Varjo體驗(yàn)手記:“物理移動(dòng)”的注視點(diǎn)顯示是否可行?
位于赫爾辛基的初創(chuàng)公司Varjo曾展示過AR透視組件和“人眼分辨率”VR頭顯,并參展了于5月召開的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)國際展(AWE),而AR硬件/軟件企業(yè)Rave的首席科學(xué)家Karl Guttag參加了這次大會(huì),并于日前分享了他的經(jīng)歷。以下是映維網(wǎng)的具體整理:
1. 介紹
我早就應(yīng)該分享2018年5月底在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)國際展(AWE)的經(jīng)歷。在2017年撰寫了兩篇文章后,我很想看看Varjo的技術(shù)。Varjo在最近的新聞中宣布完成了3100萬美元的B輪融資,而他們非常好人,邀請(qǐng)我前往套房體驗(yàn)一些演示內(nèi)容,并允許我自由拍攝照片。
我希望知道的事情是:1.實(shí)際效果如何;2.他們是否已經(jīng)解決 眼動(dòng)追蹤 和注視點(diǎn)顯示圖像運(yùn)動(dòng)(我在2017年的文章中曾表示質(zhì)疑)。答案是:1.當(dāng)你目視前方時(shí),效果非常優(yōu)秀,但如果朝四周看,你會(huì)看到邊界;2.“不完全如此”。
盡管未能體驗(yàn)Varjo的眼動(dòng)追蹤和顯示運(yùn)動(dòng)演示令人感到失望,但我確實(shí)欣賞他們的透視AR演示,在一定程度上可以說相當(dāng)驚艷。這家公司表示,他們剛好在國際展之前準(zhǔn)備好了這個(gè)AR演示內(nèi)容。雖然有點(diǎn)原始,但它仍然有效地說明了Varjo的概念設(shè)計(jì)。
2. 注視點(diǎn)顯示器
注視點(diǎn)顯示技術(shù)主要依賴于人類視覺僅在眼睛中心具有高分辨率。這個(gè)概念將以高分辨集中渲染眼睛注視位置的圖像,而在其他位置則以低分辨率填充。Varjo將用于VR頭顯的大型平板顯示器,以及用于“注視點(diǎn)”顯示器的小型 OLED 微顯示屏相結(jié)合,并利用分束鏡將兩個(gè)圖像組合在一起。
理論上,分束器應(yīng)該不斷移動(dòng),令來自O(shè)LED微顯示器的圖像追蹤眼睛。盡管理論上很容易實(shí)現(xiàn),但在實(shí)踐中卻很難解決,而且是Varjo沒有公開演示的部分。當(dāng)我在大會(huì)期間詢問為什么不進(jìn)行演示時(shí),Varjo有點(diǎn)莫名其妙地談到了實(shí)驗(yàn)室原型存在噪音的原因,而人們對(duì)靜態(tài)(固定反射鏡和眼動(dòng)追蹤)版本非常興奮,所以他們決定專注于這一點(diǎn)。
3. 靜態(tài)的注視點(diǎn)顯示器
這次演示從他們的靜態(tài)注視點(diǎn)顯示器開始,其包括一個(gè)搭載靜態(tài)光束組合器和微顯示器的VR頭顯版本。如果你直視前方,它確實(shí)“有效”,而且圖像質(zhì)量與Varjo于2017年公布的通過實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)拍攝的圖片一致。
Varjo演示了一系列的圖片,而正如我以往的博文一樣,彩色顯示器往往最難應(yīng)付一張簡單的黑白測試圖。下面就是這樣一種測試圖。相機(jī)確實(shí)傾向于夸大了注視點(diǎn)顯示圖像與平板顯示圖像的過渡,因?yàn)楫?dāng)你直視前方時(shí),只有眼睛一部分能看到這個(gè)區(qū)域,而且分辨率要低得多。
我在中心區(qū)域注意到的一個(gè)問題是,這里出現(xiàn)了一定的色差。對(duì)于注視點(diǎn)顯示器,一個(gè)基本問題是外圍圖像(低分辨率)與注視點(diǎn)圖像(高分辨率)都必須通過相同的主透鏡。他們使用的透鏡可能對(duì)外圍圖像來說已經(jīng)足夠好,但對(duì)于注視點(diǎn)圖像而言畫質(zhì)太低,因此你可以看到色差。
幫我審閱與校對(duì)本文的羅恩·潘森斯基(Ron Panzensky)評(píng)論道,盡管演示內(nèi)容給他留下了深刻的印象,但他認(rèn)為高分辨到底分辨率的過渡非常突兀。我在撰寫第二篇關(guān)于Varjo的文章時(shí)已經(jīng)提到這個(gè)問題。另外因?yàn)橄嗤脑?,缺乏追蹤意味著眼睛可以移?dòng)并注意到追蹤。
下一張照片是一個(gè)更復(fù)雜的場景,而我沒有注意到任何問題。圖像的復(fù)雜性有助于隱藏任何明顯的缺陷(容易在平坦的白色背景上發(fā)現(xiàn))。與此同時(shí),你可以看到注視點(diǎn)區(qū)域的高分辨率(以紅點(diǎn)表示)。
4. 透視AR顯示
我認(rèn)為Varjo的透視AR演示尤其有趣。頭顯前端搭載了兩個(gè)攝像頭,房間為運(yùn)動(dòng)追蹤進(jìn)行了設(shè)置。我相信他們對(duì)這個(gè)演示仍然采用了在光學(xué)方面經(jīng)過修改調(diào)整的 Oculus Rift 頭顯。當(dāng)你戴上頭顯后,你會(huì)看到房間中出現(xiàn)了一個(gè)3D版本的摩托車,你可以走進(jìn)它,環(huán)繞它走動(dòng),而這輛3D摩托車在房間中的表現(xiàn)十分逼真。跟光學(xué)AR不同(如 Magic Leap 和 HoloLens ),虛擬對(duì)象看起來十分穩(wěn)定,沒有鬼影。你很難區(qū)分真實(shí)與虛擬。
當(dāng)你直視前方的時(shí)候,你會(huì)看到一個(gè)看似極高分辨率的圖像,這增加了摩托車就在現(xiàn)場的感覺。但對(duì)于摩托車計(jì)算機(jī)模型的某些特征,它們實(shí)際上可以采用更多的多邊形,因?yàn)橐恍┣€似乎變成了線段,如摩托車后視鏡的后面。
對(duì)于上面的裁剪圖和下面的大圖,我用紅點(diǎn)粗略地勾勒了注視點(diǎn)圖像的邊界。通過相機(jī)你可以看到其中的過渡,但在正視前方時(shí)看不到。
盡管我從頭部運(yùn)動(dòng)到圖像改變之間沒有注意到明顯的延遲,但我在演示過程中沒有非常特意地關(guān)注這個(gè)問題。我同時(shí)沒有關(guān)注注視點(diǎn)顯示區(qū)域的真實(shí)世界情景,但這將顯然受限于攝像頭的分辨率。
5. 對(duì)光學(xué)AR很難的事情通常對(duì)透視AR而言都很輕松,反過來也一樣
我想特別說明的是,與光學(xué)AR相比,透視AR存在其優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)。對(duì)于透視AR而言,光學(xué)AR的一些最困難挑戰(zhàn)幾乎可以說是不值一提。
透視AR在不透明度和硬邊緣遮擋方面具有主要優(yōu)勢,平衡虛擬世界和現(xiàn)實(shí)世界之間的亮度也更容易,而且光學(xué)元件通常也更簡單。
但與光學(xué)AR相比,透視AR同時(shí)存在許多嚴(yán)重的缺點(diǎn)。沒有顯示器可以匹配人類視覺系統(tǒng)。輸入和輸出之間總會(huì)有一定的延遲。現(xiàn)實(shí)世界的焦點(diǎn)沒有正確改變,導(dǎo)致視覺輻輳調(diào)節(jié)沖突。透視AR頭顯將變得更加龐大,并且完全格擋用戶對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的直接視覺感知,從而隔離用戶。
6. 靜態(tài)注視點(diǎn)顯示器可以帶來99%的視覺沖擊,但可能只有1%算得上是解決方案
根據(jù)Varjo在AWE 2018大會(huì)的說法,他們推遲了優(yōu)化眼動(dòng)追蹤和顯示器運(yùn)動(dòng),并專注于構(gòu)建靜態(tài)版本的注視點(diǎn)顯示器。這與他們?cè)缜暗难哉撆c官網(wǎng)的文字有所沖突:“通過實(shí)時(shí)追蹤你的眼睛,Bionic Display能夠?qū)崿F(xiàn)無縫和完全精確的圖像,遠(yuǎn)超于當(dāng)前市場上的任何產(chǎn)品?!?
當(dāng)然,“靜態(tài)”(非眼動(dòng)追蹤)注視點(diǎn)顯示器可以給人留下非常好的第一印象,因?yàn)橛脩裟軌蚋兄椒浅8叻直媛实膱D像。但只局限于用戶直視前方,并且只有很少的眼球運(yùn)動(dòng)。如果視場中出現(xiàn)了像文本這樣的細(xì)節(jié),用戶就會(huì)知道只有中心位置是清晰可見。
遺憾的是,只有眼動(dòng)追蹤才能準(zhǔn)確地令一切在光學(xué)上協(xié)同運(yùn)作,包括令所有對(duì)象焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn),而這是注視點(diǎn)顯示器問題的最困難部分。眼動(dòng)追蹤存在一系列難以解決的問題,如軟件/算法,移動(dòng)注視點(diǎn)圖像,以及整體光學(xué)元件。
7. 總結(jié)
有充分的理由相信注視點(diǎn)渲染可能會(huì)用于減少VR頭顯的計(jì)算負(fù)荷。諸如英偉達(dá)和 微軟 正在發(fā)表有關(guān)采用大型平板顯示器的研究論文。這些顯示器采用傳統(tǒng)的平板顯示器,并簡單地根據(jù)眼動(dòng)追蹤改變計(jì)算。
小型平板顯示器需要繼續(xù)減小像素尺寸,這反過來又可用于改善角分辨率。第一代VR頭顯(如 Oculus Rift )達(dá)到每像素約為4.4弧分,而Oculus Quest則是每像素約為3弧分。盡管大多數(shù)設(shè)計(jì)師的“目標(biāo)”是每像素約1弧分,但通常來說,每像素約1.5弧對(duì)于大多數(shù)實(shí)際用例而言已經(jīng)“足夠好”,特別是游戲。
問題在于,在平板顯示器能支持“足夠好的”角度分辨率之前,在光學(xué)移動(dòng)的注視點(diǎn)區(qū)域顯示變得實(shí)用之前,具備移動(dòng)的眼動(dòng)追蹤高分辨率區(qū)域的“物理”注視點(diǎn)顯示是否切實(shí)可行。
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