Meta II: революционная технология для 3D дисплеев нового поколения создающая истинный объем без очков и нагрузки на глаза

Все мы любим смотреть фильмы в 3D, но насколько реалистичны эти изображения? Как известно, большинство современных 3D-дисплеев используют стереоскопический принцип, то есть показывают два слегка различающихся изображения для левого и правого глаза, создавая иллюзию глубины. Однако такой способ имеет свои недостатки: он требует специальных очков, вызывает утомление глаз и не учитывает индивидуальные особенности зрения каждого человека.

Существует и другой подход к созданию 3D-дисплеев, называемый интегральной фотографией (ИФ). Этот метод заключается в том, что на поверхности дисплея располагается массив микроскопических линз, каждая из которых формирует свое элементарное изображение. Когда зритель смотрит на дисплей, его глаза видят совокупность этих элементарных изображений, которые меняются в зависимости от угла зрения. Таким образом, создается эффект полного параллакса, то есть возможность видеть разные аспекты объекта при перемещении головы. Кроме того, дисплей ИФ позволяет зрителю фокусироваться на разных планах изображения, как в реальном мире, устраняя конфликт сходимости-аккомодации (VAC), который возникает, когда глаза направлены на разные точки, а кристаллик должен подстраиваться под одну.

Дисплей ИФ, таким образом, представляет собой истинный 3D-дисплей, который воспроизводит реалистичное восприятие глубины и объема. Однако у этого метода тоже есть свои недостатки: он ограничен в разрешении, угле обзора, глубине резкости и т. д. Это связано с тем, что традиционная оптическая архитектура, основанная на массивах микролинз, не может эффективно манипулировать светом на уровне пикселей, особенно при использовании микродисплеев с высокой плотностью пикселей.

Чтобы преодолеть эти ограничения, ученые из Университета Сунь-Ятсена в Китае предложили новую технологию, которая сочетает в себе метаоптику и дисплей ИФ. Метаоптика — это область науки, которая изучает искусственные оптические элементы, способные управлять фазой, амплитудой, поляризацией и спектром света на наномасштабе. Такие элементы называются метаповерхностями или металинзами. Они состоят из массива наноструктур, которые могут быть спроектированы для достижения желаемого эффекта. Металинзы имеют ряд преимуществ перед традиционными линзами: они тонкие, легкие, компактные, дешевые в производстве и могут работать в широком диапазоне длин волн.

Исследователи из Университета Сунь-Ятсена создали дисплей Meta*-II, который состоит из коммерческого микродисплея высокого разрешения и массива металинз большой площади. Массив металинз изготовлен с помощью технологии наноимпринтования, которая позволяет быстро и точно копировать наноструктуры на больших площадях. Каждая металинза формирует свое элементарное изображение, которое зависит от поляризации света. Таким образом, достигается эффект интегральной фотографии. Для генерации входного сигнала для дисплея Meta*-II ученые разработали новый метод рендеринга, который использует инвариантное отображение воксель-пиксель, то есть соответствие между объемными элементами 3D-сцены и пикселями дисплея. Этот метод позволяет быстро и эффективно создавать массив элементарных изображений для каждой точки зрения.

Дисплей Meta*-II демонстрирует истинный 3D-дисплей с полным параллаксом и устранением VAC. Экспериментально подтверждено, что зритель может фокусироваться на разных планах изображения и видеть разные аспекты объекта при перемещении головы. Кроме того, дисплей Meta*-II может быть прозрачным, то есть позволяет видеть 3D-изображения, наложенные на окружающие объекты, что расширяет его потенциал для применения в дополненной реальности (AR).

Дисплей Meta*-II является первым примером сочетания метаоптики и дисплея ИФ для практического применения в дисплеях ближнего поля зрения (NED), которые можно носить на голове, например в виде умных очков. Эта технология открывает новые возможности для создания дисплеев NED следующего поколения, которые будут иметь более высокое разрешение, больший угол обзора, расширенную глубину резкости и т. д. Что в свою очередь будет способствовать развитию виртуальной реальности (VR) и дополненной реальности (AR), создавая более погружающиеся и реалистичные впечатления для пользователей. Дисплей Meta*-II может революционизировать то, как люди взаимодействуют с этими технологиями, и в конечном итоге стать стандартом для технологий VR и AR.

* — Компания Meta (социальные сети Instagram и Facebook) — признана экстремистской организацией на территории Российской Федерации