Οπτικό πεδίο (FOV)

Όταν ξεκινήσαμε να φτιάχνουμε το headset του Index, ένας από τους κύριους στόχους μας ήταν να βελτιώσουμε την ολική πιστότητα της εμπειρίας VR, συμπεριλαμβανομένης της οπτικής, ηχητικής, εργονομικής, ανιχνευτικής ποιότητας και άλλα. Προφανώς, το να παρέχουμε ένα ευρύ οπτικό πεδίο ήταν σημαντικό μέρος της οπτικής πιστότητας: αυξάνει την απορρόφηση, κάνει το φόρεμα του headset πιο άνετο και, ανάλογα με την εμπειρία, μπορεί να ενισχύσει την ικανοποίηση γύρω από το παιχνίδι και τις αλληλεπιδράσεις.

Πριν συνεχίσουμε, θα πρέπει να αναφέρουμε μερικές πλευρές της οπτικής πιστότητας που είναι αλληλένδετες με το οπτικό πεδίο.

Γωνιακή ανάλυση εικονοστοιχείων. Μετρημένη σε εικονοστοιχεία ανά μοίρα, η γωνιακή ανάλυση είναι ένας μεγάλος παράγοντας στη σαφήνεια και στον ρεαλισμό του εικονικού σας κόσμου. Σε όρους σχεδιασμού headset, η γωνιακή ανάλυση οδηγείται από την ανάλυση προβολής και το οπτικό πεδίο. Δυστυχώς, η παροχή ενός μεγάλου οπτικού πεδίου μειώνει άμεσα τη γωνιακή ανάλυση καθώς τα διαθέσιμα εικονοστοιχεία μοιράζονται στη μεγάλη περιοχή προβολής. Προφανώς αυτή είναι μια σημαντική ανταλλαγή στο σχεδιασμό headset καθώς και η οπτική διαύγεια και το οπτικό πεδίο είναι σημαντικά για σπουδαίο VR. Η ολοκληρωμένη ιστορία οπτικής διαύγειας περιλαμβάνει περισσότερους παράγοντες πέρα από απλά τα εικονοστοιχεία ανά μοίρα, όπως τη διάταξη υποεικονοστοιχείων, τον παράγοντα γεμίσματος και ακόμα τα εργονομικά. Οπότε αυτό είναι ένα μεγάλο θέμα για μια άλλη μέρα.

Ο ρυθμός ανανέωσης προβολής και ο χρόνος φωτισμού προβολής («επιμονή»). Μερικά από τα οφέλη υψηλότερου ρυθμού ανανέωσης θα γίνουν καλά κατανοητά στο χώρο του επιτραπέζιου υπολογιστή. Αλλά σε VR, όπου η προβολή είναι προσαρμοσμένη στο κεφάλι σας, η συχνή ενημέρωση και η χαμηλή επιμονή είναι και τα δύο κλειδιά για να μειωθεί η θολούρα κίνησης. Όμοια με την αυξανόμενη ανάλυση, η μείωση της θολούρας κίνησης βοηθάει να βελτιώσουμε την αντιλαμβανόμενη σαφήνεια του συστήματος. Αλλά επίσης παρέχει μερικά πράγματα που η αύξηση εικονοστοιχείων ανά εικονοστοιχείο δεν μπορεί: βελτιώνει την αίσθηση φυσικής ευρωστίας των εικονικών αντικειμένων και την ίδια στιγμή βελτιώνει την συνολική σταθερότητα του εικονικού περιβάλλοντος. Λόγω της φυσιολογίας της ανθρώπινης όρασης, αυτές οι ποιότητες αυξάνονται σε σημαντικότητα όσο αυξάνει το οπτικό πεδίο.

Σκοπεύουμε να καλύψουμε αυτά τα δύο σε μεγαλύτερες λεπτομέρειες σε μελλοντικές αναρτήσεις, αλλά καμία συζήτηση γύρω από το οπτικό πεδίο δεν θα ήταν ολοκληρωμένη χωρίς να τα αναφέρουμε.

Τι είναι το οπτικό πεδίο VR;

Ο τομέας της οπτικής έχει ένα καλά καθιερωμένο σύνολο όρων και συμβάσεων γύρω από το οπτικό πεδίο. Το VR είναι ένα διαφορετικό πράγμα και σε πολλές περιπτώσεις έχει μη συμβατικές απαιτήσεις, όποτε τείνουμε να χρησιμοποιούμε τον όρο λιγάκι διαφορετικά. Για οπτικά συστήματα εκτός VR, οι τοποθεσίες κόρης οφθαλμού* είναι σταθερές και τα μεγέθη πάνελ ή αισθητήρα είναι τα καθοριστικά όρια οπτικού πεδίου για έναν δοσμένο φακό. Σε αυτές τις περιπτώσεις το οπτικό πεδίο περιγράφεται εύκολα σε οριζόντιους, κάθετους και διαγώνιους όρους. Αυτές οι μετρήσεις προκύπτουν από τις άκρες του αισθητήρα ή του πάνελ και μεταφέρονται μέσα από την κόρη του οπτικού συστήματος. Ωστόσο, σε οπτικά συστήματα VR, η κόρη είναι ο συνδυασμός της τοποθεσίας της ανθρώπινης κόρης οφθαλμού (που περιλαμβάνει θέση απόστασης οθονών και διακορικής απόστασης), του ανοίγματος φακού headset (συνήθως όχι κυκλικό για εργονομικούς λόγους), του εστιακού μήκος του φακού, του μεγέθους προβολής και της σχέσης κιαλιών μεταξύ των δύο ματιών. Επομένως η μέτρηση του οπτικού πεδίου VR γίνεται αρκετά πιο πολύπλοκη. (Χρησιμοποιούμε τον όρο απόσταση οθονών για να αναφερθούμε στην απόσταση μεταξύ του μπροστινού μέρους του φακού και του πλησιέστερου σημείου του ματιού σας, τυπικά μπροστά από τον κερατοειδή χιτώνα σας.)

Κάθε headset έχει ένα μέγιστο δυνατό οπτικό πεδίο ανά ένα μάτι που καθορίζεται από το σχεδιασμό του, ανεξάρτητα από τον χρήστη. Αυτό είναι αυτό για το οποίο μιλούν συχνά οι άνθρωποι, προσπαθούν να το μετρήσουν κτλ. Αλλά από την πλευρά του σχεδιασμού ενός προϊόντος VR μας απασχολεί κυρίως το τι βλέπει πραγματικά κάθε ξεχωριστός χρήστης. Ερευνώντας το πού βρίσκονται οι άλλοι σχεδιασμοί προβολών headset όταν ξεκινήσαμε να σχεδιάζουμε το Index, παρατηρήσαμε ότι ήταν συχνό για έναν χρήστη να λαμβάνει λιγότερο (ακόμα και πολύ λιγότερο) από το θεωρητικά μέγιστο οπτικό πεδίο λόγω του ταιριάσματος του headset και της ξεχωριστής τους γεωμετρίας προσώπου. Για παράδειγμα, βασική τριγωνομετρία θα σας πει ότι αν το μάτι σας είναι πολύ πίσω από τον φακό σχετικά με τη διάμετρο του φακού, δε θα καλύψει ολόκληρος ο φακός μια πολύ ευρεία γωνία και πιθανόν να μη βλέπετε ένα μεγάλο οπτικό πεδίο. Σε αυτή την περίπτωση περιορισμού από τον φακό, για σχεδιασμούς headset όπως το Index που στοχεύουν να παρέχουν ένα οπτικό πεδίο μεγαλύτερο από 90 μοίρες, ακόμα και ένα χιλιοστό παραπανίσιας απόστασης οθονών μειώνει το οπτικό πεδίο σας κατά περίπου 3 μοίρες.

Φορώντας ένα Headset Index, μπορείτε να δείτε απευθείας την υψηλή ευαισθησία του πεδίου όρασης στην απόσταση φακού από το μάτι γυρνώντας την προεξοχή απόστασης φακού τέρμα πίσω και μπροστά και παρατηρώντας την μεγάλη επίδραση στο πεδίο όρασης από το φαινομενικά μικρό ποσό μετατόπισης. Οι διαφορές γεωμετρίας προσώπου μεταξύ ατόμων μπορεί να προκαλέσει εύκολα την απόσταση φακού να ποικίλει κατά +/- 6 χιλιοστά.

Γίνεται ακόμα πιο περίπλοκο το να καταλάβουμε τη γεωμετρία της κατάστασης αν αναλογιστείτε τους άλλους παράγοντες που επηρεάζουν τη θέση των ματιών σας σχετικά με τους φακούς. Σκεφτείτε τι συμβαίνει ότι το μάτι σας κοιτά ευθεία μπροστά, έπειτα αρχίζει να περιστρέφεται μακριά, κουνώντας την κόρη του ματιού μακριά από τον φακό και πιο κοντά σε μία άκρη. Παρομοίως, αν η διακορική απόσταση του υλικού του headset δεν είναι προσαρμοσμένη σωστά, αυτό μπορεί επίσης να περιορίσει το πεδίο όρασης. Ένα συχνό παράδειγμα είναι αν η διακορική απόσταση του υλικού είναι πολύ μικρή, περιορίζει το πεδίο όρασης προς τα έξω.

Το ταίριαγμα μετράει επίσης. Μπορείτε να προσαρμόσετε το headset λίγο πιο σφιχτά ή χαλαρά, ή να το έχετε τοποθετημένο λίγο εκτός κέντρου. Όλα αυτά αφαιρούν από το πεδίο όρασης. Περισσότερη περιπλοκή εισάγεται με γυαλιά συνταγογράφησης, που επίσης τείνουν να αλλάξουν οπτικά την αποτελεσματική τιμή απόστασης φακού. Πέρα από τις φυσικές αβεβαιότητες, υπάρχουν επιπλέον πολυπλοκές στην πλευρά του λογισμικού, όπως η αντιστάθμιση πυραμίδων του πίνακα προβολής και το σχήμα του μασκαρεμένου στόχου σύνθεσης να μην είναι κυκλικό. Αυτά επηρεάζουν το πεδίο όρασης κάνοντας το ασυμμετρικό. Επίσης, ο συνθέτης μασκαρέματος πάνελ, που είναι λογισμικό που ελέγχει το διάσπαρτο φωτισμό και τη χρωματική διακόσμηση, είναι δυναμικός και εξαρτάται/ανταποκρίνεται στο σύστημα επαναπροβολής... Που σημαίνει ότι το πεδίο όρασης για οποιοδήποτε headset δεν είναι καθόλου στατικό από καρέ σε καρέ.

Και όλα τα παραπάνω είναι απλά αναλογιζόμενοι το πεδίο όρασης για ένα μόνο μάτι. Αναλογιζόμενοι το διοπτρικό πεδίο όρασης προσθέτει άλλο ένα επίπεδο πολυπλοκότητας, εισάγοντας στέρεο επικάλυψη και το ωθεί περισσότερο στο βασίλειο της ατομικής υποκειμενικής αντίληψης.

Σε όλες τις παραπάνω περιπτώσεις ξεχωριστά, η επίδραση μπορεί να είναι της τάξης ενός ή δύο χιλιοστών, αλλά μαζί σημαίνει ότι Α) χρειάζεστε σημαντικό περιθώριο και/ή προσαρμογή φτιαγμένη μέσα στο σχεδιασμό του headset για να παραδώσει το πεδίο όρασης στον χρήστη και ότι Β) είναι δύσκολο (σχεδόν αδύνατο) να γίνει μία, αντικειμενική ποσοτική μέτρηση του πεδίου όρασης που να προβλέπει τι θα λάβει πραγματικά κάθε ξεχωριστός χρήστος. Αυτό μας κάνει διστακτικούς να μιλήσουμε για το πεδίο όρασης χρησιμοποιώντας έναν μονό αριθμό, καθώς δεν έχει φτάσει ποτέ κοντά στο ξεκάθαρο αποτέλεσμα που θέλαμε να είναι. Οπότε ας επεκταθούμε στο πρώτο...

Σχεδιάζοντας για πεδίο όρασης

Για να κάνουμε δυνατή τη χρήστη του headset για χρήστες στην «κοντινή» πλευρά της απόστασης φακών (και για χρήστες με γυαλιά), τα headset χωρίς καλή προσαρμογή απόστασης ματιού και προσοχή στην άνεση πρέπει να είναι σχεδιασμένα με απόσταση φακών προδιατεθειμένη πολύ προς τα έξω. Και αυτό με τη σειρά του αφήνει δύο δυσάρεστες σχεδιαστικές επιλογές: είτε σχεδίαση με το μέγιστιο πεδίο όρασης να είναι είναι αρκετά χαμηλό για όλους ή σχεδίαση για το μέγιστο να είναι αρκετά μεγάλο αλλά που θα αφήσει πολλούς χρήστες με κομμένο πεδίο όρασης και χαμένη γωνιακή ανάλυση.

Για το Index headset, αντ' αυτού κρατήσαμε το θεωρητικά μέγιστο πεδίο όρασης σχετικά κοντά στο πάνω άκρο των headset της προηγούμενης γενιάς και έπειτα επικεντρωθήκαμε στο να προσφέρουμε το πλήρες πεδίο όρασης σε κάθε χρήστη. Αυτό έγινε με έναν συνδυασμό ενός αριθμού σχεδιαστικών στοιχείων που μαζί προσθέτουν μια μεγάλη διαφορετά στο αποτελεσματικό πεδίο όρασης και την άνεση:

1. Ανακούφιση ματιών:
   Πρώτον και κύριον, ενσωματώσαμε φυσικές προσαρμογές απόστασης φακού και διακορικής απόστασης για να παρέχουμε βέλτιστη ονομαστική θέση ματιών και επομένως μέγιση άνεση και πεδίο όρασης, σε όσους περισσότερους χρήστες μπορούμε. Πέρα από το να είναι ευκολότερο για να προσαρμοστεί, ο μηχανισμός ανακούφισης ματιών του Index επιτρέπει την κατασκευή της προβολής να βρίσκεται πιο κοντά στο μάτι συγκριτικά με τα headset της προηγούμενης γενιάς. Αυτό σημαίνει ότι πολύ περισσότερο από την πλήρη εικόνα που συνθέτει η GPU παραδίδεται στα μάτια των περισσότερων χρηστών. Ο φυσικός σχεδιασμός του Index headset της Valve ρυθμίζει επίσης το οπτικό υποσύστημα να δουλεύει όσο πιο καλά μπορεί και να βοηθάει να περιορίσει το συμβιβαστικό χώρο μέσα στον οποίο πρέπει να λειτουργεί.
2. Σωλήνες ματιών σε κλίση:
   Δεύτερον, δώσαμε κλίση στην κατασκευή κάθε φακού/προβολής κατά 5 μοίρες για να βελτιστοποιήσουμε το εσωτερικό πεδίο όρασης εναντίον του εξωτερικού και επίσης να βελτιώσουμε τη διαθέσιμη εμβέλεια διακορικής απόστασης. Το πρώτο πλεονέκτημα της προσέγγισης με κλίση είναι απλό: Κερδίζει μερικές ακόμα μοίρες πεδίου όρασης προς τις εξωτερικές πλευρές, με κόστος των εσωτερικών ματικών κάθε ματιού όπου λειτουργεί η στέρεο επικάλυψη. Η στέρεο επικάλυψη εξακολοθεί να είναι ζωτικά σημαντική, φυσικά. Η κλίση απλά παρέχει έναν τρόπο για να καρτήσει τη γωνιακή ανάλυση του συστήματος υψηλά ενώ ακόμα παλεύει για το υψηλότερο γενικά διοπτρικό πεδίο όρασης που ελπίζαμε να παρέχουμε.
   
   Το κύριο μειονέκτημα της κλίσης είναι ότι και το τρέχον περιεχόμενο συλλογής λογισμικού και το πεδίο των υλικών GPU σύνθεσης είναι όλα τυπικά βελτιστοποιημένα για παράλληλα μάτια. Ευτυχώς, αυτό μπορεί να αντισταθμιστεί εύκολα σε λογισμικό χρησιμοποιώντας τεχνικές επαναπροβολής στις οποίες ήδη εξαρτώμαστε για διατήρηση ενός σταθερού ρυθμού καρέ. Απλά χρειάζεται να το κάνουμε λίγο παραπάνω σε κάθε καρέ.... Με αυτό τον τρόπο, εφαρμογές του παρελθόντος, του παρόντος και του μέλλοντος μπορούν να συνεχίσουν να συνθέτουν παράλληλα όπως έκαναν πάντα και «απλά θα δουλεύουν» για headset με μικρά ποσά γωνιών.
3. Γεωμετρία φακών:
   Τρίτων, κάναμε την μπροστινή επιφάνεια των φακών πολύ πιο επίπεδη. Αυτό επιτρέπει να μάτι να έρθει άνετα πιο κοντά στον φακό, ιδιαίτερα για άτομα που φοράνε γυαλιά. Αν και η επίδραση είναι στην τάξη των μερικών χιλιοστών, έχουμε δει πώς το κάθε τι βοηθάει. Επίσης, αν και είναι τεχνικά δυνατό να το προσεγγίσουμε από μια άλλη κατεύθυνση αυξάνοντας την καθαρή οπή, υπάρχει ένα προφανές πρακτικό όριο στην εξωτερική διάμετρο του φακού για να χωρέσει στο headset και να παρέχει αρκετή διακορική απόσταση για να δώσει σε μια ευρεία κατανομή χρηστών μια καλή εμπειρία.

Πέρα από τα κύρια τρία, υπάρχουν και άλλες πλευρές του σχεδιασμού headset που επηρεάζουν το πεδίο όρασης που αξίζει να αναφέρουμε και που έπρεπε να αναλογιστούμε όταν σχεδιάζαμε το Index.

• Διάμετρος φακού: Διατηρήσαμε μια μεγάλη διάμετρο φακού των 50 χιλιοστών ώστε το μάτι να μπορεί να διατηρεί να άνετη απόσταση και να συνεχίσει να λαμβάνει υψηλό, γεωμετρικά σταθερό πεδίο όρασης. Αυτή ήταν η προσέγγισή μας επειδή φακοί μικρότερου διαμέτρου μειώνουν την αποτελεσματική οπή φωτός στο μάτι και γρήγορα γίνονται περιοριστικός παράγοντας στο πεδίο όρασης.
• Διαύγεια απ' άκρης σε άκρη: Ο νέος σχεδιασμός φακών για το Index επιτρέπει για ακόμα περισσότερη διαύγεια σε όλο το οπτικό πεδίο. Αν δεν υπήρχε αρκετά υψηλή ποιότητα, το επιπλέον πεδίο όρασης δε θα ήταν όσο ευεργετικό όσο θα θέλαμε.
• Γεωμετρική σταθερότητα: Καθώς το πεδίο όρασης αυξάνει, γίνει όλο και πιο δύσκολο να περιοριστεί η παραμόρφωση και να κρατηθεί η εικόνα γεωμετρικά σταθερή. Η αστάθεια προέρχεται από πολλούς παράγοντες, αλλά κυρίως εκδηλώνεται ως τρεμόπαιγμα στον κόσμο, όπου τα πράγματα θα έπρεπε να φαίνονται στερέα αντί για κυματίζουν σαν ζελατίνη καθώς κουνάτε το κεφάλι σας. Πιστεύουμε ότι η παροχή γεωμετρικής σταθερότητας είναι καίριο σημείο στη μακροχρόνια άνεση και αυξανόμενη χρήση του VR.

Οπότε υπάρχουν δεκάδες παράγοντες που επηρεάζουν το πεδίο όρασης και πρέπει όλοι να σχεδιαστούν μαζί για να μεγιστοποιήσουν το πραγματικό, παραδιδόμενο πεδίο όρασης σε ολόκληρη τη βάση χρηστών.

Συμπερασματικά:

• Το Index headest μεγιστοποιεί το πεδίο όρασης επιτρέποντας τους φακούς να βρίσκονται πιο κοντά στα μάτια σας, ακόμα και με ένα μαξιλαράκι γεμάτο αφρό.
• Το πεδίο όρασης που συνθέτει η GPU για το Index είναι όμοιο με αυτό ενός Vive ή Vive Pro, αλλά περισσότερη από αυτή τη θέα παραδίδεται στους περισσότερους χρήστες.
• Ο προσεκτικός σχεδιασμός του Index παραδίδει ένα υψηλά αποτελεσματικό πεδίο όρασης σε κάθε ξεχωριστό χρήστη χωρίς να θυσιάζει pixel ανά μοίρα.
• Οι σωλήνες ματιών με κλίση μεταφέρουν αποτελεσματικά ένα μικρό ποσό οριζόντιου πεδίου όρασης από το εσωτερικό προς το εξωτερικό, κάνοντάς το πιο ισορροπημένο.
• Είναι αρκετά δύσκολο να χρησιμοποιήσουμε έναν μονό αριθμό για να περιγράψουμε αποτελεσματικά το πεδίο όρασης ενός headset.

*η κόρη ματιού αναφέρεται στη διακοπή του συστήματος ενώ υπολογίζει για οποιαδήποτε διάθλαση ή αντανάκλαση που μπορεί να συμβεί στο σύστημα. Μπορεί να περιλαμβάνει τη διακοπή, κόρη εισόδου ή κόρη εξόδου του συστήματος.