Nowy wyświetlacz AR poprawia widoczność rzeczywistego świata

Okulary wykorzystujące rozszerzoną rzeczywistość (AR) mają nakładać cyfrowe informacje na obraz rzeczywistego świata. Im bardziej realistyczny ma być jednak wirtualny obiekt, tym trudniej zachować naturalną jasność otoczenia widzianego przez użytkownika.

.Dotychczasowe technologie przesłaniania obrazu, nazywane okluzją, fizycznie ograniczają część światła docierającego z zewnątrz. Dzięki temu cyfrowe przedmioty nie wyglądają jak półprzezroczyste projekcje i mogą skuteczniej zasłaniać elementy rzeczywistego otoczenia. Ceną jest jednak ciemniejszy obraz świata, który może utrudniać wykonywanie codziennych zadań.

Zespół badaczy z Japonii i Chin opracował strategię, która ma wpłynąć na obecne ograniczenia. W projekcie uczestniczyli Xiaodan Hu z Shibaura Institute of Technology, Yan Zhang i Xubo Yang z Shanghai Jiao Tong University oraz Kiyoshi Kiyokawa z Nara Institute of Science and Technology. Wyniki opisano w „IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics”.

Wyświetlacz dopasowany do ludzkiej percepcji

.Badacze nie skupili się wyłącznie na poprawianiu parametrów sprzętu. Opracowali metodę równoważenia maski obrazu, która uwzględnia warunki oświetleniowe oraz to, co użytkownik rzeczywiście jest w stanie zobaczyć.

System łączy dwa elementy polaryzacyjne. Pierwszy umożliwia przesłanianie obrazu na poziomie pojedynczych pikseli, dzięki czemu wirtualne obiekty mogą wyglądać bardziej naturalnie. Drugi omija część układu optycznego i pozwala zachować większą jasność rzeczywistego otoczenia.

Proporcje między tymi obrazami są regulowane przez zmianę kąta między polaryzującym rozdzielaczem wiązki a polaryzatorem liniowym. Śledzenie wzroku w czasie rzeczywistym oraz analiza otoczenia pozwalają oszacować widoczność sceny rzeczywistej i elementów wirtualnych. Wyświetlacz może następnie na bieżąco korygować równowagę między nimi.

Takie podejście uzupełnia prace nad coraz mniejszymi i sprawniejszymi elementami optycznymi, w tym nad soczewkami przeznaczonymi dla urządzeń rozszerzonej rzeczywistości. Sama miniaturyzacja nie rozwiązuje bowiem problemu, jeśli obraz nie odpowiada sposobowi, w jaki człowiek odbiera światło, kontrast i głębię.

Użytkownicy wyznaczyli granice widoczności

.Badacze przeprowadzili serię testów pozwalających ustalić progi percepcyjne. W eksperymencie z udziałem 12 osób sprawdzili, jak duży kontrast jest potrzebny, aby użytkownicy rozpoznawali tekstury wirtualnych obiektów.

Kolejne badanie, obejmujące 24 uczestników, dotyczyło postrzegania efektów oświetleniowych. Uzyskane wyniki wykorzystano do stworzenia dynamicznej strategii równoważenia obu warstw obrazu, którą następnie przetestowano w prototypie laboratoryjnym.

W końcowym badaniu z udziałem 12 osób system zwiększał widoczność rzeczywistego świata, zachowując jednocześnie przekonujący wygląd elementów wirtualnych w różnych warunkach oświetleniowych.

Badacze pokazali w ten sposób, że projektowanie wyświetlacza nie musi opierać się wyłącznie na pomiarach optycznych. Równie istotne jest uwzględnienie sposobu, w jaki człowiek faktycznie interpretuje informacje wzrokowe.

Okulary AR muszą nie tylko dobrze wyświetlać

.Nowa metoda wpisuje się w szerszą zmianę konstrukcji urządzeń noszonych. Producenci rozwijają lżejsze obudowy, falowody i pełnokolorowe ekrany, które pozostają jednymi z kluczowych elementów współczesnych inteligentnych okularów. Jakość sprzętu nie wystarczy jednak, jeżeli cyfrowe informacje ograniczają zdolność obserwowania otoczenia.

Ma to szczególne znaczenie w miejscach, w których użytkownik musi jednocześnie wykonywać precyzyjne zadanie i kontrolować sytuację wokół siebie. Rozwiązanie może znaleźć zastosowanie podczas konserwacji urządzeń przemysłowych, prowadzenia zajęć, nawigowania, zdalnej współpracy oraz udzielania pomocy medycznej.

W ochronie zdrowia okulary AR mogą nakładać na obraz pacjenta informacje pochodzące ze skanów lub wspierać wykonywanie procedur, co stanowi jeden z kierunków rozwoju nowych technologii w medycynie. W takich zastosowaniach ograniczenie widoczności rzeczywistego świata nie jest jedynie problemem komfortu. Może wpływać na bezpieczeństwo wykonywanego zadania.

Rozwój AR obejmuje także inne zmysły. Projekty takie jak pierścień haptyczny inspirowany origami mają pozwalać użytkownikowi nie tylko widzieć, lecz także odczuwać kontakt z wirtualnymi przedmiotami. Nowe badanie pokazuje jednak, że podstawowym warunkiem pozostaje właściwe połączenie cyfrowej warstwy z obrazem prawdziwego otoczenia.

.Przyszłe okulary AR nie będą oceniane wyłącznie według rozdzielczości, jasności i parametrów optycznych. O ich użyteczności zdecyduje również to, czy technologia potrafi dostosować się do ludzkiego sposobu widzenia.

Szymon Ślubowski