Исследователи из Facebook Reality Labs и Университета Аризоны опубликовали новую работу, в которой изучается использование высокоскоростного механического переключения дисплея для уменьшения так называемого Screen-Door эффекта (SDE) иммерсионных дисплеев. SDE возникает из-за неосвещенных промежутков между пикселями, что приводит пикселизации изображения. Исследователи экспериментируют с быстрым и точным смещением всего дисплея, чтобы пиксели дисплея заполняли пробелы.
SDE является одним из самых заметных визуальных артефактов в современных гарнитурах виртуальной реальности. В то время как SDE можно победить грубой силой, используя дисплеи с чрезвычайно высокой плотностью, в которых неосвещенные промежутки между пикселями слишком малы чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом — большинство потребительских VR-гарнитур сегодня по-прежнему демонстрируют SDE (за исключением Reverb G2), что ухудшает эффект погружения и визуальную четкость.
Пример эффекта дверной ширмы | Изображение предоставлено Facebook Reality Labs Research
Помимо сверхвысокой плотности пикселей, для уменьшения SDE используются и другие методы. Например, некоторые гарнитуры снижают поле зрения, что уменьшает видимость Screen-Door. В других гарнитурах на дисплее используется рассеивающая пленка. Пленка помогает смешивать свет от пикселей с неосвещенными промежутками между ними.
Еще одно предложение — быстро и точно сдвигать дисплей таким образом, чтобы соседние пиксели заполняли неосвещенные промежутки. Может показаться, что это создаст впечатление головокружительного покачивания дисплея, но это не так.
Исследователи Джилиан Нгуен, Клинтон Смит, Зив Магоз и Жасмин Сирс из Университета Аризоны и Facebook Reality Labs Research изложили свои исследования и эксперименты в статье под названием «Уменьшение эффекта Screen-Door с помощью механического сдвига для дисплеев виртуальной реальности».
Цель статьи заключается не в создании VR-гарнитуры, а в демонстрации и количественной оценке эффективности метода.
Активация и модификация
Механизм включения дисплея | Изображение предоставлено Facebook Reality Labs Research
Исследователи разработали статическую платформу с двумя пьезоэлектрическими приводами. Привода вместе перемещают дисплей круговым движением с частотой 120 Гц. Они заставляют каждый пиксель отслеживать круг размером 10 мкм 120 раз в секунду. Размер круга был выбран на основе расстояния между пикселями дисплея. Это нужно для оптимального заполнения неосвещенных промежутков между пикселями. Исследователи называют этот круговой путь режимом «без резервирования».
Они также разумно использовали дисплей с частотой 480 Гц. Это позволило им экспериментировать с более сложным путем сдвига пикселей, который они назвали режимом «избыточности». Этот подход был направлен не только на заполнение промежутков между пикселями с некоторым дополнительным перекрытием, но и на разделение отображаемого кадра на четыре подкадра, каждый из которых уникально сдвигается и отображается для учета движения пикселей.
Два режима движения пикселей, рассматриваемые в статье | Изображение предоставлено Facebook Reality Labs Research
Хотя статья ограничивается исследованием этих двух путей пикселей, исследователи говорят, что другие могут быть использованы в зависимости от характеристик дисплея.
«Сдвиг пикселей не ограничивается круглой формой. Можно использовать эллиптический путь или даже путь в виде восьмерки. При этом контролировать амплитуду движения каждой оси. Для микро-OLED-дисплея круговая траектория хорошо подходила для размещения квадратных пикселей и субпикселей. Этот путь используется для уравновешивания длины пути с коэффициентом заполнения, сводя к минимуму скорость, с которой должны работать приводы ».
Платформа срабатывания дисплея для экспериментов | Изображение предоставлено Facebook Reality Labs Research
С созданной платформой, способной быстро перемещать дисплей по желаемым траекториям, следующим шагом было объективно количественно оценить величину снижения SDE, что оказалось трудным.
Измерение механического восстановления SDE
Авторы сначала стремились объективно измерить, где начинается и заканчивается каждый субпиксель, но обнаружили, что разрешение камеры, которую они использовали для этой задачи, было недостаточно хорошим, чтобы четко разграничить начало и конец каждого субпикселя, не говоря уже о промежутках между ними.
Другой подход к количественной оценке снижения SDE заключался в измерении коэффициента контрастности части дисплея и сравнении его с тем, когда срабатывание экрана было включено или выключено. Более низкий контраст будет означать меньшее SDE из-за движущихся пикселей, заполняющих неосвещенные пространства и создания более плотного изображения. Хотя авторы утверждали, что это измерение не обязательно является отражением снижения SDE, как это было бы видно невооруженным глазом. Они считают, что это значимое количественное измерение.
Снижение контрастности в обоих режимах при разных уровнях увеличения | Изображение предоставлено Facebook Reality Labs Research
Качественные оценки механической редукции SDE
Помимо попыток количественно измерить сокращение SDE, исследователи также хотели проанализировать это изменение качественно. Наиболее яркая демонстрация преимуществ была получена при просмотре естественной фотографии со сложным пейзажем.
Изображение предоставлено Facebook Reality Labs Research
Здесь режим «Non-redundancy» явно уменьшил SDE, сохраняя при этом одинаковую резкость. Впечатляет то, что режим «Redundancy» не только уменьшил SDE, но заметно повысил резкость изображения. Обратите внимание на увеличенные участки, показывающие детали в задней части автомобиля.
Повышение резкости изображения в режиме «Non-redundancy» является интересным дополнительным преимуществом. Он фактически увеличивает разрешающую способность дисплея без увеличения количества пикселей.
Основываясь на своих экспериментах, исследователи также предлагают подход к будущим исследованиям. Егоможно использовать для количественной оценки любого метода уменьшения Screen-Door. Будь то механическое смещение, диффузоры или различные субпиксельные схемы и оптика.
Исследователи приходят к выводу:
При использовании механического сдвига пикселей для уменьшения экрана дверцы мертвое пространство дисплея необходимо охарактеризовать. Это позволит определить форму траектории и расстояние сдвига, требуемое для механической системы сдвига. При соответствующем применении механического движения можно качественно уменьшить SDE. Многообещающий метод количественной оценки видимости экранной двери использует естественные сцены и человеческие объекты. Он определяет увеличения, при котором становятся заметными артефакты SDE и уменьшения экранной двери.
— — — — —
В то время как грубый подход к победе над SDE с помощью дисплеев со сверхвысокой плотностью пикселей, вероятно, принесет свои плоды, механический подход к снижению SDE может позволить производителям гарнитур «получать больше за меньшие деньги», повышая эффективное разрешение своих дисплеев при одновременном уменьшении SDE. Это также может иметь дополнительные преимущества для дизайна дисплея, поскольку производители дисплеев будут менее ограничены необходимостью достижения исключительно высоких коэффициентов заполнения.
08 января 2021 г.
