Meta 公布多款虛擬實境頭戴裝置原型 目標為欺騙人眼達成擬真的虛擬視覺

2022.06.21 11:31AM

在互動方面,除了藉由現有Touch手持控制器模擬雙手動作,或是透過手勢識別方式對應更多元操作,未來Meta顯然也會持續精進自然互動操作體驗,例如透過先前投入研究的肌電手環境行虛擬實境內的細微互動,讓使用者能有更深層的沉浸感受。

在稍早由Meta執行長Mark Zuckerberg,以及Meta Reality Labs首席科學家Michael Abrash進行對談中,除了透露Meta如何打造更能讓人眼獲得擬真虛擬視覺技術,同時也分享諸多過往打造對應虛擬實境、擴增實境應用需求的頭戴裝置原型設計。

欺騙人眼達成擬真的虛擬視覺

逼真的「臨場感」,一直是Meta等業者在虛擬視覺技術持續追求的發展方向,而「視覺」往往關係人腦如何建構所能認知「世界」,因此許多虛擬實境頭戴裝置在發展過程中,通常會強調畫面解析度、流暢度等特性,目的就是希望能讓裝置配戴者感受更擬真視覺影像。

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▲虛擬實境訴求的「臨場感」,解析度、景深、動態光影、失真等要素都會影響最終擬真表現

例如在對應人眼1.0度數的視力情況下,約要透過8K以上解析度才能滿足左右眼的視覺呈現,背後往往會需要更高的運算效能支撐。

不過,單純將運算效能與硬體規格往上堆疊,雖然可以提高虛擬視覺體驗,但在過程中也會形成許多運算效能被用在非必要之處,例如裝置配戴者視覺感知以外範圍的影像運算,進而導致頭戴裝置為了容納更高效能運算元件,必須有更多空間放入散熱機制設計,造成頭戴裝置體積變得更大、更重。

 

 

在後來市場多數設計中,其實也透過頭戴裝置搭載的動態感測元件、視線方向識別等方式,藉此判斷裝置配戴者的視覺注視位置,藉此動態針對注視範圍強化顯示運算,視線範圍以外的影像則不會著重運算,甚至不做任何處理,讓運算效能可以集中在必要顯示內容呈現,即可呈現更完整清楚視覺,同時也能以更快顯示效率呈現影像,頭戴裝置體積也能相對縮減。

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▲可對應不同視線聚焦呈現效果的原型設計

但若要真實地騙過人眼視覺,除了呈現更清晰影像,其實還有更多複雜細節必須處理,例如人眼對於不同視角、視覺聚焦位置而隨時的改變自然景深,已經因為不同互動方式產生的光影亮度表現,甚至如何重現人眼對於自然光線表現的感受,例如HDR光影效果等,背後所要處理運算細節顯然比想像還多,並非只是將3D影像搬入虛擬實境內容呈現那樣簡單,甚至隨著技術探索產生更多必須解決問題。

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▲重建HDR視覺效果,藉此對應更擬真的虛擬實境視覺體驗

另外,頭戴裝置運算過程中產生配戴時的負重感,以及確保系統穩定運作時必須採用的散熱設計,其實也可能成為影響配戴者感受虛擬視覺的因素,因此許多業者也希望能進一步讓頭戴裝置體型變少,同時改善散熱系統設計。

而即便改善上述問題,電力供應與續航時間表現也會成為必須解決問題,若是透過電池方式支撐運算所需電力,甚至還必須考慮整體配戴的重量感,或是透過有線形式供電時的使用體驗是否合適。

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▲電力供應與配重也會影響虛擬實境頭戴裝置使用體驗

多款原型設計

 

 

在此次對談中,Mark Zuckerberg展示名為「Butterscotch」的原型設計,將可對應足夠視覺解像力,提供視網膜級別、每度55像素表現的虛擬視覺解析度,幾乎是Quest 2解析度的2.5倍,其中更採用全新設計的混合鏡片,即可在Quest 2一半左右視線範圍情況下,對應更高影像解析度。不過,為了要呈現更高解析度,「Butterscotch」會變得相當笨重,因此難以變成可上市產品。

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▲「Butterscotch」原型設計
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▲「Butterscotch」是為了改善虛擬實境解像力表現,進而去除光柵效應的視覺干擾現象

而名為「Half Dome」的原型設計,則是導入電子變焦設計,讓配戴者能依照視線方向產生景深視覺效果,同時也因為減少非必要運算項目,使得頭戴裝置尺寸大幅縮小,但在實際使用仍會有部分失真情況,例如眼球視角移動過快,整個虛擬實境場景就可能產生偏移,造成虛擬實境擬真體驗大打折扣。

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▲「Half Dome」的原型設計的原型設計演變,透過配戴者視線方向與視線注視位置調整虛擬實境影像運算模式

至於「Starburst」原型設計,則是為了解決虛擬實境頭戴裝置所能對應畫面亮度過低,無法真實重現自然界高亮度反差表現,因此透過在LCD背後加上足夠明亮光源,讓虛擬實境頭戴裝置顯示畫面可以足以呈現高於標準HDR螢幕的顯示亮度,而由於供電與整體設計過於沈重,甚至需要透過兩側扶手維持穩定,因此目前仍未能將此項設計變成可實際上市產品。

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▲「Starburst」是為了重現人眼原生視覺所打造的原型設計,但因為明顯重量與體型,幾乎無法直接成為市售產品

針對輕巧配戴使用需求打造的「Holocake 2」,則可對應現有任何在PC上運作的虛擬實境遊戲內容,並且透過全息投影技術讓光線直接進入配戴者的眼睛,進而形成立體視覺,另外也透過偏振反射原理,讓光線能藉由反射面來回多次反射,如此一來即可時現在更小機身內達成虛擬實境影像成像,同時降低頭戴裝置整體重量。

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▲「Holocake 2」原型設計
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▲「Holocake 2」藉由雷射光與偏振反射原理,讓虛擬視覺頭戴裝置能以更小形式打造

不過,「Holocake 2」採用的是特殊規格雷射光,與一般藉由LCD、LED成像的設計不同,使得目前造價成本會變得相當昂貴,因此目前Meta仍在尋找合適、成本更低,同時使用波長不會影響配戴者視覺的雷射光,進而實現可打造類似太陽眼鏡造型,同時可對應清晰、擬真虛擬實境的頭戴裝置。

下一步驟?

從目前趨勢來看,虛擬實境頭戴裝置朝向更輕薄、更方便攜帶使用,但同時也必須對應更長時間使用體驗,以現行技術顯然仍難以實現。不過,隨著新技術導入,加上電池等技術也持續精進之下,未來預期將能讓更輕巧、容易隨身使用的虛擬實境頭戴裝置成為市場主流。

因此從Meta接下來發展來看,預期也會朝向更輕便使用,並且可讓電池續航時間拉長的方向前進。另一方面也預期會持續提升虛擬視覺感受,讓使用者能有更真實的「臨場感」體驗。

而在互動方面,除了藉由現有Touch手持控制器模擬雙手動作,或是透過手勢識別方式對應更多元操作,未來Meta顯然也會持續精進自然互動操作體驗,例如透過先前投入研究的肌電手環境行虛擬實境內的細微互動,讓使用者能有更深層的沉浸感受。

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