Near-Eye Display (NED) технологийн шинжилгээ

Нүдний ойрын дэлгэц (NED) нь нүдэнд ойрхон буюу ихэвчлэн хэдхэн см-ийн зайд ашиглах зориулалттай дэлгэцийн төхөөрөмж юм. Алсын зайнаас хардаг уламжлалт дэлгэцээс ялгаатай нь NED нь дотоод бичил дэлгэцээр үүсгэсэн дүрсийг илүү том, холын виртуал дүрс болгон гаргахын тулд боловсронгуй оптик системийг ашигладаг.

Хэрэглэгчийн ойлгодог зүйл бол дэлгэцийн самбар өөрөө биш, харин үзэхэд тохиромжтой зайд оптик байдлаар дүрслэгдсэн виртуал дүрс юм. Энэ чадвар нь ялангуяа хэмжээ, жин, эрчим хүчний хэрэглээг хатуу хязгаарласан өмсөж болох системд гайхалтай, байгалийн харааны туршлагыг бий болгох үндэс суурь юм.

Үүний үр дүнд NED нь дэлгэцийн гүйцэтгэл, оптик үр ашиг, хэрэглэгчийн тав тухыг тэнцвэржүүлэх нь чухал байдаг орчин үеийн AR болон VR системүүдийн үндсэн боломжийг олгодог технологи гэж улам бүр хүлээн зөвшөөрч байна. Аж үйлдвэр нь илүү практик, өдөр тутмын зүүж болох төхөөрөмжүүд рүү шилжихийн хэрээр нүдний ойрын дэлгэцийн үүрэг нь туршилтын бүрэлдэхүүн хэсэг байснаас бүтээгдэхүүний амжилтанд шийдвэрлэх хүчин зүйл болж хувирсан.

NED нь ихэвчлэн толгойд суурилуулсан дэлгэц (HMDs) болон ухаалаг шилнүүдэд олддог бөгөөд виртуал бодит байдал (VR), нэмэгдүүлсэн бодит байдал (AR), холимог бодит байдал (MR) туршлагын үндсэн технологи болдог.

Нүдний ойрын дэлгэцийн гол оптик бүрэлдэхүүн хэсгүүд

Нүдний ойрын дэлгэц (NED) нь футурист дүр төрхтэй байж болох ч тэдгээрийн оптик системүүд нь үнэндээ ердөө гурван үндсэн бүрэлдэхүүн хэсгээс бүрддэг. Эдгээр бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь дүрсийг бичил дэлгэцээс хэрэглэгчийн нүдний өмнө хөвж байгаа мэт өргөн, тав тухтай виртуал дүрс болгон хувиргахад хамтран ажилладаг.

Дэлгэц / Гэрлийн эх үүсвэр

Нүдний ойрын дэлгэцийн системд дэлгэц (заримдаа гэрлийн эх үүсвэр эсвэл гэрлийн хөдөлгүүр гэж нэрлэдэг) нь дүрсийг үүсгэх эсвэл өөрчлөх үүрэгтэй үндсэн бүрэлдэхүүн хэсэг юм. Энгийнээр хэлбэл, оптик элементүүдээр удирдуулж, хэлбэржүүлэхээс өмнө дүрс нь эндээс үүсдэг.

Дэлгэц/гэрлийн хөдөлгүүр нь дүрсний тод байдал, өнгөний чанар, тод байдал, эрчим хүчний хэмнэлт, хөдөлгөөний уян хатан байдалд шууд нөлөөлдөг нийт харааны гүйцэтгэлд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. AR, VR эсвэл MR системийн тусгай шаардлагаас хамааран өөр өөр технологи ашигладаг. Нүдний ойролцоох оптик системд байдаг нийтлэг дэлгэц, хөнгөн хөдөлгүүрийн технологид:

LCoS (Цахиур дээрх шингэн болор): AR гэрлийн хөдөлгүүрт ихэвчлэн ашигладаг цацруулагч бичил дэлгэцийн технологи. Өндөр нягтралтай, дүрсний маш сайн жигд байдгаараа алдартай LCoS-ийг ихэвчлэн гадаад гэрэлтүүлгийн эх үүсвэр, проекцийн оптиктой хамт ашигладаг.

MicroLED: Өөрийгөө гэрэлтүүлдэг бичил дэлгэцийн технологи нь маш тод, эрчим хүчний хэмнэлттэй. Эдгээр шинж чанарууд нь хүрээлэн буй орчны гэрлийн хөндлөнгийн оролцоог даван туулах нь чухал байдаг AR дэлгэцийн хувьд илүү давуу талтай болгодог.

LBS (Laser Beam Scanning): Лазер туяаг сканнердах замаар зураг үүсгэдэг дэлгэцийн технологи. LBS нь авсаархан, нимгэн оптик дизайныг гаргаж, өндөр гэрэлтүүлгийн гүйцэтгэлийг бий болгож, нимгэн, хөнгөн AR нүдний шилний хамгийн тохиромжтой сонголт болгодог.

OLED (Органик гэрэл ялгаруулах диод): хурдан хариу өгөх хугацаа, өндөр тодосгогч, баялаг өнгөөр ​​алдартай, өөрөө гэрэлтдэг дэлгэцийн технологи. OLED нь VR болон MR ойрын нүдний дэлгэцэнд өргөн хэрэглэгддэг бөгөөд AR-д хэрэглэхэд гэрэл гэгээ, үйлчилгээний хугацаа чухал байдаг.

LCD (Шингэн болор дэлгэц): Гадаад арын гэрэлтүүлэг шаарддаг гэрлийн модуляцын технологи. Хэдийгээр шинэ бичил дэлгэцийн технологитой харьцуулахад энэ нь түүхэн чухал байр суурь эзэлдэг ч түүний тодосгогч харьцаа бага, хариу үйлдэл үзүүлэх хурд нь удаан байдаг тул өндөр зэрэглэлийн нүдний ойрын дэлгэцэнд хэрэглэх нь харьцангуй хязгаарлагдмал байсан.

DLP/DMD систем: микро толины массиваар гэрлийг хувиргадаг дэлгэцийн технологи. DLP/DMD системүүд нь өндөр гэрэл гэгээтэй, дүрсийг нарийн хянах боломжтой боловч нүдний ойролцоох төхөөрөмжид хэрэглэх үед системийн хэмжээ, эрчим хүчний зарцуулалт болон оптикийн нарийн төвөгтэй байдлыг сайтар зохицуулах шаардлагатай.

Оптик туяа нэгтгэгч

Оптик нэгтгэгч нь дүрсийг хэрэглэгчийн нүд рүү хэрхэн дамжуулж, бодит ертөнцтэй хэрхэн нийцэж байгааг хянадаг. Үүний чиг үүрэг нь системийн дизайны зорилгоос хамааран өөр өөр байдаг - зорилго нь бүрэн дүүрэн сэтгэгдэл төрүүлэх туршлага эсвэл дижитал контентыг физик орчинд давхцуулах явдал юм.

VR чихэвч гэх мэт иммерсив системүүдэд оптик нэгтгэгч нь гадаад гэрлийг хааж, хоёр нүдэнд дүрсийг тарааж, хэрэглэгчийг виртуал орчинд бүрэн оруулах боломжийг олгодог.

AR нүдний шил гэх мэт харагдахуйц системд оптик нэгтгэгч нь илүү төвөгтэй үүрэг гүйцэтгэдэг. Энэ нь дижитал дүрсийг бодит ертөнцийн гэрэлтэй хольж, график, текст эсвэл виртуал объектыг хэрэглэгчийн бодит орчинтой тогтвортой, эвтэйхэн нэгтгэх ёстой. Энэ тэнцвэрт байдалд хүрэхийн тулд оптикийн үр ашиг, тод байдал, ил тод байдлыг нарийн хянах шаардлагатай.

AR төхөөрөмжүүд өдөр тутмын амьдралдаа улам бүр нэвтэрч байгаа тул оптик нэгтгэгч нь нүдний ойрын дэлгэцийн дизайны хамгийн хэцүү бөгөөд чухал бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн нэг болжээ. Түүний гүйцэтгэл нь системийн хэмжээ, харааны чанар, хэрэглэгчийн тав тух зэрэгт ихээхэн нөлөөлдөг бөгөөд эцсийн дүндээ нүдний ойрын дэлгэц нь хэрэглэгчийг бодит байдлаас тусгаарлах эсвэл нэмэгдүүлэх эсэхийг тодорхойлдог.

Дүрслэх оптик

Дүрслэлийн оптик систем нь бичил дэлгэцээс дүрсийг томруулж, өргөн, тав тухтай дүрс болгон харуулах үүрэгтэй. Эдгээр линз буюу оптик элементүүд нь гэрлийг хэлбэржүүлж, томруулж, төвлөрүүлж, дүрсийг нүдний өмнө биш харин байгалийн харагдах зайд харуулах боломжийг олгодог.

Одоогийн байдлаар дизайны хоёр үндсэн арга байдаг:

Гарах-харанхуй үүсгэх систем нь завсрын дүрсийг үүсгэснээр гарах-харанхуйн хүрээг өргөтгөж, хэрэглэгч нүд нь хөдөлж байх үед ч тодорхой харагдах боломжийг олгодог бөгөөд ингэснээр харааны шугамын шилжилтийн улмаас дүрс алдагдахаас сэргийлдэг.

Хүүхэн хараа үүсгэдэггүй систем нь нүд рүү бараг зэрэгцээ гэрлийг чиглүүлж, дүрсийг илүү хол зайд харуулдаг бөгөөд энэ нь нүдний ядаргааг багасгахад тусалдаг.

Үүний гол зорилго нь нүдний байгалийн хөдөлгөөнийг зохицуулахын зэрэгцээ харааны тод байдлыг хангах, удаан хугацаагаар хэрэглэхэд тав тухыг хадгалах явдал юм.

Эдгээр гурван бүрэлдэхүүн хэсэг нь хүний ​​нүд эцсийн холбоос болж үйлчилдэг бүрэн оптик системийг бүрдүүлдэг. Зураг үүсгэгч нь харааны агуулгыг бий болгодог; дүрслэлийн оптик нь дүрсийг томруулж, дүрслэх; мөн оптик нэгтгэгч нь дүрсийг нүдэнд хэрхэн хүргэх, бодит ертөнцтэй холилдох эсэхийг тодорхойлдог.

Систем нь дүрсийг физик гадаргуу дээр гаргахын оронд виртуал дүрс болон виртуал гарцыг шууд үүсгэдэг. Нүдийг энэ бүсэд байрлуулах үед линз нь гэрлийг торлог бүрхэвч рүү шууд төвлөрүүлж, бичил дэлгэцийн дүрс нь орон зайд өлгөөтэй асар том дэлгэц мэт харагдана.

Нүдний ойролцоох дэлгэцийг өндөр технологийн цонх гэж төсөөлөөд үз дээ: дүрс үүсгэгч нь цонхны доторх үзэгдлийг илэрхийлдэг; дүрслэлийн оптик нь тусгай шилний үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд энэ нь дүр зургийг илүү өргөн, илүү хол харагдуулдаг; мөн оптик нэгтгэгч нь цонхны тунгалаг эсвэл тунгалаг эсэхийг тодорхойлдог. Эдгээр элементүүд нь хамтдаа гүн, цар хүрээ, дүрэлзэх мэдрэмжийг бий болгож, нүдний ойрын дэлгэцийн өвөрмөц харааны мэдрэмжийг тодорхойлдог.

NED хэмжилтийн сорилтууд

Нүдний ойрын дэлгэцийн (NED) хэмжилт, үнэлгээ нь ердийн дэлгэцэнд ашигладаг туршилтын аргуудаас эрс ялгаатай. Эдгээр төхөөрөмжүүд нь хүний ​​нүдтэй харилцахаар тусгайлан бүтээгдсэн тул хэмжилтийн систем нь зөвхөн гэрлийг барьж авахаас хамаагүй илүү зүйлийг хийх ёстой. Энэ нь хүний ​​нүдний геометр, хөдөлгөөн, мэдрэхүйн шинж чанарыг дуурайж, жижиг 'нүдний хайрцаг' дотор хэмжилт хийж, камерын үүдний хүүхэн харааг бодит нүд байх газар яг нарийн байрлуулж, нүдний эргэлт, фокусыг төвлөрүүлэх механизмыг нэгэн зэрэг тооцох ёстой.

Энэхүү өвөрмөц шаардлагууд нь NED хэмжилтийг дэлгэцийн хэмжилзүйн хамгийн хэцүү талуудын нэг болгодог; Энэ нь нүдний ойрын дэлгэцийн туршлагын амжилт эсвэл бүтэлгүйтлийг тодорхойлдог хоёр үндсэн хүчин зүйлийг шууд үндэслэдэг: тав тух ба дүрэлзэх.

Тайтгарал

Тайтгарал нь нүдний ойрын дэлгэц (NED) нь ядаргаа, таагүй байдал үүсгэхгүйгээр байгалийн, удаан хугацаагаар ашиглах боломжийг олгодог эсэхийг тодорхойлдог; хэмжилтийн технологи нь инженерүүдэд хэрэглэгчийн алсын хараа, тэнцвэрийн мэдрэмж, биеийн ерөнхий туршлагад нөлөөлж буй асуудлуудыг тодорхойлж, шийдвэрлэхэд тусалдаг.

Хамгийн чухал сорилтуудын нэг бол Vergence-Acommodation Conflict (VAC) юм. Байгалийн харааны хувьд нүд нь дотогшоо нэгдэж, объект дээр тогтохын зэрэгцээ тухайн объектын байршилд тохируулан фокусын зайгаа тохируулдаг. Гэсэн хэдий ч олон NED системүүдэд фокусын зай нь өөр оптик зайд тогтмол хэвээр байх үед нүд нь виртуал объект дээр нэгдэж болно. Энэ зөрүү нь нүдний ядаргаа, ядрах, толгой эргэх, дотор муухайрах үндсэн шалтгаан болдог тул VAC-ийг дизайн, хэмжилтийн аль алинд нь тэргүүлэх ач холбогдол өгдөг.

Техник хангамжийн дизайн мөн адил чухал; NED нь толгойд суурилуулсан төхөөрөмж тул жин, хэмжээ, хүндийн төвийн тэнцвэрт байдал нь өмсөхөд тав тухтай байдалд шууд нөлөөлдөг. Дэлгэцийн онцгой чанартай ч гэсэн хэт хүнд эсвэл тэнцвэргүй төхөөрөмж нь хэрэглэгчдэд удаан хугацаагаар ашиглахад хэцүү болгодог. Хэмжилтийн технологи нь энд гол үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд оптик дизайн нь гүйцэтгэлийг алдагдуулахгүйгээр авсаархан, хөнгөн хэлбэрийн хүчин зүйл болдог.

Өөр нэг гол тал бол орон зайн тохиргоо бөгөөд ихэвчлэн нүдийг цэвэрлэх, нүдийг тайвшруулах байдлаар тодорхойлогддог. Нүдний цэвэрлэгээ гэдэг нь эцсийн оптик гадаргуу ба гарах хүүхэн харааны хоорондох зай буюу ихэвчлэн 20-25 миллиметр орчим байдаг бол нүдний тайвшрал нь эцсийн оптик гадаргуугаас нүдний хамгийн тохиромжтой байрлал хүртэлх зай юм. Эдгээр зайг нарийн хянах нь хэрэглэгчийн тав тух, нүдний шилтэй нийцэх, үйл ажиллагааны аюулгүй байдлыг хангахад зайлшгүй шаардлагатай.

Үүнтэй нягт холбоотой 'нүдний хайрцаг' бөгөөд энэ нь зургийг бүрэн харж байхад нүд хөдөлж болох орон зайн хүрээг тодорхойлдог. Сайн зохион бүтээсэн нүдний хайрцаг нь дүрсийг тайрах, гажуудуулахгүйгээр нүдний байгалийн хөдөлгөөнийг хийх боломжийг олгодог. Хэмжилтийн техник нь янз бүрийн хэрэглэгчдэд тав тухтай байдлыг хангахын тулд нүдний хайрцагны хэмжээ, байрлалыг хоёуланг нь үнэлэх ёстой.

Цаашилбал, систем нь хэрэглэгчийн вестибуляр систем буюу тэнцвэр, орон зайн чиг баримжааг хариуцдаг мэдрэхүйн системийг тооцох ёстой. Хэрэв нэг эсвэл хоёр нүднээс гарч буй харааны дохио буруу байрлалтай байвал тархи үүнийг хөдөлгөөний мэдээлэлтэй зөрчилддөг гэж тайлбарлаж, эвгүй мэдрэмж, хөдөлгөөний өвчинд хүргэж болзошгүй. Нарийвчилсан хэмжилт нь мэдрэхүйн мэдрэмжийн зөрчилдөөнөөс урьдчилан сэргийлэхэд тусалдаг.

Усанд оруулах

Усанд орох нь виртуал туршлагын бодит байдал, уян хатан байдлыг тодорхойлдог. Нүдний ойрын дэлгэц (NED) нь дижитал контентыг тогтвортой, мэдрэмжтэй, бодит харагдах байдлыг баталгаажуулдаг.

Харах талбар (FOV) нь усанд дүрэхэд нөлөөлдөг чухал хүчин зүйл юм. Илүү өргөн FOV нь хэрэглэгчийн харааны орон зайг илүү дүүргэж, байгаа байдлыг мэдрэх мэдрэмжийг нэмэгдүүлдэг боловч энэ нь ихэвчлэн багасгасан нягтрал эсвэл жижиг нүдний хайрцаг гэх мэт солилцоог шаарддаг. Хэмжилтийн технологи чухал үүрэг гүйцэтгэдэг эдгээр нөхцлүүдийн хамгийн оновчтой тэнцвэрийг олох явдал юм.

Нарийвчлал, зургийн тодорхой байдал нь харааны чанарт чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Пикселийн нягтрал хангалтгүй байгаа нь 'дэлгэц-хаалганы эффект'-д хүргэж, тус тусад нь пикселүүд эсвэл тэдгээрийн хоорондын зай тодорхой харагдах болно. Нүдний ойролцоох дэлгэцийн нарийвчлалыг ихэвчлэн нэг градусын пикселээр (PPD) хэмждэг бөгөөд энэ нь хэрэглэгчийн харах талбайн бүх градусын пикселийн тоог илэрхийлдэг.

PPD нь AR болон VR системүүдийн гүйцэтгэлийн хамгийн чухал үзүүлэлтүүдийн нэг юм; өндөр утгууд нь илүү тод дүрс, илүү байгалийн харааны мэдрэмжийг илэрхийлдэг.

Хэмжилтийн системүүд нь нарийвчлал, дүрсний тод байдлыг үнэлэхийн тулд модуляц дамжуулах функц (MTF) шинжилгээ зэрэг хэрэгслийг ашигладаг бөгөөд ингэснээр оптик системийн нарийн ширийн зүйлийг хуулбарлах чадварыг үнэлдэг. Инженерүүд PPD хэмжилтийг MTF шинжилгээтэй хослуулснаар дэлгэц нь хэрэглэгчийн тав тухтай, сэтгэл хөдөлгөм туршлагыг бий болгоход хангалттай тодорхой байдлыг санал болгож байгаа эсэхийг цогцоор нь үнэлэх боломжтой.

Гэрэлт байдал, тодосгогч байдал нь бодит байдал, уншихад ихээхэн нөлөөлдөг. Иммерсив дэлгэц нь гүн хар өнгийг харуулахын тулд өндөр тодосгогчийг шаарддаг бол trans-through AR систем нь дижитал контент нь бодит ертөнцийн тод, ээдрээтэй дэвсгэр дээр тод харагдах байдлыг хангах ёстой.

Хоцролт нь усанд ороход нөлөөлдөг өөр нэг чухал үзүүлэлт юм; Толгойн хөдөлгөөн болон харааны дэлгэцийн шинэчлэлтийн хоорондох мэдэгдэхүйц хоцрогдол нь оршихуйн мэдрэмжийг алдагдуулж, хөдөлгөөний эмгэгийг өдөөж болно. Нарийвчилсан хэмжилт нь системийн хариу үйлдлийг хурдан бөгөөд тогтвортой байлгах боломжийг олгодог.

Нэвтрэх дэлгэцийн хувьд талбайн гүнийг удирдах нь онцгой чухал байдаг-хэрэглэгчид байнга анхаарлаа төвлөрүүлэхгүйгээр дижитал контент болон физик объектуудыг нэгэн зэрэг тодорхой харж чаддаг байх ёстой; тэгэхгүй бол усанд дүрэх мэдрэмж тэр дороо унана.

Эх сурвалж: UPRtek