көріңіз: кескін генераторы терезеде көрсетілетін көріністі білдіреді; бейнелеу оптикасы сахнаны кеңірек және алысырақ көрсететін арнайы әйнек ретінде әрекет етеді; және оптикалық біріктіргіш терезенің мөлдір немесе мөлдір еместігін анықтайды. Бұл элементтер бірге тереңдік, ауқымдылық және батыру сезімін жасайды, көзге жақын дисплейдің бірегей көрнекі тәжірибесін анықтайды.

NED өлшеу қиындықтары

Көзге жақын дисплейлерді (NED) өлшеу және бағалау әдеттегі экрандар үшін қолданылатын сынақ әдістерінен түбегейлі ерекшеленеді. Бұл құрылғылар адам көзімен интерфейс жасау үшін арнайы жасалғандықтан, өлшеу жүйесі жарық түсіріп қана қоймай, әлдеқайда көп жұмыс істеуі керек. Ол адам көзінің геометриясын, қозғалысын және қабылдау сипаттамаларын имитациялауы керек, кішкентай 'көз қорабының' ішінде өлшемдерді камераның кіреберіс қарашығын нақты көз болатын жерге дәл орналастырып, сонымен бірге көздің айналуы мен фокустау механизмдерін есепке алу арқылы орындауы керек.

Бұл бірегей талаптар жиынтығы NED өлшеуін дисплей метрологиясының ең күрделі аспектілерінің біріне айналдырады; ол сондай-ақ көзге жақын дисплей тәжірибесінің сәтті немесе сәтсіздігін анықтайтын екі негізгі факторды тікелей негіздейді: ыңғайлылық пен батыру.

Жайлылық

Жайлылық Near-eye дисплейінің (NED) шаршау немесе ыңғайсыздық тудырмай табиғи, ұзақ пайдалануға мүмкіндік беретінін анықтайды; өлшеу технологиясы инженерлерге пайдаланушының көзқарасына, тепе-теңдік сезіміне және жалпы физикалық тәжірибеге әсер ететін мәселелерді анықтауға және шешуге көмектеседі.

Ең маңызды мәселелердің бірі - Вергенция-қону конфликті (VAC). Табиғи көру кезінде көздер объектіге бекіту үшін ішке қарай жиналады, сонымен бірге сол нысанның орналасқан жеріне сәйкес келетін фокустық қашықтықты реттейді. Дегенмен, көптеген NED жүйелерінде көздер виртуалды нысанға жиналуы мүмкін, ал фокус қашықтығы басқа оптикалық қашықтықта тұрақты болып қалады. Бұл сәйкессіздік көздің шаршауының, шаршаудың, бас айналудың және жүрек айнуының негізгі себебі болып табылады, бұл дизайнда да, өлшеуде де VAC-ны басты басымдыққа айналдырады.

Аппараттық жабдықтың дизайны бірдей маңызды; NED-тер басына орнатылған құрылғылар болғандықтан, салмағы, өлшемдері және ауырлық орталығының тепе-теңдігі кию ыңғайлылығына тікелей әсер етеді. Тіпті ерекше дисплей сапасына қарамастан, тым ауыр немесе нашар теңгерілген құрылғы пайдаланушыға ұзақ уақыт пайдалануды қиындатады. Өлшеу технологиясы бұл жерде маңызды рөл атқарады, бұл оптикалық конструкциялардың өнімділікті төмендетпей ықшам, жеңіл форма факторына қол жеткізуін қамтамасыз етеді.

Тағы бір маңызды аспект - кеңістіктік конфигурация, әдетте көзді тазарту және көздің рельефі тұрғысынан сипатталады. Көз клиренсі соңғы оптикалық бет пен шығатын қарашық арасындағы қашықтықты білдіреді (әдетте шамамен 20-25 миллиметр), ал көз рельефі соңғы оптикалық бетінен көздің идеалды орнына дейінгі қашықтықты білдіреді. Бұл қашықтықтарды дәл бақылау пайдаланушының ыңғайлылығын, көзілдірікпен үйлесімділігін және жұмыс қауіпсіздігін қамтамасыз ету үшін маңызды.

Осымен тығыз байланысты 'көз қорабы' толық кескінді көру кезінде көз қозғала алатын кеңістік ауқымын анықтайды. Жақсы жобаланған көз қорабы кескінді кесу немесе бұрмалаусыз табиғи көз қозғалысына мүмкіндік береді. Әртүрлі пайдаланушылар үшін тұрақты ыңғайлы тәжірибені қамтамасыз ету үшін өлшеу әдістері көз қорабының өлшемін де, орнын да бағалауы керек.

Бұдан басқа, жүйе пайдаланушының вестибулярлық жүйесін - тепе-теңдік пен кеңістікті бағдарлауға жауапты сенсорлық жүйені есепке алуы керек. Егер бір немесе екі көздің көрнекі сигналдары сәйкес келмесе, ми оларды қарама-қайшы қозғалыс ақпараты ретінде түсіндіруі мүмкін, бұл ыңғайсыздыққа немесе қозғалыс ауруына әкелуі мүмкін. Дәл өлшеу мұндай сенсорлық сәйкессіздіктердің алдын алуға көмектеседі.

Батыру

Батыру виртуалды тәжірибенің шынайылығы мен өтімділігін анықтайды. Көзге жақын дисплей (NED) жоғары иммерсивті сандық мазмұнның тұрақты, сезімтал және көрнекі түрде шынайы болуын қамтамасыз етеді.

Көру өрісі (FOV) батыруға әсер ететін маңызды фактор болып табылады. Кеңірек FOV пайдаланушының визуалды кеңістігін көбірек толтырады және қатысу сезімін арттырады, бірақ ол жиі ажыратымдылықты азайту немесе кішірек көз ұясы сияқты айырбастарды талап етеді. Өлшеу технологиясының маңызды рөл атқаратыны дәл осы келіссөздер арасындағы оңтайлы тепе-теңдікті табу.

Ажыратымдылық пен кескіннің анықтығы да көрнекі сапада маңызды рөл атқарады. Пиксель тығыздығының жеткіліксіздігі жеке пикселдер немесе олардың арасындағы бос орындар анық көрінетін 'экран есік эффектісіне' әкелуі мүмкін. Көзге жақын дисплейлерде ажыратымдылық әдетте пайдаланушының көру өрісінің әрбір дәрежесінде көрсетілетін пикселдер санын білдіретін бір дәрежедегі пикселдермен (PPD) өлшенеді.

PPD AR және VR жүйелері үшін ең маңызды өнімділік көрсеткіштерінің бірі болып табылады; жоғары мәндер айқынырақ кескіндер мен табиғи көрнекі тәжірибені көрсетеді.

Өлшеу жүйелері ажыратымдылық пен кескіннің анықтығын бағалау үшін модуляцияны тасымалдау функциясы (MTF) талдауы сияқты құралдарды пайдаланады, осылайша оптикалық жүйенің ұсақ бөлшектерді шығару мүмкіндігін бағалайды. PPD өлшемдерін MTF талдауымен біріктіру арқылы инженерлер ыңғайлы және әсерлі пайдаланушы тәжірибесін ұсыну үшін дисплей жеткілікті анықтықты ұсына алады ма, жоқ па, оны жан-жақты бағалай алады.

Жарықтық пен контраст шынайылық пен оқылуға айтарлықтай әсер етеді. Иммерсивті дисплейлер терең қара түстерді көрсету үшін жоғары контрастты қажет етеді, ал көрнекі AR жүйелері сандық мазмұнның жарқын, күрделі нақты фондарда анық көрінуін қамтамасыз етуі керек.

Кешігу - батыруға әсер ететін тағы бір маңызды параметр; бас қозғалысы мен визуалды дисплейді жаңарту арасындағы кез келген елеулі артта қалу адам болу сезімін бұзады және тіпті қозғалыс ауруын тудыруы мүмкін. Дәл өлшеу жүйенің жауап беру қабілетінің жылдам әрі тұрақты болуын қамтамасыз етеді.

Көрінетін дисплейлер үшін өріс тереңдігін басқару өте маңызды — пайдаланушылар бір уақытта сандық мазмұнды да, физикалық нысандарды да жиі қайталаусыз анық көре алуы керек; әйтпесе, батыру сезімі бірден құлайды.

Дереккөз: UPRtek