AR нүдний шилний томоохон нээлт! Шанхайн Жяо Тонг их сургуулийн баг битүүмжлэх чадвартай AR дэлгэцийн гэрлийн дамжуулалтын сорилтыг даван туулах маск тэнцвэржүүлэх схемийг санал болгов.

2026 онд Шанхайн Жиао Тонг Их Сургууль, Грац Технологийн Их Сургууль (Австри), Нара Шинжлэх Ухаан Технологийн Хүрээлэн (Япон), Жэжяны Шинжлэх Ухаан Технологийн Их Сургуулийн судлаачдаас бүрдсэн хамтарсан баг 'Маск тэнцвэржүүлэх: Ойлголтоор удирдуулсан динамик харагдах байдлыг сайжруулах' гэсэн гарчигтай судалгааг нийтэлжээ. IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics сэтгүүлд'-г харуулав . Энэхүү судалгаа нь туйлшралын оптик замыг нэгэн зэрэг оновчтой болгож, үйлдвэрлэлийн гол ойлголтыг хэрэглэгчдэд хүргэх, арилжааны түвшинд хүрэхэд саад тотгор учруулах замаар битүүмжлэх чадвартай оптик AR толгойд суурилуулсан дэлгэц (OC-OSTHMDs) дахь бодит гэрлийн хэт бага дамжуулалт зэрэг салбарын чухал сорилтыг шийдвэрлэх шинэлэг 'Маск тэнцвэржүүлэх' шийдлийг танилцуулж байна. AR нүдний шил.

I. Үйлдвэрийн үндсэн өвдөлтийн цэг: Пикселийн түвшний бөглөрөл нь эргэлт буцалтгүй гэрэлтүүлгийн алдагдалд хүргэдэг.

Виртуал болон бодит элементүүдийн хооронд харилцан хаалт хийх чадвартай оптик нэвт харагддаг AR толгойд суурилуулсан дэлгэцүүд (OC-OSTHMDs) нь виртуал объектуудыг бодитой гүн, физик орчинд саадгүй нэгтгэхэд зайлшгүй шаардлагатай. Тэд орон зайн гэрлийн модуляторуудыг (SLMs) ашиглан пикселийн түвшний дүрсний бөглөрөлд хүрэхийн тулд уламжлалт хагас тунгалаг AR систем дэх виртуал зурагтай холбоотой 'хөвөгч хий үзэгдэл' асуудлыг шийддэг. Гэсэн хэдий ч одоо байгаа оптик архитектурууд нь гэрлийн дамжуулалттай холбоотой зайлшгүй дутагдалтай байдаг.

1. Битүүмжлэлийн эффектийг бий болгохын тулд бодит ертөнцөөс гарч буй гэрэл туйлшралд өртөх ёстой бөгөөд үүний үр дүнд гэрэлтэлт нь шууд 50% алдагдана;

2. SLM, туйлшруулагч цацраг задлагч (PBS), оптик нэгтгэгч зэрэг олон бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг давхарласанаас үүссэн дохионы сулрал нь онолын хувьд хамгийн их гэрлийн дамжуулалтыг 20% -иас доош хязгаарладаг ба бодит загварууд нь ихэвчлэн 7% -иас бага түвшинд хүрдэг;

3. Олон тооны оптик замын тусгал ба туйлшралын бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн спектрийн алдагдал нь орчны гэрэлтүүлгийг улам бүр бууруулдаг; Бүдэг дотоод орчинд бодит ертөнц хэт харанхуй болж, хэрэглэгчийн ажиглалт, харилцан үйлчлэлд саад болж, аюулгүй байдалд эрсдэл учруулдаг.

Өмнөх шийдлүүд нь SLM дамжуулалтыг нэмэгдүүлэх, цацруулагч LCoS/DMD технологид шилжих эсвэл фотохром материалыг судлах гэх мэт техник хангамжийн давталтуудад голчлон анхаарч ирсэн. Гэсэн хэдий ч оптик бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь гэрлийн дамжуулалтын физик хязгаарлалттай тулгардаг бөгөөд фотохромик аргууд нь хариу үйлдэл үзүүлэх хугацаа удаан, пикселийн түвшний бөглөрлийн нарийвчлал хангалтгүй зэрэг сул талуудтай тул виртуал болон бодит ертөнцийн гэрэлтүүлгийн түвшний хоорондын зөрчлийг үндсээр нь шийдэж чадахгүй. Виртуал объектуудын бодит түгжрэлийн гүний хэрэгцээг бодит ертөнцийг өндөр харагдахуйц байлгах шаардлагыг тэнцвэржүүлэх нь дараагийн үеийн AR төхөөрөмжүүдийг олноор нь арилжаалахад саад болж байна.

II. Техникийн шинэчлэл: Хос туйлшралын оптик зам хайлуулах + ойлголтод тулгуурласан динамик модуляц

Зөвхөн бие даасан техник хангамжийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг сайжруулах арга барилаас хальж, Шанхайн Жяо Тонг их сургуулийн баг 'маск тэнцвэржүүлэх аргыг' санал болгов. Энэ арга нь бодит ертөнц болон виртуал дүр зураг хоёрын хоорондох гэрлийн дамжуулалтын харьцааг динамикаар тохируулахын тулд хямд өртөгтэй туйлшралын оптик замын өөрчлөлтийг хүний ​​харааны ойлголтын тоон загвартай хослуулсан. Бүх шийдэл нь одоо байгаа OC-OSTHMD (Optical See-Through Head-Mounted Display) дээр эргэдэг шугаман туйлшруулагч (Balancing LP) нэмэх шаардлагатай бөгөөд энэ нь өндөр нийцтэй байдал, өөрчлөлтийн зардал багатай.

1. Хос туйлшралын оптик хайлуулах архитектур

Байгалийн гэрлийг туйлшруулагч цацраг задлагчаар хоёр бие даасан туйлшралын замд хуваадаг бөгөөд тус бүр нь тодорхой үүрэг гүйцэтгэдэг.

s-туйлшралын түгжрэлийн зам (харагдах байдлыг далдлах): Анхны AR оптик системээр дамжин өнгөрч, SLM-ийг ашиглан виртуал контентоор бодит ертөнцийг пикселийн түвшний бөглөрөлд хүрэхийн тулд гэрлийн мэдэгдэхүйц алдагдалтай ч орон зайн гүний мэдрэмжийг өгдөг;

p-туйлшралын шууд дамжуулалтын зам (уугуул бодит ертөнцийн хараа): Битүүмжлэлтэй холбоотой бүх оптик бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг тойрч, нэмэлт гэрлийг сулруулахгүйгээр орчны дүр төрхийн анхны тод байдлыг бүрэн хадгална.

Энэ систем нь эргэдэг модулийг ашиглан шугаман туйлшруулагч ба туйлшруулагч цацраг задлагчийн хоорондох φ өнцгийг тохируулж, бодит ертөнц болон виртуал дүрсний гэрлийн дамжуулалтын харьцааг нарийн хянадаг. Дамжуулах хурдыг дараах томьёогоор зохицуулна: шууд бодит дамжуулалт (T_{pas} = cos^2φ); болон хаагдсан бодит ертөнцийг харах болон виртуал дүрсийг дамжуулах (T_{маск}/T_{зураг} = sin^2φ cdot T_{HMD}/T_{дэлгэц}). Энэ өнцгийг тохируулах нь харааны жинг бодит цагийн горимд шилжүүлэх боломжийг олгодог: гэрэл багатай орчинд бодит ертөнцийг гэрэлтүүлэхийн тулд шууд дамжуулах замын эзлэх хувь нэмэгддэг; өндөр гэрэлтэй орчинд виртуал объектын тодосгогчийг сайжруулахын тулд шууд дамжуулалтын харьцааг бууруулдаг.

2. Мэдэгдэлд тулгуурласан бодит цагийн модуляцийн систем

Динамик тэнцвэржүүлэх логик бүхэлдээ хоёр мэдрэгчтэй арга барил дээр тулгуурлан бодит цагийн горимд ажилладаг бөгөөд нүдний хяналтыг үзэгдлийн харааны шинжилгээтэй хослуулж, зөвхөн оптик техник хангамжийн үзүүлэлтүүд дээр суурилсан тооцоололд тулгуурлахаас илүүтэйгээр хүний ​​харааны мэдрэмжийн зарчимд нийцдэг.

Бодит ертөнцийн харагдах байдлын үнэлгээ: Үзэгдлийн камер нь бодит ертөнцийг харах ба зургийг Peli тодосгогч пирамид ашиглан долоон зурвасын түвшин болгон задалдаг. Систем нь үнэлгээний хэмжигдэхүүн болгон 4.7 cpd (нэг градусын мөчлөг) дунд давтамжийн зурвасын үндэс дундаж квадрат (RMS) ялгаатай байдлыг сонгодог. Barten Contrast Sensitivity Function (Barten CSF)-ийг нүд хянах камерын хүүхэн харааны диаметрийн өгөгдөлтэй нэгтгэснээр систем нь хүний ​​нүд бодит ертөнцийн дүр зургийг мэдрэхэд шаардагдах хамгийн бага тодосгогч босгыг бодит цаг хугацаанд тооцдог. Хэрэв үзэгдэх орчин энэ стандартаас доогуур байвал систем нь шууд оптик замын гэрэлтүүлгийг нэмэгдүүлэхийн тулд туйлшралын өнцгийг автоматаар тохируулдаг.

Виртуал объектын харагдах байдлын үнэлгээ: Өндөр давтамжийн бүтэцтэй загварууд (жишээлбэл, агч мод, гацуур мод) болон бага давтамжийн минималист загваруудыг (жишээлбэл, туулай, цайны сав) хооронд нь ялгахын тулд эрчим хүчний спектрийн нягтралын (PSD) шинжилгээг виртуал загвар дээр хийдэг бөгөөд виртуал дүрсний тод байдлыг тодорхойлоход Веберийн тодосгогчийг ашигладаг. Баг нь хүн-субъект туршилтын хоёр багцаар дамжуулан мэдрэхүйн босго оноог тохируулсан: Виртуал бүтэцийг таних Веберийн эгзэгтэй ялгаа нь 0.537, гэрэлтүүлэг, сүүдрийн нөлөөг таних эгзэгтэй босго нь 0.443 байна. Виртуал зургийн тодосгогч нь эдгээр босго хэмжээнээс доогуур байвал систем нь виртуал объектын мэдрэгчтэй бүтэц, тодорхойлолтыг сайжруулахын тулд бөглөрлийн оптик замын жинг автоматаар нэмэгдүүлдэг.

Энэхүү систем нь Калман шүүлтүүрийг ашиглан нүд хянах камераар авсан сурагчдын хэлбэлзэлтэй өгөгдлийг зөөлрүүлж, төхөөрөмжийн дуу чимээг арилгаж, гэрэлтүүлгийн янз бүрийн нөхцөл хоорондын шилжилтийн үед жигд, тогтвортой зохицуулалтыг хангадаг. Алгоритмын иж бүрдэл нь хоёр урсгалтай параллелизмыг ашиглан ажилладаг бөгөөд үзэгдлийн зургийн анализ нь үндсэн дүрслэлээс хамааралгүй ажилладаг; Энэ нь тооцооллын зардал багатай бөгөөд энэ нь AR бодит цагийн дүрслэх үндсэн хөдөлгүүртэй нийцдэг.

III. Хүний ойлголтын туршилт: Харааны босго хэмжээг тодорхойлох, санал болгож буй схемийг баталгаажуулах

Мэдрэхүйн тэнцвэрт байдлын нарийн суурийг бий болгохын тулд баг нь Шанхайн Жяо Тонг их сургуулийн Хүний судалгааны ёс зүйн хорооноос баталсан гурван багц стандартчилагдсан хэрэглэгчийн туршилтыг хийж, AR эсвэл компьютер графикийн туршлагатай нийт 36 оролцогчийг элсүүлсэн.

1. Виртуал бүтэцтэй ойлголтын туршилт (12 оролцогч): Том, дунд, жижиг хэмжээтэй бүтэцүүдийг орон зайн янз бүрийн давтамжтай виртуал объектуудыг дуурайлган дуурайлган хийхдээ дотоод орчны гэрэлтүүлгийн дөрвөн түвшинг (29–626 cd/m²) хамарсан. Үр дүн нь өндөр давтамжтай, нарийн бүтэц нь харааг танихад илүү их тодосгогч шаарддаг бол дунд болон бага давтамжийн загваруудын таних босго нь хамгийн бага ялгаатай болохыг харуулсан. Хүйс, AR ашиглалтын туршлага, сурагчийн хэмжээ зэрэг хүчин зүйлүүд нь ойлголтын босго түвшинд мэдэгдэхүйц нөлөө үзүүлээгүй нь оролцогчдын бүлэгт маш тогтвортой ойлголтын хэв маяг байгааг харуулж байна.

2. Виртуал гэрэлтүүлэг, сүүдрийг мэдрэх туршилт (24 оролцогч): Хосолсон виртуал загваруудыг (жишээлбэл, цайны аяга, робот, гацуур мод)-нэг нь гэрэлтүүлэг/сүүдрийн тусгалтай, нөгөө нь тусгалгүй - харьцуулсан. Оролцогчид хоёр загвар ижил харагдах хүртэл туйлшралын өнцгийг тохируулсан. Туршилт нь гэрэлтүүлэг, сүүдрийн эффектүүд нь өндөр давтамжийн нарийн ширийн зүйлийг агуулж байдгийг харуулсан бөгөөд энэ нь бага давтамжийн геометрийн загварт ч амархан ялгагдах боломжийг олгодог; Орон зайн давтамж нь гэрэлтүүлэг, сүүдрийн ойлголтын босгонд статистикийн хувьд чухал нөлөө үзүүлээгүй.

3. Олон гэрэлтүүлгийн хувилбарт харьцуулсан иж бүрэн туршилт (12 оролцогч): Дотор гэрэл унтарсан (8 cd/m²), доторх гэрэл асаалттай (135 cd/m²), гадаа сүүдэртэй (287 cd/m²), гадаа гэрэлтдэг (287 cd/m²) гэсэн бодит ертөнцийн гэрэлтүүлгийн дөрвөн нөхцөлийг загварчлахын тулд ширээний загварыг бүтээсэн. cd/m²). Санал болгож буй шийдэл (MB), уламжлалт хаалттай AR (AR), статик бөглөрөлтэй чихэвч (OC) гэсэн гурван нөхцлийн хооронд харалган харьцуулалтыг хийсэн.

· Гэрэл багатай дотоод орчин: Уламжлалт AR тэргүүлэгч (47%), дараа нь энэ шийдэл (44%), харин уламжлалт битүүмжлэлийн төхөөрөмжүүд ердөө 8% -иар хоцорсон;

· Гэрэлт дотоод орчин: Энэхүү шийдэл нь 42% давуу талтай;

· Гадна тод гэрэл / сүүдэртэй хувилбарууд: Энэхүү шийдэл нь уламжлалт шийдлүүдээс илт давуу гүйцэтгэлтэй 58% ба 53% тус тус хүрсэн;

· Ерөнхий үнэлгээ: Оролцогчдын 50% нь маск дээр суурилсан тэнцвэржүүлэх системийг илүүд үзсэн, 36% нь уламжлалт битүүмжлэлийн чихэвч, зөвхөн 14% нь стандарт харагдацтай AR-ыг сонгосон байна.

Бодит ертөнцийн бичлэгүүд ялгааг тодорхой харуулж байна: уламжлалт битүүмжлэлд суурилсан AR-ийн тусламжтайгаар бодит ертөнцийг харах нь бүх орчинд маш муугаар харагддаг; стандарт бус бөглөрөл AR нь виртуал контент нь гадаа хурц гэрэлд бараг алга болдог; Үүний эсрэгээр маск тэнцвэржүүлэх технологи нь гэрлийг дасан зохицох байдлаар тохируулж, гэр доторх бодит ертөнцийг тодорхой харахын зэрэгцээ гадаа тод нөхцөлд виртуал объектуудын бүтэц, гэрэлтүүлэг, сүүдрийг бүрэн хадгалж, ингэснээр хоёр хувилбарт харааны оновчтой байдлыг хангадаг.

IV. Хэрэглээний үнэ цэнэ ба салбарын хэмжээнд парадигмын өөрчлөлт

1. Төрөл бүрийн хэрэгжүүлэх хувилбарууд

Энэхүү технологийн нээлт нь хэрэглэгчийн түвшний AR нүдний шилнээс давж, мэргэжлийн үйлдвэрлэлийн орчинд асар их практик үнэ цэнийг санал болгодог.

· Үйлдвэрийн O&M: Тоног төхөөрөмжийн засвар үйлчилгээний явцад зураг төсөл, тэмдэглэгээг давхарлаж, физик механик бүтцийг тодорхой харах;

· Эмнэлгийн тусламж: Хүний биеийн бодит дүр төрхийг дижитал тэмдэглэгээтэй хослуулан хагалгааны үеийн дүрсийг давхарлах, нөхөн сэргээх сургалт;

· Боловсрол, сургалт, тээврийн хэрэгслийн навигаци, алсын зайн хамтын ажиллагаа, архитектурын дизайн зэрэг програмууд нь гэрэлтүүлгийн нарийн төвөгтэй орчинд AR төхөөрөмжийг ашиглах боломжийг ихээхэн сайжруулдаг.

2. AR дэлгэцийн дизайны шинэ хандлага

Энэхүү судалгаа нь салбар дахь парадигмын өөрчлөлтийг санал болгож байна: AR оптик дизайн нь өмнө нь техник хангамжийн гэрлийн дамжуулалт, нягтрал зэрэг физик үзүүлэлтүүдийг оновчтой болгоход голчлон анхаарч байсан бол энэ судалгаа нь хүний ​​харааны мэдрэмж нь дизайны чухал хэмжигдэхүүн бөгөөд үүнийг үл тоомсорлож болохгүй гэдгийг харуулж байна. Багийн өмнөх судалгаагаар хүний ​​харааны бодит ойлголт болон оптик хэрэглүүрийн хэмжилтийн хооронд ихээхэн зөрүү байгааг баталсан нь зөвхөн техник хангамжийг оновчтой болгох нь харааны хамгийн сайн туршлагад хүрч чадахгүй гэдгийг харуулж байна. Мэдэгдэлд тулгуурласан хяналтын схем нь оптик тоног төхөөрөмжийн физик хязгаарлалтыг даван туулж чадна; Энэ нь төхөөрөмжийн хэмжээ, өртөгийг алдагдуулахгүйгээр виртуал болон бодит ертөнцийн зургийн чанарыг нэгэн зэрэг сайжруулж, хэрэглэгчийн харааны тав тух, үйл ажиллагааны аюулгүй байдлыг хангадаг.

V. Одоогийн хязгаарлалт ба ирээдүйн судалгааны чиглэл

Одоогийн ширээний прототипт оновчлол хийх орон зай байсаар байгаа бөгөөд баг цаашдын давталтуудад дараах чиглэлүүдийг төлөвлөжээ.

Битүүмжлэлийн нарийвчлалыг оновчтой болгох: Бодит гэрэлтүүлэг нь түгжрэлийн хил дээр бага зэрэг гэрэл алдагдах шалтгаан болдог; Цаашдын сайжруулалтууд нь өндөр тод микро-OLEDs, өнгөний нөхөн олговорын алгоритмууд болон даалгаварт чиглэсэн тэнцвэржүүлэх стратегиуд (өндөр нарийвчлалтай загварчилсан дүр зурагт виртуал түгжрэлийн нарийвчлалыг нэн тэргүүнд тавих) нэгтгэх замаар үүнийг багасгах болно.

Гөлгөр гэрэлтүүлгийн тохируулга: Одоогийн туйлшралын эргэлтийн хурд өндөр бөгөөд энэ нь харааны таагүй байдлыг үүсгэж болзошгүй хурц тод өөрчлөлтөд хүргэдэг; Ирээдүйн хөгжил нь гэрэл гэгээтэй, аажмаар шилжих алгоритмууд дээр төвлөрөх болно.

Дуран дасан зохицох прототип: Одоогийн төхөөрөмж нь монокуляр; Дараагийн алхам нь дурангийн маск тэнцвэржүүлэх системийг бий болгох, дурангийн харааны тодосгогчийг мэдрэх загварыг оруулах явдал юм.

Автомат объектын спектрийн ангилал: Виртуал объектын өндөр ба бага давтамжийн шинж чанарыг бодит цаг хугацаанд автоматаар таних боломжийг олгож, ойлголтын босго хэмжээг гараар тохируулах шаардлагагүй болно.

Шанхайн Жиао Тонгийн их сургуулийн багийн санал болгож буй маск тэнцвэржүүлэх технологи нь оптик харагч AR-г өргөнөөр нэвтрүүлэхэд саад болж байсан олон жилийн гэрэлтүүлгийн зөрчлийг арилгадаг. Хос туйлшралын оптик замуудын техник хангамжийн сайжруулалтыг ойлголтод тулгуурласан динамик тэнцвэржүүлэх алгоритмтай хослуулснаар уг шийдлийг хэрэгжүүлэхэд хялбар бөгөөд үндсэн AR оптик архитектуртай нийцдэг. Хүний бие даасан туршилтууд болон гэрэлтүүлгийн олон янзын хувилбаруудаар баталгаажсан бөгөөд энэ нь харанхуй доторх тохиргооноос эхлээд тод гадаа хүртэл бүх нөхцөлд бодит ертөнц болон виртуал объектуудын бодит бүтцийг нэгэн зэрэг сайжруулдаг. Энэ технологи нь нүдний ойрын дэлгэцийн инженерчлэлтэй харааны мэдрэхүйн шинжлэх ухааныг гүн гүнзгий нэгтгэснээр дараагийн үеийн AR нүдний шилийг оновчтой болгох шинэ замыг нээж, өргөн хэрэглээний, аж үйлдвэр, эмнэлгийн салбарт AR төхөөрөмжийг өдөржин, бодит орчинд ашиглах боломжийн шийдлийг санал болгож, лабораторийн прототипээс практик бүтээгдэхүүн рүү чиглэсэн оптик харагдуулах AR-ыг ахиулж байна.

Эх сурвалж: CINNO