Synsfelt (FOV)

Da vi bestemte oss for å lage Index-hodesettet, var et av hovedmålene å forbedre den generelle naturtro gjengivelsen for VR-opplevelsen, herunder det visuelle, lyden, ergonomien, sporingskvaliteten og mer. Det var tydelig at et bredt synsfelt var viktig for den visuelle gjengivelseskvaliteten, da dette fremmer innlevelse, gjør det mer behagelig å ha på et hodesett, og avhengig av opplevelsen kan forbedre tilfredsheten rundt spilling og samhandling.

Før vi tar for oss detaljene, bør vi nevne et par aspekter ved den visuelle gjengivelseskvaliteten som henger sammen med synsfeltet.

Vinkeloppløsning. Vinkeloppløsningen måles i piksler per grad (PPD) og har stor betydning for hvor skarp og realistisk den virtuelle verdenen ser ut. Når det kommer til hodesett-design styres vinkeloppløsningen av skjermoppløsningen og synsfeltet. Ulempen med et stort synsfelt er at det reduserer vinkeloppløsningen siden de tilgjengelige pikslene spres utover et større visningsområde. Dette er selvfølgelig en viktig avveining i hodesett-design, da både visuell skarphet og synsfelt er viktig for en god VR-opplevelse. Det helhetlige bildet når det gjelder visuell skarphet involverer mange faktorer foruten piksler per grad, blant annet underpikseloppsett, fyllfaktor, optikk og til og med ergonomi. Dette er et omfattende emne som vi sparer til en annen gang.

Skjermens oppdateringsfrekvens og belysningstid. Visse fordeler med høyere oppdateringsfrekvenser er kjente når det gjelder stasjonære PC-er. Men når det kommer til VR, der skjermen sitter på hodet ditt, er både høy oppdateringsfrekvens og lav belysningstid viktig for å redusere bevegelsesuskarphet. Å redusere bevegelsesuskarphet forbedrer den oppfattede skarpheten, omtrent som når man øker oppløsningen. Med den bidrar også med andre ting som flere piksler per grad ikke klarer på egen hånd. Den får fysiske objekter til å virke mer vedvarende, samtidig som den forbedrer den generelle stabiliteten i de virtuelle omgivelsene. På grunn av fysiologien til menneskers syn, blir disse kvalitetene viktigere jo mer synsfeltet øker.

Vi har tenkt å forklare disse to sakene mer i detalj i fremtidige innlegg, men ingen diskusjon om synsfelt er komplett uten å nevne dem.

Hva er VR-synsfelt?

Innenfor optikk er det et veletablert sett med begreper og konvensjoner når det kommer til synsfelt. VR er noe helt annet og er på mange måter ukonvensjonelt, så vi bruker begrepet på en litt annerledes måte. For optiske systemer som ikke er VR kan ikke pupillenes* plassering endres, og størrelsen på paneler eller sensorer bestemmer grensene for synsfeltet for en bestemt linse. I disse tilfellene kan synsfeltet enkelt beskrives som horisontalt, vertikalt eller diagonalt. Målingen skjer fra kanten av sensoren eller panelet via pupillen i det optiske systemet. Men i optiske VR-systemer er pupillen en kombinasjon av plasseringen av menneskets pupill (dette inkluderer øyeavstand og pupillavstand), hodesett-linsens blenderåpning (vanligvis ikke-sirkulær av ergonomiske grunner), linsens brennvidde, skjermstørrelsen og den binokulære relasjonen mellom øynene. Måling av det optiske VR-synsfeltet blir derfor mye mer komplisert. (Vi bruker begrepet øyeavstand når vi snakker om avstanden mellom linsens framside og det nærmeste punktet på øyet, vanligvis framsiden av hornhinnen.)

Hvert hodesett har et maksimalt mulig synsfelt per øye, som bestemmes av designet uavhengig av brukeren. Det er dette folk vanligvis snakker om, prøver å måle, osv. Men innenfor VR-produktdesign er vi hovedsakelig interessert i hva hver enkelte bruker faktisk ser. Da vi startet å designe Index, undersøkte vi eksisterende hodesett-design og la merke til at det var vanlig for brukere å få et mindre (faktisk mye mindre) synsfelt enn det som teoretisk sett var mulig, på grunn av hodesettets passform og brukernes individuelle ansiktsgeometri. Ifølge grunnleggende trigonometri dekker for eksempel ikke hele linsen en særlig bred vinkel, og det er umulig å få et stort synsfelt hvis øyet ditt er for langt tilbake fra linsen i forhold til linsens diameter. For hodesett-design som Index, som har som mål å gi et synsfelt som er større enn 90 grader, betyr en slik begrensning av linsen at en enkelt millimeter ekstra øyeavstand reduserer synsfeltet med omtrent 3 grader.

Hvis du justerer knappen for øyeavstand hele veien fram og tilbake mens du har på et Index-hodesett, får du se hvor stor betydning øyeavstanden har for synsfeltet, selv ved en tilsynelatende liten justering. Forskjeller i ansiktsgeometrien fra person til person kan ganske enkelt få øyeavstanden til å variere mellom +/- 6 mm.

Det blir enda vanskeligere å forstå hvordan geometrien påvirker situasjonen når man tenker på andre faktorer som påvirker øyets posisjon i forhold til linsen. Tenk på hva som skjer når blikket rettes fremover og så begynner å rotere til siden, slik at pupillen forflyttes lengre bort fra linsen og nærmere kanten. På samme måte kan hodesettets pupillavstand begrense synsfeltet om den ikke har riktig justering. Hvis pupillavstanden f.eks. er for liten, begrenser det yttersiden av synsfeltet.

Passformen er også viktig. Man kan stille inn hodesettet sånn at det er litt strammere eller løsere, eller så det ikke sitter helt på midten. Alt dette minsker synsfeltet. Det blir enda mer komplisert hvis man bruker briller med styrke som optisk endrer den effektive øyeavstanden. Utover disse fysiske uvisshetene er det ytterligere komplikasjoner på programvaresiden, som f.eks. forskjøvne deler i projeksjonsmatrisen og at formen på det maskerte gjengivelsesmålet ikke er sirkulært. Dette påvirker synsfeltet ved å gjøre det asymmetrisk. Det finnes også en programvare som heter «compositor panel masking» som kontrollerer spredning av lys og kromatisk avvik, og som er dynamisk og avhengig av/reagerer i forhold til omprojeksjonssystemet. Det betyr at synsfeltet til alle moderne hodesett ikke er helt statiske fra bilde til bilde.

Og alt det vi nevnte ovenfor handler kun om ett enkelt øye. Med binokulært synsfelt blir det enda mer komplisert, da stereooverlapping introduseres og man kommer lengre inn i den individuelle, subjektive oppfatningen.

Om man ser på de ovenstående tilfellene separat, dreier effekten seg kanskje om en millimeter eller to, men om man slår dem sammen betyr det 1) at du trenger en betydelig margin og/eller innebygd justering i hodesettets design for at brukeren får det tilsiktede synsfeltet, og 2) at det er vanskelig (nærmest umulig) å foreta en enkelt objektiv og kvantitativ måling av synsfeltet som forutser hva en individuell bruker faktisk får. Derfor er vi forsiktige med å beskrive synsfelt med et enkelt tall, da det ikke vil gi riktig klarhet. La oss fordype oss i det førstnevnte …

Design for synsfelt

For å gjøre det mulig for brukere som er «nære» når det gjelder øyeavstand (og brukere med briller) å bruke et hodesett i det hele tatt, må hodesett uten god justering av øyeavstand og nøye gjennomtenkt komfort utformes med større øyeavstand. Dette gir i sin tur to utilfredsstillende designmuligheter: Å enten gjøre det maksimale synsfeltet relativt lite for alle, eller gjøre det stort, noe som gir mange brukere et avskåret synsfelt og bortkastet vinkeloppløsning.

For Index-hodesettet beholdt vi i stedet det teoretisk sett maksimale synsfeltet på lik linje som de tidligere generasjonene av hodesettet, og så fokuserte vi på å gi alle brukere fullstendig synsfelt. Dette har vi gjort ved hjelp av en kombinasjon av flere designelementer som til sammen utgjør en stor forskjell i både effektivt synsfelt og komfort:

1. Øyeavstand:
   Først og fremst har vi implementert fysisk justering av øye- og pupillavstand for å gi en optimal nominell øyeposisjon og dermed maksimal komfort og maksimalt synsfelt til så mange brukere som mulig. Øyeavstandsmekanismen på Index er i tillegg enklere å justere og gjør det mulig for skjermen å sitte nærmere øynene sammenlignet med hodesett fra tidligere generasjoner. Dette betyr at de fleste brukere ser mye mer av det fullstendige bildet som blir gjengitt av skjermkortet. Det fysiske designet til Index-hodesettet gir også den beste funksjonaliteten i det optiske delsystemet og forbedrer størrelsen av arbeidsområdet det må fungere i.
2. Skråstilte linserør:
   For det andre, har vi skråstilt hver linse/skjerm med 5 grader for å optimere balansen mellom det indre kontra det ytre synsfeltet, samt forbedre pupillens rekkevidde på innsiden. Den første fordelen med skråstillingen er enkel: Den gir et par graders synsfelt mot ytterkantene på bekostning av de indre feltene for hvert øye der stereooverlapping står på spill. Stereooverlapping er selvsagt fortsatt viktig. Skråstillingen gir rett og slett en måte å opprettholde en høy vinkeloppløsning, samtidig som den gir det større synsfeltet vi ønsket å tilby.
   
   Den største ulempen med skråstilling er at både den eksisterende programvaren og maskinvaren for skjermkortgjengivelsen ofte er best egnet for parallelle øyne. Dette kan heldigvis kompenseres for i programvaren ved å bruke omprojeksjonsteknikker vi allerede er avhengig av for å opprettholde en konstant bildefrekvens. Det er bare litt som kreves for hvert bilde … På denne måten kan apper fra tidligere, nå og i fremtiden fortsette å gjengi parallelt som de alltid har gjort, og da fungerer de «bare» til hodesett som er litt skråstilte.
3. Linsegeometri:
   Vi gjorde fremsiden av linsen mye flatere. Dette gjør at øyet på en mer behagelig måte kommer nærmere linsen, spesielt for personer som bruker briller. Selv om det kun dreier seg om et par millimeter, har vi sett hvordan hver minste lille del hjelper. Dessuten, selv om det teknisk sett er mulig å øke blenderåpningen i stedet, er det en tydelig praktisk begrensning på den ytre diameteren på linsen som skal passe i hodesettet og fortsatt sikre en tilstrekkelig pupillavstand for å kunne gi mange brukere en god opplevelse.

Utover disse tre hovedaspektene som påvirker synsfeltet når det gjelder hodesett-design for Index, er det andre aspekter som det også er verdt å nevne.

• Linsediameter: Vi beholdt den 50 millimeter store diameteren på linsen slik at øyet fortsatt kan få en behagelig avstand samtidig som det får et høyt, geometrisk stabilt synsfelt. Vi har gjort dette fordi linsen med mindre diameter reduserer den effektive blenderåpningen på øyet, som fort kan begrense synsfeltet.
• Klarhet fra kant til kant: Det nye linsedesignet til Index fordeler klarheten jevnt over hele det optiske feltet. Utvidet synsfelt har ikke nødvendigvis større betydning dersom kvaliteten ikke er bra nok.
• Geometrisk stabilitet: Jo mer synsfeltet økes, jo vanskeligere blir det å håndtere forvrengninger og sørge for at bildet er geometrisk stabilt. Ustabilitet kommer av flere faktorer, men kommer mest tydelig fram i form av skjelving, der ting som burde være solide begynner å bølge som gele når du beveger hodet. Vi anser at tilførsel av geometrisk stabilitet er kritisk for komfort på lang sikt og for at bruken av VR skal fortsette å vokse.

Det finnes flere betraktninger som påvirker synsfeltet, og alle må passe sammen for å maksimere synsfeltet for alle brukere.

For å oppsummere:

• Index-hodesettet maksimerer synsfeltet ved at linsene sitter mye tettere på øynene, også med full ansiktspute.
• Synsfeltet som gjengis av skjermkortet til Index ligner på det hos Vive eller Vive Pro, men de fleste brukere får et enda større felt.
• Det omhyggelige Index-designet gir et enda mer effektivt synsfelt til den enkelte brukeren uten at det går på bekostning av piksler per grad.
• De skråstilte linserørene skifter en liten del av det horisontale synsfeltet fra innsiden til utsiden, noe som skaper mer balanse.
• Det er utrolig vanskelig å beskrive synsfeltet til et hodesett-design på én enkelt måte.

*Med pupill menes systemets blending, inklusive eventuell lysbryting eller refleksjon som kan oppstå i systemet. Det kan omfatte systemets blendere, inngangspupill eller utgangspupill.