新型3D顯示器使VR免於視覺疲勞的困擾

OFweekVR網訊虛擬現實（VR）耳機讓人最興奮的地方在於，它展示了一個計算機模擬世界和將計算機生成的元素與現實世界疊加起來的增強現實（AR）眼鏡。雖然AR和VR設備正在逐步進入市場，但它們仍然屬於新生事物，而且會導致視覺疲勞，長時間的使用會帶來不適。新型3D顯示器可以通過提高這些可穿戴設備的觀看舒適度來解決這一長期存在的問題。

新型顯示器使用光學映射方式建立了三維圖像。OLED屏幕分為四個子面板，每個子屏幕都有一個二維圖片。空間復用單元（SMU）將每個圖像移動到不同的深度，並且使所有圖像的中心與觀察軸對齊。通過目鏡觀察，每個圖像看起來都在不同的深度。圖片由伊利諾伊大學香檳分校的Liang Gao提供

來自伊利諾伊大學香檳分校的Liang Gao說：「我們想用3D顯示屏替代目前使用的AR和VR光學顯示模塊，以擺脫疲勞的問題。我們的方法可以產生新一代能夠整合到任何類型的AR眼鏡或VR耳機的3D顯示器。」

Gao和Wei Cui在光學學會（OSA）期刊「Optics Letters」上報道了他們的新型光學映射3D顯示器。只有1 x 2英寸，新的顯示模塊可以通過產生深度感來提高觀看舒適度，與我們在現實世界中看到的深度相同。

克服視覺疲勞

目前的VR耳機和AR眼鏡是以呈現兩個二維圖像的方式，提示觀眾的大腦投入到三維場景中。這種類型的立體顯示會引起所謂的視覺輻輳－調節衝突，隨著時間的推移觀眾更難融入圖像，並引起不適感和視覺疲勞。

新型顯示器使用一種稱為光學映射的方法來呈現實際的3D圖像。這是通過將數碼顯示分成幾個子面板來完成的，每個子面板都創建一個二維圖像。子面板圖像被移動到不同的深度位置，所有圖像的中心是對準的。當用戶透過目鏡觀看時，看起來好像每個圖像都處於不同的深度。研究人員還開發了一種混合圖像的演算法，使深度連續顯示以形成統一的3D圖像。

新系統的關鍵器件是空間復用單元，它將子面板圖像軸向移動到指定的深度，同時橫向地將子圖像的中心對準觀察軸。在目前的設計中，空間復用單元由空間光調製器組成，可以根據研究人員開發的特定演算法對光進行修改。

雖然這種方法可以與任何現代顯示技術配合使用，但研究人員採用了一種最新的顯示技術――有機發光二極體（OLED）顯示器，可以用於商業電視和移動設備上。OLED顯示器能夠提供極高的解析度，確保每個子面板都包含足夠的像素以保證清晰的圖像。

Gao說：「人們嘗試過用類似的方法來創建多個平面深度，但是不是同時創建多個深度圖像，而是快速地改變圖像。然而，這種方法卻以犧牲動態範圍或對比度作為代價，因為每個圖像顯示的時間非常短。」

營造深度感

研究人員通過使用它來顯示停車場的複雜場景，並將相機放置在目鏡前面，以記錄人眼將會看到的內容，進而測試該設備。當攝像機聚焦在遠處的汽車上，近景就會離焦。同樣的，相機可能會聚焦在距離較近的汽車上，而遠景就顯得模糊。這個測試證實，新顯示器的焦點變化可以產生深度感知，就像人類感知場景的深度一樣。雖然這個演示是黑白的，但是研究人員說這種技術也可以用來製作彩色圖像，儘管橫向解析度降低了。

研究人員正在努力進一步降低系統的體積、重量和功耗。「未來，我們要用另一種光學器件例如體全息光柵代替空間光調製器。因為除了體積更小，這些光柵不積極消耗功率，這將使我們的設備結構更加緊湊，增加了它對於VR耳機或AR眼鏡的適用性。」

雖然研究人員目前沒有任何商業合作夥伴，但是他們正在與公司進行討論，新顯示器是否可以整合到未來的AR和VR產品中。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！