C'è una grande eccitazione intorno ai visori per realtà virtuale (VR) che mostrano un mondo simulato al computer e occhiali per la realtà aumentata (AR) che sovrappongono elementi generati dal computer con il mondo reale. Sebbene i dispositivi AR e VR stiano iniziando ad arrivare sul mercato, rimangono per lo più una novità perché l'affaticamento degli occhi li rende scomodi da usare per lunghi periodi. Un nuovo tipo di display 3D potrebbe risolvere questo annoso problema migliorando notevolmente il comfort visivo di questi dispositivi indossabili.

"Vogliamo sostituire i moduli di visualizzazione ottica AR e VR attualmente utilizzati con il nostro display 3D per eliminare i problemi di affaticamento degli occhi, " ha detto Liang Gao, dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign. "Il nostro metodo potrebbe portare a una nuova generazione di display 3D che possono essere integrati in qualsiasi tipo di occhiali AR o visore VR".

Gao e Wei Cui riportano il loro nuovo display 3D di mappatura ottica sulla rivista The Optical Society (OSA) Lettere di ottica . Misurando solo 1 x 2 pollici, il nuovo modulo display aumenta il comfort visivo producendo segnali di profondità che vengono percepiti più o meno allo stesso modo in cui vediamo la profondità nel mondo reale.

Superare l'affaticamento degli occhi

Gli odierni visori VR e occhiali AR presentano due immagini 2D in un modo che induce il cervello dello spettatore a combinare le immagini nell'impressione di una scena 3D. Questo tipo di visualizzazione stereoscopica provoca quello che è noto come conflitto di convergenza-accomodamento, che nel tempo rende più difficile per lo spettatore fondere le immagini e provoca disagio e affaticamento degli occhi.

Il nuovo display presenta immagini 3D reali utilizzando un approccio chiamato mappatura ottica. Questo viene fatto dividendo un display digitale in sottopannelli che creano ciascuno un'immagine 2D. Le immagini del pannello secondario vengono spostate a diverse profondità mentre i centri di tutte le immagini sono allineati tra loro. Ciò fa sembrare che ogni immagine si trovi a una profondità diversa quando un utente guarda attraverso l'oculare. I ricercatori hanno anche creato un algoritmo che fonde le immagini, in modo che le profondità appaiano continue, creazione di un'immagine 3D unificata.

Il componente chiave del nuovo sistema è un'unità di multiplexing spaziale che sposta assialmente le immagini del sottopannello alle profondità designate mentre sposta lateralmente i centri delle immagini del sottopannello sull'asse di visualizzazione. Nella configurazione attuale, l'unità di multiplexing spaziale è costituita da modulatori spaziali di luce che modificano la luce secondo uno specifico algoritmo sviluppato dai ricercatori.

Sebbene l'approccio funzionerebbe con qualsiasi moderna tecnologia di visualizzazione, i ricercatori hanno utilizzato un display a diodi organici a emissione di luce (OLED), una delle più recenti tecnologie di visualizzazione da utilizzare su televisori commerciali e dispositivi mobili. L'altissima risoluzione disponibile dal display OLED ha assicurato che ogni sottopannello contenesse abbastanza pixel per creare un'immagine chiara.

"Le persone hanno provato metodi simili ai nostri per creare più profondità di piani, ma invece di creare più immagini di profondità contemporaneamente, hanno cambiato le immagini molto velocemente, " disse Gao. "Tuttavia, questo approccio viene fornito con un compromesso nella gamma dinamica, o livello di contrasto, perché la durata di ogni immagine mostrata è molto breve."

Creare indizi di profondità

I ricercatori hanno testato il dispositivo utilizzandolo per visualizzare una scena complessa di auto parcheggiate e posizionando una telecamera davanti all'oculare per registrare ciò che vedrebbe l'occhio umano. Hanno mostrato che la fotocamera poteva mettere a fuoco le auto che apparivano lontane mentre il primo piano rimaneva sfocato. Allo stesso modo, la telecamera poteva essere focalizzata sulle auto più vicine mentre lo sfondo appariva sfocato. Questo test ha confermato che il nuovo display produce segnali focali che creano una percezione della profondità molto simile al modo in cui gli umani percepiscono la profondità in una scena. Questa dimostrazione è stata eseguita in bianco e nero, ma i ricercatori affermano che la tecnica potrebbe essere utilizzata anche per produrre immagini a colori, sebbene con una risoluzione laterale ridotta.

I ricercatori stanno ora lavorando per ridurre ulteriormente le dimensioni del sistema, peso e consumo energetico. "Nel futuro, vogliamo sostituire i modulatori spaziali di luce con un altro componente ottico come un reticolo olografico volumetrico, " disse Gao. "Oltre ad essere più piccolo, queste grate non consumano attivamente energia, il che renderebbe il nostro dispositivo ancora più compatto e ne aumenterebbe l'idoneità per visori VR o occhiali AR."

Sebbene i ricercatori non abbiano attualmente partner commerciali, stanno discutendo con le aziende per vedere se il nuovo display potrebbe essere integrato nei futuri prodotti AR e VR.