Trên kính hiển thị một mắt và hai mắt: Không chỉ là một màn hình phụ

Giới thiệu

Trong lĩnh vực kính thông minh, màn hình một mắt và hai mắt đại diện cho hai phương pháp kỹ thuật có vẻ giống nhau nhưng về cơ bản lại khác nhau.

Thoạt nhìn, sự khác biệt dường như chỉ đơn thuần là việc bổ sung công cụ quang học thứ hai — giống như việc nâng cấp điện thoại thông minh từ máy ảnh ống kính đơn lên máy ảnh ống kính kép. Tuy nhiên, khi động cơ quang học này được đặt ngay trước mắt, một câu hỏi cơ bản sẽ được đặt ra:

Nếu màn hình một mắt đã có thể cung cấp thông tin cần thiết thì tại sao lại thêm màn hình cho con mắt thứ hai?

Hệ thống hai mắt và một mắt không chỉ đơn giản thể hiện cấu hình 'cao cấp' so với 'cấp thấp'; đúng hơn, chúng là hai cách tiếp cận riêng biệt để tương tác trực quan.

Một mắt : Đưa thông tin ngay trước mắt

Hai mắt : Đưa thông tin vào môi trường không gian

Bài viết này tìm hiểu—từ góc độ các yếu tố thị giác của con người và sự thoải mái khi đeo—tại sao kính thông minh lại phân thành các phương pháp tiếp cận một mắt và hai mắt, cũng như chính xác điều gì phân biệt hai loại này.

Tại sao con người cần có hai mắt?

Tầm nhìn của con người từ lâu đã hoạt động theo các nguyên tắc sinh lý liên quan đến việc lấy nét đồng bộ, hình ảnh lập thể và trường thị giác cân bằng. Tuy nhiên, một mắt thực sự có khả năng thực hiện rất nhiều nhiệm vụ thị giác; bằng cách sử dụng các tín hiệu về độ sâu bằng một mắt—chẳng hạn như độ tắc, phối cảnh, kích thước tương đối, độ bóng, độ dốc kết cấu và thị sai chuyển động—não có thể suy ra khoảng cách và vị trí không gian của các vật thể. Nói một cách đơn giản, việc chỉ có một mắt không cản trở khả năng sống một cuộc sống bình thường của một người.

Tại sao con người cần có hai mắt?

Mắt người hoạt động một cách tự nhiên theo các nguyên tắc sinh lý liên quan đến khả năng lấy nét hai mắt đồng bộ, hình ảnh lập thể và trường thị giác cân bằng. Tuy nhiên, một mắt thực sự có khả năng thực hiện rất nhiều nhiệm vụ thị giác; bằng cách sử dụng các tín hiệu về độ sâu bằng một mắt—chẳng hạn như độ tắc, phối cảnh, kích thước tương đối, độ bóng, độ dốc kết cấu và thị sai chuyển động—não có thể suy ra khoảng cách và vị trí không gian của các vật thể. Nói một cách đơn giản, ngay cả một người chỉ có một mắt còn hoạt động vẫn có thể có một cuộc sống bình thường.

Chính xác thì hai con mắt đó mang lại điều gì?

Câu trả lời là: chênh lệch hai mắt và hội tụ hai mắt.

Tầm nhìn bằng một mắt : Dựa trên hình ảnh phẳng 2D, não dựa vào các tín hiệu về chiều sâu để đưa ra suy luận thứ cấp. Nó giúp bạn xác định: 'Vật thể nào gần hơn?', 'Con đường kéo dài theo hướng nào?' và 'Vật thể nào đang che khuất vật thể khác?'

Thị giác hai mắt : Sự chênh lệch hai mắt cho phép não đưa ra phán đoán bằng cách so sánh sự khác biệt giữa hình ảnh từ mắt trái và mắt phải, trong khi cơ chế phân cách hỗ trợ neo giữ các vật thể ảo một cách tự nhiên ở độ sâu cụ thể trong không gian thực. Nó cho bạn biết trực tiếp: 'Khoảng cách chính xác của vật thể này so với vật thể kia là bao nhiêu?'

Độ sâu tuyệt đối = Tín hiệu một mắt (khoảng cách/hướng tuyệt đối) × Tín hiệu hai mắt (chênh lệch độ sâu)

Lưu ý: Ở đây, '×' biểu thị sự 'tích hợp'—có nghĩa là nhận thức về độ sâu không gian là kết quả của sự tích hợp có trọng số của nhiều tín hiệu độ sâu một mắt và hai mắt.

Sơ đồ so sánh thị giác một mắt và thị giác hai mắt

Sự khác biệt về trải nghiệm người dùng giữa kính hiển thị một mắt và kính hiển thị hai mắt bắt nguồn từ sự khác biệt cơ bản về logic hình ảnh.

Các yếu tố thị giác của con người và trải nghiệm gần mắt: Một mắt và hai mắt

Hệ thống hiển thị gần mắt có nhiệm vụ đưa ánh sáng vào mắt, nhưng điều cuối cùng quyết định nhận thức và trải nghiệm của người dùng là cách não nhận thức và xử lý thông tin thị giác.

Kính hiển thị một mắt : Những kính này có mô-đun hiển thị—chẳng hạn như động cơ quang học—được gắn trên một thấu kính; Nói một cách đơn giản, một mắt nhìn thế giới thực trong khi mắt kia nhìn thông tin kỹ thuật số.

Kính hiển thị hai mắt : Những mô-đun hiển thị được gắn đối xứng này chiếu hình ảnh ảo đồng thời sang cả hai bên, cho phép hiển thị trực quan 2D và hình ảnh lập thể 3D với khả năng nhận biết chiều sâu.

1.Đầu vào nhận thức thông tin trực quan: Đối đầu và hợp tác

Kính hiển thị một mắt : Màn hình hiển thị ở một bên buộc vỏ não thị giác của não phải xử lý đồng thời 'hình ảnh ảo một mắt' và 'cảnh thế giới thực bằng hai mắt'. Bởi vì não không thể kết hợp những hình ảnh rất khác nhau này thành một khung nhìn lập thể thống nhất, vỏ thị giác phải tham gia vào quá trình ức chế tích cực và chuyển đổi thường xuyên giữa hai con đường thị giác—một hiện tượng được gọi là sự cạnh tranh thị giác. Cơ chế ức chế thần kinh cơ bản này tiêu tốn nguồn lực chú ý đáng kể, dẫn đến sự tập trung bị phân tán và sự mệt mỏi thần kinh của người dùng.

Trải nghiệm hai mắt không cân bằng : lấy nét hai mắt không nhất quán, độ sáng không đồng đều trên toàn trường nhìn và sự cạnh tranh hai mắt;

Trường nhìn bị hạn chế và bị thay đổi : hình ảnh chủ yếu tập trung ở rìa của trường thị giác ở một bên, hạn chế vùng nhìn thấy được và dẫn đến các vấn đề như mờ viền và lệch tiêu cự ở phía đó;

Tải nhận thức quá mức : việc chuyển đổi thường xuyên các con đường thị giác dẫn đến thiếu sự chú ý tập trung.

Kính hiển thị hai mắt : Cả hai mắt đều nhận được hình ảnh giống hệt nhau, đồng bộ, phù hợp với cơ chế hợp tác tự nhiên của mắt người và cách nhìn thế giới theo thói quen. Trong khi việc xem bằng hai mắt giúp loại bỏ sự cạnh tranh về mặt hình ảnh, nó lại tạo ra xung đột giữa ranh giới-điều tiết (VAC); điều này khiến các trung tâm điều khiển của não nhận được các tín hiệu phản hồi thần kinh trái ngược nhau, dẫn đến căng cơ mắt và chóng mặt.

Cơ chế hiệp đồng của thị giác tự nhiên :

Khi nhìn các vật ở gần: mắt hội tụ vào trong + thấu kính hội tụ cho tầm nhìn gần;

Khi nhìn vật ở xa: mắt nhìn song song + thấu kính hội tụ để nhìn xa;

Xung đột sinh lý gây ra bởi màn hình gần mắt :

Góc hội tụ truyền tín hiệu đến não rằng vật thể mục tiêu cách xa 1 mét.

Khoảng cách hình ảnh quang học buộc ống kính phải lấy nét ở khoảng cách 2 mét.

Sơ đồ nguyên lý xung đột giữa ranh giới-thích nghi

2. Xử lý thông tin hình ảnh: Tầm nhìn một mắt liên quan đến việc 'xem thông tin' trong khi tầm nhìn hai mắt liên quan đến việc 'xem không gian.'

Khi nhận được tín hiệu thị giác, não phải thực hiện trích xuất đặc điểm, mô hình hóa không gian và khớp ý định trong vỏ não thị giác. Ở giai đoạn này, các phương pháp tiếp cận một mắt và hai mắt sẽ phân chia thành các lộ trình xử lý hoàn toàn khác nhau:

Hợp nhất hình ảnh và xử lý thông tin

Một mắt : Não dựa vào các tín hiệu về độ sâu bằng một mắt để thực hiện 'suy luận thứ cấp' về thông tin phẳng 2D; logic xử lý thông tin dựa trên sự chồng chất thông tin.

Hai mắt : Bộ não thực hiện các phép tính so khớp bằng cách sử dụng chênh lệch hai mắt để trực tiếp xây dựng mô hình không gian 3D; logic xử lý thông tin dựa trên sự hợp nhất không gian.

Ngưỡng dung sai hai mắt và quá tải xử lý

Hệ thống hiển thị hai mắt hoàn toàn không chỉ đơn giản là 'hai động cơ quang học một mắt kết hợp'. Một khi hình ảnh hiển thị cho mắt trái và mắt phải vượt quá giới hạn chịu đựng sinh lý của mắt người, tải xử lý hình ảnh của não sẽ tăng mạnh; các phản ứng sinh lý và trải nghiệm chủ quan liên quan đến các loại dị thường khác nhau như sau:

Mặc dù màn hình hai mắt mang lại tín hiệu về chiều sâu không gian phong phú và trải nghiệm không gian vượt trội, nhưng chúng cũng tạo thêm gánh nặng nhận thức cho việc phối hợp và đặt ra các rào cản cũng như thách thức kỹ thuật cao hơn liên quan đến việc điều chỉnh các yếu tố con người.

Tầm nhìn hai mắt không phải là 'vốn đã thoải mái hơn'; đúng hơn, nó mang lại mức trần cao hơn cho trải nghiệm hình ảnh đồng thời mang đến những rủi ro lớn hơn liên quan đến trải nghiệm người dùng.

Trải nghiệm đeo thoải mái: Trọng tâm so với trọng lượng

Trong khi công thái học trực quan xác định xem màn hình có rõ ràng hay không và liệu việc xem có gây mệt mỏi hay không, thì trải nghiệm đeo sẽ xác định xem thiết bị có đủ thoải mái để sử dụng hàng ngày hay không.

Kính thông minh không chỉ đơn thuần là màn hình; chúng là những sản phẩm điện tử tiêu dùng được thiết kế để đeo trên mặt trong thời gian dài.

Kính hiển thị một mắt có kiến ​​trúc phần cứng được sắp xếp hợp lý; khi kết hợp với thân máy nhẹ và chip tiêu thụ điện năng thấp, tổng thể sản phẩm sẽ nhẹ hơn. Tuy nhiên, trong quá trình sử dụng kéo dài, sự dịch chuyển trọng tâm có thể dẫn đến lực kẹp không đồng đều từ thái dương, gây khó chịu do áp lực lên một bên đầu (tại thái dương).

Kính hiển thị hai mắt yêu cầu động cơ quang học đối xứng, cáp ruy băng và thấu kính quang học ở cả hai bên; đảm bảo hoạt động đồng bộ của các động cơ quang học kép trong khi cân bằng chất lượng hình ảnh và thời lượng pin thường đòi hỏi pin lớn hơn, điều này càng làm ảnh hưởng đến thiết kế nhẹ của thiết bị. Trải nghiệm của người dùng với các sản phẩm có bán trên thị trường cho thấy áp lực đáng kể lên tai và mũi. Tuy nhiên, sự phân bổ trọng lượng đối xứng mang lại lợi thế là sự phù hợp an toàn và ổn định hơn.

Kính hiển thị một mắt so với Kính hiển thị hai mắt

Phần kết luận

Việc lựa chọn giữa kính một mắt và kính hai mắt không chỉ đơn thuần là vấn đề logic kỹ thuật; nó đòi hỏi phải giải quyết câu hỏi cơ bản: mục đích ban đầu của sản phẩm là gì? Thiết kế một mắt mang lại hiệu quả chi phí tức thì tốt nhất và trọng lượng nhẹ hơn—mang lại thông số kỹ thuật vượt trội trên giấy—nhưng không thể đảm bảo trải nghiệm hình ảnh tối ưu. Ngược lại, thiết kế hai mắt đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về cơ chế sinh lý của thị giác hai mắt và đòi hỏi phải điều hướng các tiêu chuẩn cao hơn về tính nhất quán quang học, phản ứng tổng hợp hai mắt phức tạp và kỹ thuật yếu tố con người nghiêm ngặt, bên cạnh sự cân bằng giữa trọng lượng, mức tiêu thụ điện năng và sự thoải mái của người đeo. Màn hình hai mắt không chỉ đơn giản là thêm một màn hình phụ.

Nguồn: Phòng thí nghiệm S-Dream