AR көзілдірігі үшін үлкен серпіліс! Шанхайдағы Цзяо Тонг университетінің командасы окклюзияға қабілетті AR дисплейлеріндегі жарықты өткізу қиындықтарын жеңетін масканы теңестіру схемасын ұсынды.

2026 жылы Шанхай Цзяо Тонг университетінің, Грац технологиялық университетінің (Австрия), Нара ғылым және технология институтының (Жапония) және Чжэцзян ғылым және технология университетінің зерттеушілерінен тұратын бірлескен топ 'Масканы теңдестіру: қабылдауға негізделген динамикалық көріну қабілетін жақсарту-Optablehr-Tocclu- ' Бейнелеу және компьютерлік графика бойынша IEEE Transactions беделді журналында көрсетіледі . Зерттеу бір мезгілде поляризациялық оптикалық жолдарды оңтайландыру және адамның өнеркәсіптік түйсінуіне және адамның өнеркәсіптік визуалды қабылдауына кедергі келтіретін окклюзияға қабілетті AR басы арқылы өтетін AR дисплейлеріндегі (OC-OSTHMDs) өте төмен нақты жарық өткізгіштігі сияқты маңызды салалық мәселені шешетін инновациялық 'Масканы теңдестіру' шешімін ұсынады. AR көзілдірігі.

I. Өнеркәсіптің негізгі ауыру нүктесі: пикселдік деңгейдегі окклюзия жарықтылықтың қайтымсыз жоғалуына әкеледі

Виртуалды және нақты элементтер арасында өзара окклюзияға қабілетті оптикалық AR басына орнатылған дисплейлер (OC-OSTHMDs) виртуалды нысандарды шынайы тереңдікпен және физикалық ортаға үздіксіз интеграциямен көрсету үшін өте маңызды. Олар пиксель деңгейіндегі кескіннің окклюзиясына қол жеткізу үшін кеңістіктік жарық модуляторларын (SLM) пайдаланады, осылайша дәстүрлі жартылай мөлдір AR жүйелеріндегі виртуалды кескіндермен байланысты 'қалқымалы фантом' мәселесін шешеді. Дегенмен, қолданыстағы оптикалық архитектуралар жарықтың өтуіне қатысты сөзсіз кемшіліктерге ұшырайды:

1. Окклюзия әсеріне қол жеткізу үшін нақты әлем сахнасынан түсетін жарық поляризациядан өтуі керек, нәтижесінде жарықтық бірден 50% жоғалады;

2. SLMs, поляризациялық сәулені бөлгіштер (PBS) және оптикалық біріктіргіштер сияқты бірнеше құрамдастардың қабаттасуына байланысты сигналдың әлсіреуі теориялық максималды жарық беруді 20%-дан төмен шектейді, нақты прототиптер көбінесе 7%-дан азына жетеді;

3. Поляризация құрамдастарының көп оптикалық жолының шағылыстары және спектрлік жоғалтулары қоршаған ортаның жарықтығын одан әрі төмендетеді; күңгірт ішкі ортада шынайы дүние көрінісі тым қараңғы болып, қауіпсіздікке қауіп төндіре отырып, пайдаланушының бақылауы мен өзара әрекеттесуіне кедергі келтіреді.

Алдыңғы шешімдер, ең алдымен, SLM өткізгіштігін арттыру, шағылыстыратын LCoS/DMD технологияларына ауысу немесе фотохромды материалдарды зерттеу сияқты аппараттық итерацияларға бағытталған. Дегенмен, оптикалық құрамдас бөліктер жарықты өткізуде физикалық шектеулерге тап болады, ал фотохромдық тәсілдер баяу жауап беру уақыты және пикселдік деңгейдегі окклюзия дәлдігі сияқты кемшіліктерден зардап шегеді, бұл виртуалды және нақты әлем жарықтық деңгейлері арасындағы қайшылықты түбегейлі шеше алмайды. Виртуалды нысандар үшін шынайы окклюзия тереңдігі қажеттілігін нақты әлемнің жоғары көріну талабымен теңестіру жаңа буын AR құрылғыларын жаппай коммерцияландыру үшін маңызды кедергі болды.

II. Техникалық инновация: қос поляризациялық оптикалық жолды біріктіру + қабылдауға негізделген динамикалық модуляция

Тек жеке аппараттық құрамдастарды жетілдіру тәсілінен шығып, Шанхай Цзяо Тонг университетінің командасы 'масканы теңестіру әдісін' ұсынды. Бұл әдіс шынайы әлемдегі кескін көріністері мен виртуалды көрініс арасындағы жарық беру арақатынасын динамикалық реттеу үшін адамның көрнекі қабылдауының сандық моделімен арзан поляризациялық жолдың модификацияларын біріктіреді. Бүкіл шешім тек қана айналмалы сызықтық поляризаторды (Balancing LP) бар OC-OSTHMD (Optical See-Through Head-Mounted Display) жүйесіне қосуды талап етеді, бұл жоғары үйлесімділік пен төмен модификация құнын ұсынады.

1. Қос поляризациялық оптикалық синтез архитектурасы

Табиғи жарық поляризациялық сәулені бөлгіш арқылы әрқайсысы белгілі бір функцияны атқаратын екі тәуелсіз поляризация жолына бөлінеді:

s-поляризациялық окклюзия жолы (маскировка көру): түпнұсқа AR оптикалық жүйесі арқылы өтеді және виртуалды мазмұн арқылы нақты дүниенің пиксель деңгейінде окклюзиясына қол жеткізу үшін SLM пайдаланады, бұл айтарлықтай жарық жоғалтуымен болса да, кеңістіктік тереңдік сезімін қамтамасыз етеді;

p-поляризациялық тікелей тарату жолы (нақты дүниені көру): окклюзияға қатысты барлық оптикалық компоненттерді айналып өтіп, жарықтың қосымша әлсіреуінсіз қоршаған көріністің бастапқы жарықтығын толығымен сақтайды.

Жүйе сызықтық поляризатор мен поляризациялық сәулені бөлгіш арасындағы φ бұрышын реттеу үшін айналмалы модульді пайдаланады, бұл нақты әлемдегі жарық пен виртуалды кескін жарығын беру коэффициенттерін дәл басқарады. Тасымалдау жылдамдығы келесі формулалармен реттеледі: тікелей нақты әлемді жіберу (T_{pass} = cos^2φ); және жабылған нақты дүние көрінісі мен виртуалды кескін үшін беру (T_{маска}/T_{сурет} = sin^2φ cdot T_{HMD}/T_{дисплей}). Бұл бұрышты реттеу нақты уақыт режимінде көрнекі салмақты ауыстыруға мүмкіндік береді: жарық аз орталарда нақты әлем көрінісін жарықтандыру үшін тікелей жіберу жолының үлесі артады; жоғары жарық орталарында виртуалды нысандардың контрастын жақсарту үшін тікелей жіберу қатынасы төмендейді.

2. Қабылдауға негізделген нақты уақыттағы модуляция жүйесі

Бүкіл динамикалық теңгерімдеу логикасы қос сенсорлық тәсілге негізделген нақты уақытта жұмыс істейді — көзді бақылауды көріністі визуалды талдаумен біріктіреді — және оптикалық аппараттық сипаттамаларға негізделген есептеулерге ғана сүйенбей, адамның көрнекі қабылдау принциптеріне сәйкес келеді:

Нақты дүниенің көріну мүмкіндігін бағалау: Сахна камерасы нақты әлем көрінісін түсіреді және сурет Peli контраст пирамидасының көмегімен жеті жолақты өткізу деңгейіне ыдырайды. Жүйе бағалау метрикасы ретінде 4,7 cpd (бір дәрежедегі цикл) орташа жиілік жолағының Түбірлік шаршы (RMS) контрастын таңдайды. Barten Контраст сезімталдығы функциясын (Barten CSF) көзді бақылау камерасынан алынған қарашық диаметрі деректерімен біріктіру арқылы жүйе нақты уақытта адам көзінің шынайы әлем көрінісін қабылдауы үшін қажетті контрасттың ең төменгі шегін есептейді. Көріну осы стандарттан төмен түссе, жүйе тікелей оптикалық жолдың жарықтығын арттыру үшін поляризация бұрышын автоматты түрде реттейді.

Виртуалды нысанның көрінуін бағалау: Виртуалды кескіннің анықтығын сандық бағалау үшін Вебер контрастын қолдана отырып, жоғары жиілікті құрылымды үлгілерді (мысалы, үйеңкілер, шыршалар) және төмен жиілікті минималистік үлгілерді (мысалы, қояндар, шәйнектер) ажырату үшін виртуалды үлгілерде қуат спектрінің тығыздығы (PSD) талдауы орындалады. Команда адам-субъектілік эксперименттердің екі жинағы арқылы қабылдау шегін калибрледі: виртуалды текстураларды тану үшін маңызды Вебер контрасты 0,537 болып анықталды, ал жарық пен көлеңке әсерлерін тану үшін шекті шек 0,443 болды. Виртуалды кескіннің контрасты осы шектерден төмен түскенде, жүйе виртуалды нысандардың қабылданатын құрылымы мен анықтамасын жақсарту үшін окклюзияның оптикалық жолының салмағын автоматты түрде арттырады.

Жүйе көзді бақылау камерасымен түсірілген ауытқымалы оқушы деректерін тегістейтін, жабдықтың шуын жойып, әртүрлі жарық жағдайлары арасындағы ауысулар кезінде тегіс, тұрақты реттеуді қамтамасыз ету үшін Kalman сүзгісін пайдаланады. Алгоритм жинағы қос ағынды параллелизмді пайдалана отырып жұмыс істейді, көрініс кескінін талдау негізгі көрсету ағынынан тәуелсіз орындалады; бұл AR нақты уақыттағы негізгі рендеринг қозғалтқыштарымен үйлесімді етіп, төмен есептеу шығындарына әкеледі.

III. Адамның қабылдау эксперименттері: көрнекі шектерді сандық бағалау және ұсынылған схеманы тексеру

Қабылдау тепе-теңдігінің нақты негізін құру үшін команда AR немесе компьютерлік графикада тәжірибесі бар барлығы 36 қатысушыны жалдаған Шанхай Цзяо Тонг университетінің Адамды зерттеу этикасы комитетімен бекітілген стандартталған пайдаланушы эксперименттерінің үш жиынтығын жүргізді.

1. Виртуалды текстураны қабылдау эксперименті (12 қатысушы): Үлкен, орташа және кіші өлшемдегі текстуралар әртүрлі кеңістіктік жиіліктері бар виртуалды нысандарды имитациялау үшін пайдаланылды, бұл ішкі ортаның жарықтандыруының төрт деңгейін (29–626 кд/м²). Нәтижелер жоғары жиілікті, жұқа текстуралар визуалды тану үшін жоғары контрастты қажет ететінін көрсетті, ал орташа және төмен жиілікті үлгілер үшін тану шекті мәндері аз ғана ерекшеленеді. Жыныс, AR пайдалану тәжірибесі және оқушы өлшемі сияқты факторлар қабылдау шегіне айтарлықтай әсер етпеді, бұл қатысушы топтағы жоғары дәйекті қабылдау үлгілерін көрсетеді.

2. Виртуалды жарық пен көлеңкені қабылдау эксперименті (24 қатысушы): Жұптастырылған виртуалды модельдер (мысалы, шәйнек, робот, шырша) – біреуі жарық/көлеңке шағылысатын және екіншісі жоқ – салыстырылды. Қатысушылар поляризация бұрышын екі модель көрнекі түрде бірдей болғанша реттеді. Тәжірибе көрсеткендей, жарық пен көлеңке эффектілері жоғары жиілікті бөлшектерді қамтиды, бұл оларды тіпті төмен жиілікті геометриялық модельдерде оңай ажыратуға мүмкіндік береді; кеңістіктік жиілік жарық пен көлеңкелерді қабылдау шегіне статистикалық маңызды әсер етпеді.

3. Көп жарықтандыру сценарийлеріндегі кешенді салыстырмалы эксперимент (12 қатысушы): төрт нақты жарықтандыру жағдайын имитациялау үшін үстел үсті прототипі жасалды: ішкі шамдар өшірулі (8 кд/м²), ішкі шамдар қосулы (135 кд/м²), сыртқы көлеңкелі (287 кд/м²) және сыртқы жарық (287 кд/м²) және сыртқы жарық. Үш шарт арасында соқыр салыстыру жүргізілді: ұсынылған шешім (MB), дәстүрлі оқшауланбаған AR (AR) және статикалық окклюзия гарнитуралары (OC).

· Жарық аз жабық бөлмелер: дәстүрлі AR жетекші (47%), одан кейін осы шешім (44%), ал дәстүрлі окклюзия құрылғылары тек 8% артта қалды;

· Жарқын ішкі орталар: Бұл шешім 42% артықшылықты қамтамасыз етті;

· Сыртқы ашық жарық / көлеңкелі сценарийлер: Бұл шешім дәстүрлі шешімдерден айтарлықтай асып түсіп, сәйкесінше 58% және 53% артықшылық көрсеткіштеріне қол жеткізді;

· Жалпы бағалау: Қатысушылардың 50%-ы маска негізіндегі теңгерім жүйесін таңдады, 36%-ы дәстүрлі окклюзия гарнитурасын таңдады және тек 14%-ы стандартты AR-ды таңдады.

Нақты әлемдегі түсірілімдер айырмашылықтарды анық көрсетеді: дәстүрлі окклюзияға негізделген AR көмегімен шынайы әлем көрінісі барлық ортада қатты шайылған болып көрінеді; стандартты окклюзиясыз AR көмегімен виртуалды мазмұн ашық сыртқы жарықта іс жүзінде жоғалады; керісінше, масканы теңестіру технологиясы жарықтылықты бейімдеп реттейді — ашық ауада виртуалды нысандардың текстурасын, жарықтандыруын және көлеңкелерін толық сақтай отырып, ішкі бөлмеде нақты әлемді анық көруді қамтамасыз етеді — осылайша екі сценарийде де оңтайлы көрнекі тәжірибені қамтамасыз етеді.

IV. Қолданбаның мәні және салалық парадигманың ауысуы

1. Әртүрлі іске асыру сценарийлері

Бұл технологиялық серпіліс кәсіби өнеркәсіптік жағдайларда үлкен практикалық мәнді ұсына отырып, тұтынушы деңгейіндегі AR көзілдіріктерінен асып түседі:

· Өнеркәсіптік жөндеу және бақылау: физикалық механикалық құрылымның нақты көрінісін сақтай отырып, жабдыққа техникалық қызмет көрсету кезінде сызбалар мен аннотацияларды қабаттау;

· Медициналық көмек: адам денесінің шынайы көрінісін цифрлық аннотациялармен үйлестіре отырып, интраоперациялық кескінді қабаттастыру және қалпына келтіру жаттығулары;

· Білім беру және оқыту, көлік ішіндегі навигация, қашықтан ынтымақтастық және архитектуралық дизайн сияқты қолданбалар күрделі жарықтандыру орталарында AR құрылғысының қолайлылығын айтарлықтай арттырады.

2. AR дисплей дизайнына жаңа көзқарас

Бұл зерттеу саладағы парадигманың ауысуын ұсынады: бұрын AR оптикалық дизайны негізінен аппараттық жарық өткізгіштігі мен ажыратымдылығы сияқты физикалық параметрлерді оңтайландыруға бағытталған болса, бұл зерттеу адамның көрнекі қабылдауы назардан тыс қалмайтын маңызды дизайн өлшемі екенін көрсетеді. Топтың алдыңғы зерттеулері адамның нақты визуалды қабылдауы мен оптикалық құралдармен алынған өлшемдер арасындағы айтарлықтай сәйкессіздікті растады, бұл тек аппараттық құралдарды оңтайландыру ең жақсы көрнекі тәжірибеге қол жеткізе алмайтынын көрсетеді. Қабылдауға негізделген басқару схемасы оптикалық жабдықтың физикалық шектеулерін жеңе алады; ол бір уақытта виртуалды және нақты әлемдегі кескіндердің сапасын жақсартады - құрылғы өлшемі мен құнын төмендетпей - сонымен бірге пайдаланушының көрнекі ыңғайлылығы мен жұмыс қауіпсіздігін қамтамасыз етеді.

V. Ағымдағы шектеулер және болашақ зерттеу бағыттары

Ағымдағы жұмыс үстелінің прототипінде әлі де оңтайландыруға орын бар және команда болашақ итерациялар үшін келесі бағыттарды жоспарлады:

Окклюзия дәлдігін оңтайландыру: шынайы жарықтандыру окклюзия шекараларында шамалы жарықтың ағуын тудыруы мүмкін; болашақ жақсартулар жоғары жарықтылығы бар микро-OLED-ді, түсті компенсациялау алгоритмдерін және тапсырмаға бағытталған теңгерімдеу стратегияларын (жоғары дәлдіктегі модельденген көріністердегі виртуалды окклюзия дәлдігіне басымдық беру) біріктіру арқылы мұны азайтады.

Жарықтықты біркелкі реттеу: Ағымдағы поляризацияның айналу жылдамдығы жоғары, бұл көрнекі ыңғайсыздықты тудыруы мүмкін жарықтылықтың күрт өзгеруіне әкеледі; болашақ даму біркелкі, біртіндеп жарықтық ауысу алгоритмдеріне назар аударады.

Бинокулярлық бейімделудің прототипі: Ағымдағы құрылғы монокулярлы; келесі қадам бинокулярлы масканы теңестіру жүйесін құруды және бинокулярлы визуалды контрастты қабылдау үлгісін қосуды қамтиды.

Автоматты объектінің спектрлік жіктелуі: қабылдау шектерін қолмен конфигурациялау қажеттілігін жоя отырып, виртуалды нысандардың жоғары және төмен жиілікті мүмкіндіктерін нақты уақытта автоматты түрде тануға мүмкіндік береді.

Шанхай Цзяо Тонг университетінің командасы ұсынған масканы теңестіру технологиясы оптикалық трансляциялық AR кең таралуына кедергі келтірген ұзақ уақыт бойына жарықтық қақтығыстарын шешеді. Қос поляризациялық оптикалық жолдар үшін аппараттық жақсартуларды қабылдауға негізделген динамикалық теңгерімдеу алгоритмімен біріктіру арқылы шешімді енгізу оңай және негізгі AR оптикалық архитектураларымен үйлесімді. Адаммен жасалған ауқымды эксперименттер және әртүрлі жарықтандыру сценарийлері арқылы расталған ол бір уақытта барлық жағдайларда – күңгірт ішкі параметрлерден ашық сыртқы орталарға дейін – шынайы ортаның көрінуін және виртуалды нысандардың шынайы құрылымын жақсартады. Көрнекі қабылдау ғылымын көзге жақын дисплей инженериясымен терең біріктіре отырып, бұл технология тұтынушылық, өнеркәсіптік және медициналық секторларда AR құрылғыларын тәулік бойы, нақты әлемде қолдану үшін өміршең шешім ұсына отырып, келесі ұрпақ AR көзілдіріктерін оңтайландырудың жаңа жолын ашады, осылайша зертханалық прототиптерден практикалық өнімдерге дейін оптикалық көру AR-ды ілгерілетеді.

Дереккөз: CINNO