Látómező (FOV)

Amikor nekiláttunk az Index HMD megalkotásának, elsődleges céljaink egyike a VR-élmény általános minőségének javítása volt, beleértve a látványt, hangot, ergonómiát, követési minőséget és sok mást. Széles látómező biztosítása nyilvánvalóan kritikus része a látványhűségnek: növeli a beleélést, kényelmesebbé teszi a HMD viselését, és az élménytől függően növelheti az elégedettséget a játékmenettel és interakcióval.

Mielőtt belemerülnénk, meg kellene említenünk a látványhűség pár olyan aspektusát, amelyek összekapcsolódnak a látómezővel.

Szög-képpontfelbontás. A fokonkénti képpontszámban (pixels per degree, ppd) mért szög-képpontfelbontás jelentős tényező virtuális világod élességében és valószerűségében. HMD-tervezés tekintetében a szög-képpontfelbontást a kijelző felbontása és a látószög határozza meg. Sajnos nagy látószög biztosítása közvetlenül csökkenti a szögfelbontást, mivel a rendelkezésre álló képpontok nagyobb látóterületen oszlanak el. Ez nyilvánvalóan kritikus kompromisszum a HMD-tervezésben, mivel mind a képélesség, mind a látószög fontosak a nagyszerű VR-hez. A teljes látványélességhez számos tényező tartozik pusztán csak a fokonkénti képpontszámon túl, mint az alképpont-elrendezés, a kitöltési tényező, az optika és még az ergonómia is. Szóval ez egy nagy téma egy másik alkalomra.

A kijelző frissítési üteme, és megvilágítási ideje ("utóképe"). A magasabb képfrissítési ütem néhány előnye közismert az asztali PC-k világában. De VR-ben, ahol a kijelző a fejedre van rögzítve, a gyakori frissítés és a rövidebb utókép is kulcsfontosságúak a mozgási elmosódás csökkentéséhez. A felbontás növeléséhez hasonlóan a mozgási elmosódás csökkentése is segít az észlelt képélesség javításában. De biztosít pár olyan dolgot is, amit a fokonkénti képpontszám növelése önmagában nem tud: javítja a virtuális objektumok fizikai maradandóságának érzetét, ugyanakkor javítja a virtuális környezet általános stabilitását. Az emberi látás fiziológiája miatt e jellemzők fontossága a látómező növekedésével növekszik.

Terveink szerint későbbi bejegyzésekben részletesebben foglalkozunk majd e két tényezővel, de semmilyen, látómezővel kapcsolatos értekezés nem lenne teljes az említésük nélkül.

Mi a VR-látómező?

Az optika szakterületének egy sor jól meghatározott szakkifejezése és konvenciója van a látómezővel kapcsolatban. A VR más tészta, és sok tekintetben nem szokványos követelményei vannak, ezért hajlamosak vagyunk kissé másképp használni a kifejezést. Nem-VR optikai rendszereknél a fényrekesz helye fix, és a panel- vagy szenzorméret a látószöget korlátozó tényező egy adott lencséhez. Ezen esetekben a látószög könnyedén leírható a vízszintes, függőleges és átlós viszonylatban. E méretek az optikai rendszer fényrekeszén át nézett szenzor vagy panel széleiből vezethetők le. VR optikai rendszerekben azonban a fényrekesz az emberi pupilla helyzetének (amely a szemteret és a pupillaközi távolságot foglalja magában), a HMD lencse apertúrájának (amely ergonómiai okokból nem kör alakú), a lencse fókusztávolságának, a kijelzőméretnek és a két szem között fennálló kétszemes viszonynak a kombinációja. Így a VR optikai látómezejének mérése sokkal bonyolultabb lesz. (A szemtér kifejezést a lencsék eleje és a szemed legközelebbi pontja, jellemzően a szaruhártyád elülső pontja közötti távolságra használjuk.)

Minden HMD-nek van egy maximálisan lehetséges egyszemes látótere, amit kialakítása a felhasználótól függetlenül határoz meg. Ez az amiről általában beszélni szoktak, mérni próbálnak stb. De VR-termék tervezési nézőpontból minket elsősorban az foglalkoztat, hogy mit látnak maguk az egyes felhasználók. Felmérve, hol álltak a HMD-kialakítások akkor, amikor elkezdtük tervezni az Indexet, azt figyeltük meg, hogy a felhasználók gyakran kaptak kisebb (akár jelentősen kisebb) látómezőt az elméleti maximumnál a fejszett illeszkedése és saját egyedi arcformájuk miatt. Például alap trigonometria, hogy ha a szemed túl messze van a lencsétől a lencse átmérőjéhez képest, akkor a teljes lencse szögátfogása nem lesz valami nagy, és nem lesz lehetséges nagy látómezőt látnod. Ebben a lencsekorlátozott helyzetben az olyan HMD-kialakításokban, mint az Index, amely célja 90 foknál nagyobb látószög biztosítása, akár egyetlen milliméternyi felesleges szemtér is úgy 3 fokkal csökkenti a látómeződet.

Index HMD-t viselve közvetlenül láthatod, mennyire érzékeny a látómező a szemtérre, teljesen előre-hátra állítgatva a szemtér gombot és megfigyelve a látszólag kis mozgás nagy hatását a látómezőre. Az egyénenkénti arcgeometria-különbségek könnyedén okozhatják a szemtér nagyságának akár +/- 6 mm-es eltérését.

Az elhelyezkedés geometriájának megértése még összetettebbé válik, amikor számításba veszel egyéb tényezőket, amelyek hatnak a szemed helyzetére a lencséhez képest. Gondolj bele, mi történik, amikor a szemed egyenesen előre néz, majd elkezd elfordulni, távolabb mozgatva a pupillát a lencsétől, és közelebb az egyik szél felé. Hasonlóképp, ha a fejszett hardveres IPD-je nincs helyesen beállítva, az is korlátozhatja a látómezőt. Egy gyakori példa, hogy ha a hardveres IPD túl kicsi, az a külső oldalon korlátozza a látómezőt.

Az illeszkedés is számít. Lehet, hogy kicsit szorosabbra vagy lazábbra állítod a fejszettet, vagy kicsit féloldalasan áll. Ezek mindegyike levon a látómezőből. A látásjavító szemüvegek további összetettséget hoznak be, amelyek jellemzően megváltoztatják a hatásos szemtér értékét. A fizikai bizonytalanságokon túl a szoftver oldalon is vannak további komplikációk, mint például a projekciós mátrix elcsúsztatott csonka kúpjai, és hogy a maszkolt képalkotási célpont alakja nem kör. Ezek hatása aszimmetrikussá teszi a látómezőt. Továbbá az összeállító panelmaszkolás, egy olyan szoftver, amely a szóródó fényt és a kromatikus szegélytorzulást vezérli, dinamikus és függ a reprojekciós rendszertől, illetve reagál arra. Ami azt jelenti, hogy bármely modern HMD látómezeje még képkockáról képkockára sem teljesen statikus.

És a fentiek összessége még csak egy szemre veszi figyelembe a látómezőt. A kétszemes látómező újabb összetettségi réteget ad a dologhoz, behozva a térlátási átfedést, és még mélyebbre hatolva az egyéni, szubjektív észlelés területére.

A fenti esetek mindegyikét elkülönülten véve a hatás egy vagy két milliméternyi lehet, de együttesen azt jelenti, hogy a) jelentős toleranciát, illetve állítási lehetőséget kell beépíteni a fejszett kialakításába, hogy a felhasználó megkapja a látóteredet, és b) nehéz (igazából lehetetlen) a látóteret egyetlen olyan objektív és kvantitatív módon mérni, amely megjósolja, hogy egy tetszőleges egyedi felhasználó valójában mit fog kapni. Ezért habozunk a látómezőről egyetlen konkrét számként beszélni, mivel sosem volt még csak közel sem olyan egyértelműsítő jellegű, amilyennek szerettük volna. Szóval, részletezzük az elsőt...

Látómező-központú tervezés

Hogy egyáltalán lehetővé tegyük a szemtér "közeli" tartományában levő (és a szemüveges) felhasználóknak a fejszett használatát, a jó szemtérállítás nélküli és nem gondosan kényelmi szempontok szerint tervezett fejszetteknél a szemtér távolságot jelentősen kifelé kell tervezni. Ez viszont két kellemetlen kialakítási lehetőséget hagy nyitva: vagy úgy tervezed, hogy a maximális látómező mindenkinek igencsak kicsi lesz, vagy hogy a maximum viszonylag nagy lesz, viszont sok felhasználónál csonka lesz a látómező és elvész a szögfelbontás.

Az Index HMD-nél ehelyett az elvi maximum látómezőt elég közel tartottuk az előző generációs fejszettek csúcsértékeihez, majd arra összpontosítottunk, hogy megadjuk a teljes látómezőt minden felhasználónak. Ezt egy sor tervezési elem kombinációjával értük el, amelyek együtt nagy különbséggé állnak össze effektív látómezőben és kényelemben.

1. Szemtér:
   Mindenek előtt, fizikai szemtér- és IPD-állítást alkalmaztunk, hogy optimális névleges szempozíciót, így pedig maximális kényelmet és látómezőt biztosítsunk a lehető legtöbb felhasználónak. Amellett, hogy könnyebben állítható, az Index szemtér-mechanizmusa lehetővé teszi, hogy a kijelzőszerelvény közelebb legyen a szemhez a korábbi generációs fejszettekkel összehasonlítva. Ez azt jelenti, hogy a videokártya által előállított teljes képből sokkal több kerül a felhasználók többségének szemébe. A Valve Index HMD fizikai kialakítása elősegíti az optikai alrendszer lehető legjobb működését is, és segít korlátozni azt a kompromisszumos területet, amelyen belül működnie kell.
2. Döntött szemtubusok:
   Másodszor, 5 fokkal megdöntöttük mindkét lencse/kijelző szerelvényt a belső vs. külső látómező optimalizálására, és az elérhető belső IPD tartomány javítására. A döntött kialakítás első előnye egyszerű: beügyeskedik még néhány foknyi látómezőt a külső szélek felé a szemek belső szélei rovására, ahol a térlátási átfedés működik. Persze a térlátási átfedés továbbra is létfontosságú. A megdöntés egyszerűen módot ad a rendszer szögfelbontásának magasan tartására, közben továbbra is az általánosan magas kétszemes látómezőre törekedve, aminek biztosításában reménykedtünk.
   
   A megdöntés fő hátránya, hogy mind a létező szoftverek tartalomkönyvtárai, mind a képalkotó hardverek látóterei jellemzően párhuzamos szemtengelyekre vannak optimalizálva. Szerencsére ez szoftverben könnyedén kiegyenlíthető azon újravetítési technikák használatával, amelyekre a konstans képkockaszám fenntartásához egyébként is támaszkodunk. Csak egy pici dolgunk van minden képkockánál. Így a múltbeli, jelenlegi és jövőbeni alkalmazások továbbra is működhetnek párhuzamos képalkotással, ahogy mindig is tették, és „egyszerűen csak” működni fognak enyhe döntési szögű HMD-kkel.
3. Lencsegeometria:
   Harmadszor, sokkal laposabbá tettük a lencsék elülső felületét. Ez lehetővé teszi, hogy a szem kényelmesen közelebb kerüljön a lencséhez, főleg szemüveget használóknál. Bár ez a hatás néhány milliméter mértékű, láttuk, mennyit segít minden apróság. Továbbá, bár technikailag lehetséges ezt a másik irányból megközelíteni, a tiszta apertúra növelésével, van egy nyilvánvaló gyakorlati korlátja a lencse külső átmérőjének, ami belefér a HMD-be és még elég IPD-tartományt biztosít, hogy felhasználók széles skálájának adjon jó élményt.

A három fő mellett van néhány egyéb olyan, a látómezőre ható említésre méltó aspektusa is a HMD-kialakításnak, amelyeket figyelembe kellett vennünk az Index tervezésekor.

• Lencseátmérő: Nagy, 50 milliméteres lencseátmérőnél maradtunk, hogy a szem kényelmes távolságban lehessen, mégis magas, geometriailag stabil látómezőt kapjon. Azért ez volt a megközelítésünk, mert a kisebb átmérőjű lencsék csökkentik az effektív fényapertúrát a szem felé, és gyorsan a látómezőt korlátozó tényezővé válhatnak.
• Széltől szélig élesség: Az Index új lencsekialakítása egyenletesebb élességet tesz lehetővé a látómező egészén. Ha nem elég magas minőségű, a nagyobb látómező esetleg nem olyan előnyös, mint szeretnénk.
• Geometriai stabilitás: Ahogy a látómező nő, egyre nehezebb és nehezebb lesz igazodni a torzításhoz és geometriailag stabilan tartani a képet. Az instabilitás sok tényezőből ered, de a legnyilvánvalóbban a világ hullámosságaként manifesztálódik, mikor az olyan dolgok, amiknek szilárdnak kellene lenniük, hullámzanak, mint a zselatin, ahogy mozgatod a fejed. Úgy véljük, a geometriai stabilitás biztosítása kritikus aspektusa a hosszú távú kényelemnek és a VR-használat folyamatos terjedésének.

Szóval, tényezők tucatjai hatnak a látómezőre, és mindent együtt kell megtervezni a tényleges, a teljes felhasználói bázis számára biztosított látómező maximalizálására.

Zárásképp:

• Az Index HMD maximalizálja a látómezőt azzal, hogy lehetővé teszi, hogy a lencsék sokkal közelebb legyenek a szemedhez, még teljes arcpárnázással is.
• A videokártya által az Indexnek kiszámított látómező hasonló a Vive-hoz vagy a Vive Prohoz, de a felhasználók többségéhez ennek a nézetnek nagyobb része jut el.
• Az Index gondos tervezése magasabb effektív látómezőt biztosít az egyes felhasználóknak, a fokonkénti képpontszám feláldozása nélkül.
• A döntött szemtubusok lényegében áttolják a vízszintes látómező egy részét a belsőről a külső oldalra, kiegyenlítettebbé téve azt.
• Nagyon nehéz egy HMD látómezejét egyetlen számértékkel hatásosan leírni.

*A fényrekesz a rendszer blendéjére utal, számításba véve bármilyen fénytörést vagy tükröződést, amely a rendszerben esetleg történik. Beletartozhat a rendszer blendéje, bemenő fényrése vagy kimenő fényrése.