Une équipe de chercheurs de NVIDIA Research et de Stanford a publié un nouvel article démontrant une paire de lunettes VR holographiques fines. Les écrans peuvent afficher un véritable contenu holographique, résolvant le problème de vergence-accommodation. Bien que les prototypes de recherche démontrant les principes aient un champ de vision beaucoup plus petit, les chercheurs affirment qu’il serait simple d’obtenir un champ de vision diagonal de 120°.
Publié avant la prochaine conférence SIGGRAPH 2022 de cette année, une équipe de chercheurs de NVIDIA Research et de Stanford a présenté un écran VR proche de l’œil qui peut être utilisé pour afficher des images plates ou des hologrammes dans un format compact. L’article explore également les variables interconnectées du système qui ont un impact sur les facteurs d’affichage clés tels que le champ de vision, la boîte à yeux et le relief oculaire. De plus, les chercheurs explorent différents algorithmes pour un rendu optimal de l’image pour la meilleure qualité visuelle.
Les casques VR disponibles dans le commerce n’ont pas beaucoup évolué en taille au fil des ans, en grande partie à cause d’une contrainte optique. La plupart des casques VR utilisent un seul écran et un simple objectif. Afin de focaliser la lumière de l’écran dans votre œil, la lentille doit être à une certaine distance de l’écran ; plus près et l’image sera floue.
L’élimination de cet écart entre l’objectif et l’écran débloquerait des facteurs de forme auparavant impossibles pour les casques VR ; il est compréhensible qu’il y ait eu beaucoup de R&D pour explorer comment cela peut être fait.
Dans l’article récemment publié par NVIDIA-Stanford, Lunettes holographiques pour la réalité virtuellel’équipe montre qu’elle a construit un affichage holographique à l’aide d’un modulateur spatial de lumière combiné à un guide d’ondes plutôt qu’à une lentille traditionnelle.
L’équipe a construit à la fois un grand modèle de paillasse – pour démontrer les méthodes de base et expérimenter différents algorithmes de rendu de l’image pour une qualité d’affichage optimale – et un modèle portable compact pour démontrer le facteur de forme. Les images que vous voyez du facteur de forme compact semblable à des lunettes n’incluent pas l’électronique pour piloter l’affichage (car la taille de cette partie du système est hors de portée de la recherche).
Vous vous souvenez peut-être il y a quelque temps que Meta Reality Labs a publié ses propres travaux sur un casque VR compact de la taille de lunettes. Bien que ce travail implique des hologrammes (pour former les lentilles du système), il ne s’agit pas d’un « affichage holographique », ce qui signifie qu’il ne résout pas le problème de vergence-accommodation qui est courant dans de nombreux écrans VR.
D’autre part, les chercheurs de Nvidia-Stanford écrivent que leur système de lunettes holographiques est en fait un affichage holographique (grâce à l’utilisation d’un modulateur spatial de lumière), qu’ils vantent comme un avantage unique de leur approche. Cependant, l’équipe écrit également qu’il est également possible d’afficher des images plates typiques sur l’écran (qui, comme les casques VR contemporains, peuvent converger pour une vue stéréoscopique).
Non seulement cela, mais le projet Holographic Glasses vante une épaisseur de seulement 2,5 mm pour l’ensemble de l’écran, nettement plus mince que l’épaisseur de 9 mm du projet Reality Labs (qui était déjà incroyablement mince !).
Comme pour tout bon article, l’équipe Nvidia-Stanford n’hésite pas à souligner les limites de son travail.
D’une part, leur système portable a un minuscule champ de vision diagonal de 22,8 ° avec une boîte à œil tout aussi minuscule de 2,3 mm. Les deux sont bien trop petits pour être viables pour un casque VR pratique.
Cependant, les chercheurs écrivent que le champ de vision limité est en grande partie dû à leur combinaison expérimentale de nouveaux composants qui ne sont pas optimisés pour fonctionner ensemble. L’élargissement drastique du champ de vision, expliquent-ils, est en grande partie une question de choix de composants complémentaires.
“[…] la [system’s field-of-view] était principalement limité par la taille de l’espace disponible [spatial light modulator] et la distance focale de l’objectif GP, qui pourraient toutes deux être améliorées avec différents composants. Par exemple, la distance focale peut être réduite de moitié sans augmenter significativement l’épaisseur totale en empilant deux lentilles GP identiques et un polariseur circulaire [Moon et al. 2020]. Avec un SLM de 2 pouces et un objectif GP à focale de 15 mm, nous pourrions atteindre un FOV monoculaire allant jusqu’à 120 ° »
Quant à la boîte à yeux de 2,3 mm (le volume dans lequel l’image rendue peut être vue), elle est bien trop petite pour une utilisation pratique. Cependant, les chercheurs écrivent qu’ils ont expérimenté un moyen simple de l’étendre.
Avec l’ajout du suivi oculaire, montrent-ils, la boîte à œil pourrait être agrandie dynamiquement jusqu’à 8 mm en modifiant l’angle de la lumière envoyée dans le guide d’ondes. Certes, 8 mm est toujours une boîte à yeux très étroite et peut être trop petite pour une utilisation pratique en raison des variations de la distance de dégagement oculaire et de la façon dont les lunettes reposent sur la tête, d’un utilisateur à l’autre.
Mais, il y a des variables dans le système qui peuvent être ajustées pour changer les facteurs d’affichage clés, comme la boîte à œil. Grâce à leurs travaux, les chercheurs ont établi la relation entre ces variables, donnant un aperçu clair des compromis à faire pour obtenir différents résultats.
Comme ils le montrent, la taille de la boîte à œil est directement liée au pas de pixel (distance entre les pixels) du modulateur spatial de lumière, tandis que le champ de vision est lié à la taille globale du modulateur spatial de lumière. Les limites du relief oculaire et de l’angle de convergence sont également indiquées, par rapport à un relief oculaire inférieur à 20 mm (que les chercheurs considèrent comme la limite supérieure d’un véritable facteur de forme de «lunettes»).
Une analyse de cet “espace commercial du design”, comme ils l’appellent, était un élément clé de l’article.
“Avec notre conception et nos prototypes expérimentaux, nous espérons stimuler de nouvelles orientations de recherche et d’ingénierie vers des écrans VR ultra-minces pouvant être portés toute la journée avec des facteurs de forme comparables aux lunettes conventionnelles”, écrivent-ils.
L’article est attribué aux chercheurs Jonghyun Kim, Manu Gopakumar, Suyeon Choi, Yifan Peng, Ward Lopes et Gordon Wetzstein.