На монокуларним и бинокуларним наочарима за екран: више од само додатног екрана

Увод

У домену паметних наочара, монокуларни и бинокуларни дисплеји представљају два техничка приступа која изгледају слично, али се суштински разликују.

На први поглед, чини се да је разлика само у додавању другог оптичког мотора - слично надоградњи паметног телефона са једног сочива на камеру са два сочива. Међутим, када се овај оптички мотор постави тачно испред ока, поставља се фундаментално питање:

Ако монокуларни екран већ може да пружи потребне информације, зашто додати екран за друго око?

Бинокуларни и монокуларни системи не представљају једноставно 'хигх-енд' у односу на 'лов-енд' конфигурације; него су то два различита приступа визуелној интеракцији.

Монокул : доноси информације право пред очи

Двоглед : Поставља информације у просторно окружење

Овај чланак истражује – из перспективе визуелних људских фактора и удобности ношења – зашто су се паметне наочаре разишле у монокуларни и бинокуларни приступ, и шта тачно то разликује.

Зашто су људима потребна два ока?

Људски вид већ дуго функционише у складу са физиолошким принципима који укључују синхронизовано фокусирање, стереоскопско снимање и уравнотежена визуелна поља. Међутим, једно око је у ствари способно да изврши широку лепезу визуелних задатака; коришћењем монокуларних знакова дубине—као што су оклузија, перспектива, релативна величина, сенчење, градијенти текстуре и паралакса кретања—мозак може закључити о удаљености и просторном позиционирању објеката. Једноставно речено, само једно око не омета нечију способност да води нормалан живот.

Зашто су људима потребна два ока?

Људско око природно функционише у складу са физиолошким принципима који укључују синхронизовано бинокуларно фокусирање, стереоскопско снимање и уравнотежена видна поља. Међутим, једно око је у ствари способно да изврши широку лепезу визуелних задатака; коришћењем монокуларних знакова дубине—као што су оклузија, перспектива, релативна величина, сенчење, градијенти текстуре и паралакса кретања—мозак може закључити о удаљености и просторном позиционирању објеката. Једноставно речено, чак и особа са само једним функционалним оком може водити нормалан живот.

Шта тачно пружају та два ока?

Одговор је: бинокуларни диспаритет и бинокуларна конвергенција.

Монокуларни вид : На основу 2Д планарних слика, мозак се ослања на знакове дубине да би направио секундарне закључке. Помаже вам да одредите: 'Који објекат је ближи?', 'У ком правцу се пружа пут?', и 'Који објекат заклања други?'

Бинокуларни вид : Бинокуларни диспаритет омогућава мозгу да доноси пресуде упоређујући разлике између слика левог и десног ока, док механизам вергенције помаже у природном сидрењу виртуелних објеката на одређеним дубинама у стварном простору. То вам директно говори: „Која је прецизна удаљеност овог објекта у односу на онај?“

Апсолутна дубина = Монокуларни знакови (апсолутна удаљеност/оријентација) × Бинокуларни знакови (разлика у дубини)

Напомена: Овде '×' означава 'интеграцију'—што значи да је перцепција просторне дубине резултат пондерисане интеграције више монокуларних и бинокуларних знакова дубине.

Дијаграм који упоређује монокуларни вид и бинокуларни вид

Разлика у корисничком искуству између монокуларних и бинокуларних наочара са екраном произилази из ове основне разлике у логици снимања.

Визуелни људски фактори и искуства у близини ока: монокуларни вс

Системи дисплеја у близини ока одговорни су за испоруку светлости у око, али оно што на крају одређује перцепцију и искуство корисника је начин на који мозак перципира и обрађује визуелне информације.

Монокуларне наочаре за дисплеј : Оне имају модул за приказ—као што је оптички мотор—монтиран на једно сочиво; једноставно речено, једно око гледа стварни свет док друго гледа дигиталне информације.

Наочаре за бинокуларни екран : Ове имају симетрично постављене модуле екрана који пројектују виртуелне слике истовремено на обе стране, омогућавајући 2Д хеадс-уп дисплеје и 3Д стереоскопско снимање са перцепцијом дубине.

1. Унос визуелне перцепције информација: супарнички вс. колаборативни

Монокуларне наочаре за дисплеј : Екран на једној страни приморава визуелни кортекс мозга да истовремено обрађује „монокуларну виртуелну слику“ и „бинокуларну сцену из стварног света“. Пошто мозак не може да стопи ове веома различите слике у јединствен стереоскопски приказ, визуелна кора мора да се укључи у активну инхибицију и честе промене визуелних путања – познате као ривалске промене визуелних путања. Овај основни механизам неуронске инхибиције троши значајне ресурсе пажње, што доводи до подељене пажње и неуронског замора корисника.

Неуравнотежено бинокуларно искуство : недоследно бинокуларно фокусирање, неуједначена осветљеност у видном пољу и бинокуларни ривалитет;

Ограничено и померено видно поље : слике су углавном концентрисане на ивици видног поља на једној страни, ограничавајући видљиву област и доводи до проблема као што су замућене ивице и неусклађеност фокуса на тој страни;

Прекомерно когнитивно оптерећење : честа промена визуелних путева доводи до недостатка фокусиране пажње.

Бинокуларне наочаре : Оба ока примају идентичне, синхронизоване слике, усклађене са природним кооперативним механизмима људског ока и уобичајеним начином посматрања света. Док бинокуларно гледање елиминише визуелно ривалство, оно уводи сукоб вергенције и прилагођавања (ВАЦ); ово узрокује да контролни центри мозга примају контрадикторне сигнале неуронске повратне информације, што доводи до напрезања мишића ока и вртоглавице.

Синергијски механизми природног вида :

Када посматрате оближње објекте: очи се конвергирају ка унутра + фокус сочива за вид на близину;

Када гледате удаљене објекте: очи поравнате паралелно + фокуси сочива за далековидност;

Физиолошки конфликт изазван приказима близу очију :

Угао конвергенције сигнализира мозгу да је циљни објекат удаљен 1 метар.

Оптичка удаљеност за снимање приморава сочиво да се фокусира на 2 метра.

Шематски дијаграм принципа конфликта вергенције-акомодације

2. Визуелна обрада информација: Монокуларни вид подразумева „гледање информација“, док бинокуларни вид подразумева „простор за гледање“.

Након што прими визуелне сигнале, мозак мора да изврши екстракцију карактеристика, просторно моделирање и усклађивање намере унутар визуелног кортекса. У овој фази, монокуларни и бинокуларни приступ се разилазе у потпуно различите путеве обраде:

Фузија слика и обрада информација

Монокуларни : Мозак се ослања на монокуларне знакове дубине да би извршио „секундарни закључак“ о 2Д планарним информацијама; логика обраде информација заснива се на суперпозицији информација.

Бинокуларни : Мозак врши прорачуне подударања користећи бинокуларни диспаритет да би директно конструисао 3Д просторни модел; логика обраде информација заснива се на просторној фузији.

Прагови бинокуларне толеранције и преоптерећење обраде

Систем бинокуларног приказа ни у ком случају није једноставно „два монокуларна оптичка мотора комбинована“. Једном када слика приказана левом и десном оку одступи од физиолошких граница толеранције људског ока, оптерећење визуелне обраде мозга нагло се повећава; физиолошке реакције и субјективна искуства повезана са различитим врстама аномалија су следеће:

Док бинокуларни дисплеји нуде богате знакове просторне дубине и супериорно просторно искуство, они такође намећу додатно когнитивно оптерећење за координацију и представљају веће техничке баријере и изазове у вези са подешавањем људских фактора.

Бинокуларни вид није „инхерентно удобнији“; уместо тога, нуди виши плафон за визуелно искуство док истовремено носи веће ризике у вези са корисничким искуством.

Искуство удобног ношења: центар гравитације у односу на тежину

Док визуелна ергономија одређује да ли је екран јасан и да ли гледање изазива умор, искуство ношења одређује да ли је уређај довољно удобан за свакодневну употребу.

Паметне наочаре нису само екрани; они су потрошачки електронски производи дизајнирани да се носе на лицу током дужег периода.

Монокуларне наочаре са екраном имају модерну хардверску архитектуру; када се комбинује са лаганим кућиштем и чиповима мале снаге, укупан производ је лакши. Међутим, током дуже употребе, померање центра гравитације може довести до неуједначене силе стезања из слепоочница, изазивајући нелагодност услед притиска на једној страни главе (на слепоочници).

Наочаре за бинокуларни екран захтевају симетричне оптичке моторе, тракасте каблове и оптичка сочива са обе стране; обезбеђивање синхронизованог рада двоструких оптичких мотора уз балансирање квалитета слике и трајања батерије често захтева већу батерију, што додатно угрожава лаки дизајн уређаја. Корисничко искуство са комерцијално доступним производима указује на значајан притисак на уши и нос. Међутим, симетрична расподела тежине нуди предност сигурнијег и стабилнијег приањања.

Наочаре за монокуларни екран у односу на наочаре за бинокуларни екран

Закључак

Избор између монокуларних и бинокуларних наочара није само питање техничке логике; захтева адресирање фундаменталног питања: шта је првобитна намера производа? Монокуларни дизајн нуди најбољу тренутну економичност и мању тежину—дајући супериорне спецификације на папиру—али не може гарантовати оптимално визуелно искуство. Супротно томе, дизајн бинокулара захтева дубоко разумевање физиолошких механизама бинокуларног вида и подразумева навигацију према вишим стандардима за оптичку конзистентност, сложену бинокуларну фузију и ригорозни инжењеринг људских фактора, поред компромиса између тежине, потрошње енергије и удобности корисника. Бинокуларни екран подразумева много више од једноставног додавања додатног екрана.

Извор: С-Дреам Лаб