Hai mai provato vertigini o nausea dopo aver visto un film in 3D o aver usato un visore per realtà virtuale? Se è così, è probabilmente perché eri inconsciamente in grado di rilevare le sottili differenze tra la scena 3D virtuale presentata a te e il mondo reale.

Il Santo Graal per i display 3D è produrre una scena che, ai nostri occhi, è indistinguibile dalla realtà. Per realizzare questo, il display dovrebbe ingannare tutti i segnali percettivi che il sistema visivo umano utilizza per percepire il mondo. I nostri occhi percepiscono un'ampia gamma di colori, una vasta gamma di intensità, e numerosi spunti per percepire la profondità. Tra questi, probabilmente il più difficile da ingannare è la capacità di percezione della profondità. Come risulta, questo ha enormi implicazioni per i televisori 3D, film, dispositivi di realtà virtuale e aumentata.

I nostri occhi percepiscono la profondità utilizzando due segnali dominanti. Il primo segnale si chiama vergenza, dove gli occhi ruotano per portare lo stesso oggetto al centro del campo su entrambi gli occhi; quando l'oggetto è vicino (diciamo vicino al naso), gli occhi ruotano molto per fissarsi su di essa e quando è lontana, ruotano di meno. Questo è un segnale forte per percepire la profondità. Il secondo indizio si chiama accomodamento, dove l'occhio cambia la lunghezza focale della lente oculare per mettere a fuoco un oggetto. Proprio come una macchina fotografica, un oggetto appare nitido solo quando l'occhio è focalizzato su di esso. Vergenza e sistemazione si guidano a vicenda, cioè., quando gli occhi si fissano su un oggetto usando la vergenza, i segnali di accomodamento assicurano che l'oggetto venga messo a fuoco. Senza questo stretto accoppiamento tra vergenza e accomodamento, non saremmo in grado di vedere il mondo in tutta la sua nitidezza e non saremmo in grado di percepire anche la profondità.

I ricercatori della Carnegie Mellon University (CMU) hanno progettato una nuova tecnologia per abilitare segnali di accomodamento naturale nei display 3D. La tecnologia funziona generando molti display virtuali situati a diverse profondità. Le profondità sono disperse abbastanza densamente da non poterle differenziare dal mondo reale, almeno in termini di percezione della profondità. Questa idea di mettere strati di display a diverse profondità non è nuova; però, la tecnologia proposta dai ricercatori CMU può generare un ordine di grandezza in più di visualizzazioni rispetto ai metodi esistenti, fornendo così un'immersione senza precedenti. La Figura 1 confronta un tipico display VR con il display proposto. Come si può vedere, il display proposto cambia l'obiettivo utilizzato nei tipici display VR con uno che può modificare la sua lunghezza focale. Modificando la lunghezza focale ad alta frequenza, monitoraggio, e coordinando quel cambiamento con un display veloce, il display proposto supera le limitazioni affrontate dalla maggior parte dei display esistenti.

Un vantaggio dell'utilizzo della tecnologia di visualizzazione proposta può essere visto dalla Figura 2. La scena mostrata nella figura contiene oggetti in un'ampia gamma di profondità. Per esempio, la luna è all'infinito, le nuvole sono a miglia di distanza, gli alberi sono a pochi metri di distanza, e la casa è a pochi centimetri da noi. Abbiamo catturato la scena vista da una telecamera focalizzata a diverse profondità, imitando il cambiamento di messa a fuoco del nostro occhio, e creato un video da queste immagini. Si noti che la fotocamera è completamente indipendente dal display, il che significa che il display non sa dove si trova la fotocamera o dove sta guardando il nostro occhio. Come si può vedere dal video, il display genera segnali di messa a fuoco e sfocatura naturali, cioè., un oggetto diventa nitido quando è a fuoco e sfocato quando la messa a fuoco della fotocamera si allontana. Ciò significa che il display genera il segnale di accomodamento.

I dispositivi di realtà virtuale e aumentata trarranno vantaggi significativi da questo lavoro. I dispositivi odierni producono immersione soddisfacendo solo il segnale di vergenza e, per la maggior parte, ignorando i segnali di alloggio. Ciò ha conseguenze per l'esperienza dell'utente, portando a disagio e affaticamento dopo un uso prolungato. Il lavoro di CMU mostra che la mancata corrispondenza dei segnali di alloggio riduce anche la risoluzione del display a causa della sfocatura sfocata. In questo senso, la tecnologia sviluppata presso CMU è molto attuale e potrebbe aprire la strada a un'esperienza AR/VR molto più coinvolgente.

Questo articolo descrive il lavoro pubblicato e presentato alla conferenza SIGGRAPH Asia nel dicembre 2018.

La National Science Foundation ha sostenuto la ricerca nell'ambito di un programma di sviluppo della carriera precoce (CARRIERA) di facoltà.