Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с дисплея на голове )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для авиационных приложений см. Дисплей на шлеме .
Солдат резерва британской армии демонстрирует гарнитуру виртуальной реальности

Голова установлена дисплей ( HMD ) представляет собой устройство дисплея, носить на голове или в качестве части шлема (см Нашлемной дисплей для авиационных приложений), который имеет небольшой дисплей оптику перед одной ( монокулярной ГМД) или каждый глаз ( бинокулярный HMD). HMD имеет множество применений, включая игры, авиацию, инженерию и медицину. [1] Гарнитуры виртуальной реальности - это HMD в сочетании с IMU . Существует также оптический дисплей на голове (OHMD), который представляет собой носимый дисплей, который может отражать проецируемые изображения и позволяет пользователю видеть сквозь него. [2]

Обзор [ править ]

HMD для отслеживания движения глаз со светодиодными осветителями и камерами для измерения движений глаз

Типичный HMD имеет один или два небольших дисплея с линзами и полупрозрачными зеркалами, встроенными в очки (также называемые очками для обработки данных), козырек или шлем. Блоки отображения миниатюрны и могут включать электронно-лучевые трубки (ЭЛТ), жидкокристаллические дисплеи (ЖК-дисплеи), жидкие кристаллы на кремнии (LCos) или органические светодиоды (OLED). Некоторые производители используют несколько микродисплеев для увеличения общего разрешения и поля обзора .

HMD различаются тем, могут ли они отображать только компьютерные изображения (CGI), или только живые изображения из физического мира, или их комбинацию. Большинство HMD могут отображать только изображение, созданное компьютером, иногда называемое виртуальным изображением. Некоторые HMD позволяют накладывать CGI на реальное изображение. Иногда это называют дополненной реальностью (AR) или смешанной реальностью (MR). Комбинирование изображения реального мира с компьютерной графикой может быть выполнено путем проецирования компьютерной графики через частично отражающее зеркало и непосредственного просмотра реального мира. Этот метод часто называют оптическим просвечиванием. Комбинирование реального мира с CGI также может быть выполнено в электронном виде, принимая видео с камеры и смешивая его в электронном виде с CGI.

Оптический HMD [ править ]

Основная статья: Оптический дисплей на голове

В оптическом головном дисплее используется оптический смеситель, который состоит из частично посеребренных зеркал. Он может отражать искусственные изображения, позволять реальным изображениям пересекать линзу и позволять пользователю смотреть сквозь нее. Существуют различные методы для прозрачных HMD, большинство из которых можно разделить на два основных семейства на основе изогнутых зеркал или волноводов . Изогнутые зеркала использовались Laster Technologies и Vuzix в своем продукте Star 1200. Различные волноводные методы существуют уже много лет. К ним относятся дифракционная оптика, голографическая оптика, поляризованная оптика и отражательная оптика.

Приложения [ править ]

Основные приложения HMD включают военные, правительственные (пожарные, полицейские и т. Д.) И гражданско-коммерческие (медицина, видеоигры, спорт и т. Д.).

Авиационно-тактическая, наземная [ править ]

Основная статья: Дисплей на шлеме
Техник по летному оборудованию ВВС США тестирует комплексную систему наведения на шлеме Scorpion

В 1962 году компания Hughes Aircraft Company представила Electrocular, компактный монокуляр с ЭЛТ (длиной 7 дюймов), монокулярный дисплей, который отражает телевизионный сигнал в прозрачный окуляр. [3] [4] [5] [6] Шлемники повышенной прочности все чаще используются интегрируются в кабины современных вертолетов и истребителей. Обычно они полностью интегрированы с летным шлемом и могут включать в себя защитные козырьки, приборы ночного видения и дисплеи другой символики.

Военные, полиция и пожарные используют HMD для отображения тактической информации, такой как карты или данные тепловизора, при просмотре реальной сцены. Недавние приложения включают использование HMD для десантников . [7] В 2005 году Liteye HMD был представлен для наземных войск в качестве прочного, водонепроницаемого легкого дисплея, который крепится к стандартному американскому военному креплению PVS-14. Автономный цветной монокулярный дисплей на органических светодиодах (OLED) заменяет трубку ПНВ и подключается к мобильному вычислительному устройству. LE обладает прозрачностью и может использоваться как стандартный шлем виртуальной реальности или для дополненной реальности.Приложения. Конструкция оптимизирована для получения данных высокой четкости при любых условиях освещения, в закрытых или прозрачных режимах работы. LE имеет низкое энергопотребление, работает от четырех батареек AA в течение 35 часов или получает питание через стандартное соединение по универсальной последовательной шине (USB). [8]

Агентство перспективных оборонных исследовательских проектов ( DARPA ) продолжает финансировать исследования HMD с дополненной реальностью в рамках программы постоянной поддержки с воздуха (PCAS). Vuzix в настоящее время работает над системой для PCAS, которая будет использовать голографические волноводы для создания прозрачных очков дополненной реальности толщиной всего несколько миллиметров. [9]

Инженерное дело [ править ]

Инженеры и ученые используют HMD для получения стереоскопических изображений схем автоматизированного проектирования (CAD). [10] Виртуальная реальность в применении к проектированию и дизайну является ключевым фактором интеграции человека в дизайн. Позволяя инженерам взаимодействовать со своими проектами в полном масштабе в натуральную величину, продукты могут быть проверены на наличие проблем, которые могли быть невидимы до создания физического прототипа. Использование HMD для VR рассматривается как дополнение к традиционному использованию CAVE для моделирования VR. HMD преимущественно используются для взаимодействия с дизайном одного человека, в то время как CAVE позволяют проводить больше совместных сеансов виртуальной реальности.

Системы отображения на голове также используются при обслуживании сложных систем, поскольку они могут дать техническому специалисту смоделированное рентгеновское зрение путем объединения компьютерной графики, такой как системные диаграммы и изображения, с естественным зрением техника (дополненная или измененная реальность).

Медицина и исследования [ править ]

Существуют также применения в хирургии, где комбинация радиографических данных ( сканирование с помощью рентгеновской компьютерной томографии (CAT) и магнитно-резонансной томографии (MRI)) сочетается с естественным взглядом хирурга на операцию и анестезией, когда пациент показатели жизненно важных функций всегда находятся в поле зрения анестезиолога. [11]

Исследовательские университеты часто используют HMD для проведения исследований, связанных со зрением, балансом, познанием и неврологией. По состоянию на 2010 год изучается возможность использования прогнозирующего измерения визуального отслеживания для выявления легкой черепно-мозговой травмы . В тестах визуального слежения HMD-устройство с возможностью отслеживания взгляда показывает объект, движущийся в обычном порядке. Люди без травм головного мозга могут отслеживать движущийся объект с помощью плавных движений глаз и правильной траектории . [12]

Игры и видео [ править ]

См. Также: Гарнитура виртуальной реальности

Доступны недорогие HMD-устройства для использования с 3D-играми и развлекательными приложениями. Одним из первых коммерчески доступных HMD был Forte VFX1, который был анонсирован на выставке Consumer Electronics Show (CES) в 1994 году. [13] VFX-1 имел стереоскопические дисплеи, 3-осевое отслеживание движения головы и стереонаушники. Другим пионером в этой области была Sony, выпустившая Glasstron в 1997 году. В качестве дополнительного аксессуара он имел позиционный датчик, который позволял пользователю наблюдать за окружающей средой, с перспективой, движущейся при движении головы, обеспечивая глубокое ощущение погружения. Одно новое применение этой технологии было в игре MechWarrior 2., что позволило пользователям Sony Glasstron или iGlasses Virtual I / O принять новую визуальную перспективу изнутри кабины корабля, используя свои собственные глаза как визуальные и видя поле боя через собственную кабину своего корабля.

Многие марки видеоочков могут быть подключены к современным видео- и зеркальным фотоаппаратам, что делает их пригодными для использования в качестве мониторов нового поколения. Благодаря способности очков блокировать окружающий свет, создатели фильмов и фотографы могут видеть более четкие презентации своих живых изображений. [14]

Oculus Rift является виртуальной реальности (VR) лобовом установлен дисплей , созданный Palmer Luckey , что компания Oculus VR разработан для виртуального моделирования реальности и видеоигр. [15] HTC Vive представляет собой виртуальную реальность , глава монтажа дисплея. Гарнитура производится в результате сотрудничества Valve и HTC , и ее определяющей особенностью является точное отслеживание в масштабе помещения и высокоточные контроллеры движения. PlayStation VR является виртуальной реальности гарнитуры для игровых консолей, предназначенных для PlayStation 4 . [16] Смешанная реальность Windows- это платформа, разработанная Microsoft, которая включает в себя широкий спектр гарнитур, производимых HP, Samsung и другими, и способна играть в большинство игр HTC Vive. Он использует только отслеживание наизнанку для своих контроллеров.

Виртуальный кинотеатр [ править ]

Некоторые налобные дисплеи предназначены для демонстрации традиционного видео- и киноконтента в виртуальном кинотеатре. Эти устройства обычно имеют относительно узкое поле зрения (FOV) 50–60 °, что делает их менее захватывающими, чем гарнитуры виртуальной реальности, но они, соответственно, предлагают более высокое разрешение с точки зрения пикселей на градус. Выпущенный в 2011 году, Sony HMZ-T1 имел разрешение 1280x720 на глаз. К продуктам, выпущенным в 2020 году с разрешением 1920 × 1080 на глаз, относятся Goovis G2 [17] и Royole Moon. [18] Также был доступен Avegant Glyph, [19] который включал проекцию сетчатки 720P на каждый глаз, и Cinera Prime, [20]с разрешением 2560 × 1440 на глаз и углом обзора 66 °. В довольно большом Cinera Prime использовался либо стандартный опорный кронштейн, либо дополнительное крепление на голову. Ожидается, что в середине 2021 года будет доступна модель Cinera Edge [21], имеющая такое же поле зрения и разрешение 2560 × 1440 на глаз, что и у более ранней модели Cinera Prime, но с гораздо более компактным форм-фактором . Другими продуктами, доступными в 2021 году, были Cinemizer OLED [22] с разрешением 870 × 500 на глаз и VISIONHMD Bigeyes H1, [23] с разрешением 1280x720 на глаз. Все упомянутые здесь продукты включают в себя аудионаушники или наушники, за исключением Cinera Prime и VISIONHMD Bigeyes H1, которые вместо этого предлагают аудиоразъем для наушников.

Спорт [ править ]

Система HMD была разработана для пилотов Формулы-1 компаниями Kopin Corp. и BMW Group. HMD отображает критически важные данные о гонке, позволяя водителю продолжать концентрироваться на трассе, поскольку бригады пита контролируют данные и сообщения, отправляемые своим водителям по двусторонней радиосвязи . [24] 3 ноября 2011 года Recon Instruments выпустила два налобных дисплея для лыжных очков , MOD и MOD Live, последний основан на операционной системе Android. [25]

Обучение и симуляция [ править ]

Ключевым приложением для HMD является обучение и моделирование, позволяющие виртуально поместить обучаемого в ситуацию, которая либо слишком дорога, либо слишком опасна для воспроизведения в реальной жизни. Обучение с использованием HMD охватывает широкий спектр применений, от вождения, сварки и окраски распылением, авиационных и транспортных тренажеров, обучения спешиваемых солдат, обучения медицинским процедурам и многого другого. Однако ряд нежелательных симптомов был вызван длительным использованием определенных типов налобных дисплеев, и эти проблемы необходимо решить, прежде чем станет возможным оптимальное обучение и симуляция. [26]

Параметры производительности [ править ]

  • Возможность показывать стереоскопические изображения. Бинокль HMD может отображать разные изображения для каждого глаза. Это можно использовать для показа стереоскопических изображений. Следует иметь в виду, что так называемая «оптическая бесконечность» обычно принимается летными хирургами и обозначается экспертами как около 9 метров. Это расстояние, на котором, учитывая "базовую линию" среднего дальномера человеческого глаза (расстояние между глазами или межзрачковое расстояние (IPD)) между 2,5 и 3 дюймами (6 и 8 см), угол объекта на этом расстоянии становится равным по сути то же самое для каждого глаза. На меньших расстояниях перспектива для каждого глаза значительно различается, и затраты на создание двух разных визуальных каналов с помощью системы компьютерных изображений (CGI) становятся окупаемыми.
  • Межзрачковое расстояние (IPD). Это расстояние между двумя глазами, измеренное по зрачкам, и оно важно при разработке дисплеев, закрепленных на голове.
  • Поле зрения (FOV) - У людей угол обзора около 180 °, но большинство HMD предлагают гораздо меньше этого. Как правило, большее поле зрения приводит к большему ощущению погружения и лучшей осведомленности о ситуации. Большинство людей не имеют четкого представления о том, как будет выглядеть конкретное указанное поле зрения (например, 25 °), поэтому производители часто указывают видимый размер экрана. Большинство людей сидят на расстоянии около 60 см от своих мониторов и хорошо понимают размеры экрана на таком расстоянии. Чтобы преобразовать видимый размер экрана производителя в положение монитора рабочего стола, разделите размер экрана на расстояние в футах, а затем умножьте на 2. Шлемники потребительского уровня обычно предлагают угол обзора около 110 °.
  • Разрешение - HMD обычно указывают либо общее количество пикселей, либо количество пикселей на градус. Перечисление общего количества пикселей (например, 1600 × 1200 пикселей на глаз) заимствовано из того, как представлены спецификации компьютерных мониторов. Однако плотность пикселей, обычно указываемая в пикселях на градус или в угловых минутах на пиксель, также используется для определения остроты зрения. 60 пикселей / ° (1 угловая минута / пиксель) обычно называют разрешением , ограничивающим глаз , выше которого повышенное разрешение не замечается людьми с нормальным зрением. HMD обычно предлагают от 10 до 20 пикселей / °, хотя достижения в области микродисплеев помогают увеличить это число.
  • Бинокулярное перекрытие - измеряет площадь, общую для обоих глаз. Бинокулярное перекрытие является основой для ощущения глубины и стерео, позволяя людям определять, какие объекты находятся рядом, а какие - далеко. У людей бинокулярное перекрытие составляет около 100 ° (50 ° слева от носа и 50 ° справа). Чем больше бинокулярное перекрытие, предлагаемое HMD, тем сильнее ощущение стерео. Перекрытие иногда указывается в градусах (например, 74 °) или в процентах, указывающих, какая часть поля зрения каждого глаза является общей для другого глаза.
  • Дальний фокус (коллимация). Оптические методы могут использоваться для представления изображений в удаленном фокусе, что, кажется, улучшает реализм изображений, которые в реальном мире были бы на расстоянии.
  • Встроенная обработка и операционная система. Некоторые поставщики HMD предлагают встроенные операционные системы, такие как Android, что позволяет приложениям запускаться локально на HMD и устраняет необходимость быть привязанным к внешнему устройству для создания видео. Иногда их называют умными очками . Чтобы облегчить конструкцию HMD, производители могут переместить систему обработки данных в форм-фактор подключенного интеллектуального ожерелья, что также даст дополнительное преимущество в виде более крупного аккумуляторного блока. Такое решение позволило бы разработать облегченный HMD с достаточным источником энергии для двойных видеовходов или более высокочастотного мультиплексирования на основе времени (см. Ниже).

Поддержка форматов 3D-видео [ править ]

Последовательное мультиплексирование кадров
Параллельное и верхнее-нижнее мультиплексирование

Восприятие глубины внутри HMD требует разных изображений для левого и правого глаза. Есть несколько способов предоставить эти отдельные изображения:

  • Используйте двойные видеовходы, обеспечивая тем самым отдельный видеосигнал для каждого глаза
  • Мультиплексирование на основе времени. Такие методы, как чередование кадров, объединяют два отдельных видеосигнала в один сигнал путем чередования левого и правого изображений в последовательных кадрах.
  • Параллельное или верхнее-нижнее мультиплексирование. Этот метод распределял половину изображения для левого глаза, а другую половину изображения - для правого глаза.

Преимущество двойных видеовходов заключается в том, что они обеспечивают максимальное разрешение для каждого изображения и максимальную частоту кадров для каждого глаза. Недостатком двойных видеовходов является то, что они требуют отдельных видеовыходов и кабелей от устройства, генерирующего контент.

Мультиплексирование на основе времени сохраняет полное разрешение для каждого изображения, но снижает частоту кадров вдвое. Например, если сигнал представлен с частотой 60 Гц, каждый глаз получает только обновления 30 Гц. Это может стать проблемой при точном представлении быстро движущихся изображений.

Параллельное и верхнее-нижнее мультиплексирование обеспечивает полноскоростные обновления для каждого глаза, но снижает разрешение для каждого глаза. Многие 3D-трансляции, такие как ESPN , предпочитают обеспечивать параллельное 3D, что избавляет от необходимости выделять дополнительную полосу пропускания и больше подходит для динамичных спортивных мероприятий по сравнению с методами временного мультиплексирования.

Не все HMD обеспечивают восприятие глубины. Некоторые младшие модули по сути являются двухокулярными устройствами, в которых оба глаза отображаются с одним и тем же изображением. 3D-видеопроигрыватели иногда обеспечивают максимальную совместимость с HMD, предоставляя пользователю возможность выбора используемого 3D-формата.

Периферийные устройства [ править ]

  • Самые примитивные HMD просто проецируют изображение или символику на козырек или сетку пользователя. Изображение не привязано к реальному миру, то есть изображение не изменяется в зависимости от положения головы пользователя.
  • Более сложные HMD включают в себя систему позиционирования, которая отслеживает положение и угол головы владельца, так что изображение или отображаемый символ соответствует внешнему миру с использованием прозрачных изображений.
  • Отслеживание головы - привязка изображений. Головные дисплеи могут также использоваться с датчиками слежения, которые обнаруживают изменения угла и ориентации. Когда такие данные доступны в системном компьютере, их можно использовать для создания соответствующих компьютерных изображений (CGI) для угла обзора в конкретное время. Это позволяет пользователю смотреть вокруг в виртуальной реальности среды , просто перемещая голову без необходимости отдельного контроллера , чтобы изменить угол изображения. В системах на основе радио (по сравнению с проводами) владелец может перемещаться в пределах слежения за системой.
  • Отслеживание взгляда - устройства отслеживания взгляда измеряют точку взгляда, позволяя компьютеру определять, куда смотрит пользователь. Эта информация полезна в различных контекстах, таких как навигация по пользовательскому интерфейсу: воспринимая взгляд пользователя, компьютер может изменить информацию, отображаемую на экране, привлечь внимание к дополнительным деталям и т. Д.
  • Отслеживание рук - отслеживание движений руки с точки зрения HMD обеспечивает естественное взаимодействие с контентом и удобный игровой механизм

См. Также [ править ]

  • Компьютерная реальность
  • Eyetap
  • Головной дисплей (HUD)
  • Люмус-оптический
  • Технологии позиционирования
  • Безэкранное видео
  • Стереоскопия
  • Виртуальный ретинальный дисплей
  • Список производителей оптических дисплеев на головке

Ссылки [ править ]

  1. ↑ Сибата, Такаши (1 апреля 2002 г.). "Шлем виртуальной реальности". Дисплеи . 23 (1–2): 57–64. DOI : 10.1016 / S0141-9382 (02) 00010-0 . ISSN  0141-9382 .
  2. ↑ Сазерленд, Иван Э. (9 декабря 1968 г.). «Головной трехмерный дисплей» . Материалы осенней совместной компьютерной конференции 9–11 декабря 1968 г., часть I - AFIPS '68 (осень, часть I) . ACM. С. 757–764. CiteSeerX 10.1.1.388.2440 . DOI : 10.1145 / 1476589.1476686 . S2CID 4561103 . Проверено 10 июня 2018 .  
  3. ^ "Наука: Взгляд со стороны" . Время . 13 апреля 1962 г.
  4. ↑ Доктор Джеймс Миллер, Фуллертон, Калифорния, психолог-исследователь группы наземных систем в Хьюзе, «У меня есть секрет», 9 апреля 1962 года на CBS.
  5. ^ "Третий глаз для исследователей космоса". Популярная электроника . Июль 1962 г.
  6. ^ « « Видеть вещи »с помощью электрокулярного аппарата». Наука и механика . Август 1962 г.
  7. ^ Томпсон, Джейсон I. "Трехмерный основной полетный справочник парашютистов, установленный на шлеме" . Технологический институт ВВС.
  8. ^ "Монтируемые на шлем OLED дисплеи Liteye]" , Defense Update (3), 2005[ мертвая ссылка ]
  9. ^ Шахтману, Ноа (11 апреля 2011). "Очки с голограммой Дарпы развяжут ад дронов" . Проводной . Проверено 29 июня 2011 года .
  10. ^ Уилер, Эндрю (июль 2016 г.). «Понимание гарнитур виртуальной реальности» . Engineering.com .
  11. ^ Лю, Дэвид; Дженкинс, Саймон А .; Сандерсон, Пенелопа М .; Фабиан, Перри; Рассел, У. Джон (2010). «Мониторинг с установленными на голове дисплеями в общей анестезии: клиническая оценка в операционной» . Анестезия и анальгезия . 110 (4): 1032–1038. DOI : 10,1213 / ANE.0b013e3181d3e647 . PMID 20357147 . S2CID 22683908 .  
  12. ^ Марута, J; Ли, ЮАР; Джейкобс, EF; Ghajar, J (октябрь 2010 г.). «Единая наука о сотрясении мозга» . Летопись Нью-Йоркской академии наук . 1208 (1): 58–66. Bibcode : 2010NYASA1208 ... 58M . DOI : 10.1111 / j.1749-6632.2010.05695.x . PMC 3021720 . PMID 20955326 .  
  13. ^ Кокрейн, Натан. "Шлем виртуальной реальности VFX-1 от Forte" . GameBytes . Проверено 29 июня 2011 года .
  14. ^ «Очки для видео могут быть подключены к камерам DSLR» . Hitari . 30 мая 2013 . Проверено 19 июня 2013 года .
  15. ^ «Oculus Rift - гарнитура виртуальной реальности для 3D-игр» . Проверено 14 января 2014 .
  16. ^ Макуч, Эдди (2013-11-13). «Xbox One, PS4« слишком ограничены »для Oculus Rift, - говорит создатель» . GameSpot .
  17. ^ Такада, Масуми; Ямамото, Сёта; Мияо, Масару; Такада, Хироки (2019). Влияние стереоскопических видеоклипов с низким / высоким разрешением на функцию равновесия . Спрингер, Чам. С. 669–682. DOI : 10.1007 / 978-3-030-23560-4 . ISBN 978-3-030-23559-8.
  18. ^ Kronsberg, Мэтью (1 ноября 2017). «Гарнитура Royole Moon похожа на кинозал IMAX в полете, привязанный к вашему лицу» . Австралийский финансовый обзор .
  19. ^ "Ваш персональный театр | Видеогарнитура Avegant" . avegant.com . Проверено 28 января 2021 .
  20. ^ "ПРАЙМ" . Cinera . Проверено 28 января 2021 .
  21. ^ "Познакомьтесь с Cinera Edge, персональным кинотеатром нового поколения" . Cinera . Проверено 28 января 2021 .
  22. ^ cinemizeroled.com https://cinemizeroled.com/#full_features . Источник 2021-01-29 . Отсутствует или пусто |title=( справка )
  23. ^ "VISIONHMD-BIGEYES H1" . visionhmd.com . Источник 2021-01-29 .
  24. ^ "CDT приобретает бизнес Opsys по производству дендримеров OLED" . Архивировано из оригинала на 2008-07-05.
  25. ^ «Технология нового поколения Recon Instruments, доступная этой осенью» . Инструменты разведки. 2011-11-03. Архивировано из оригинала на 2012-03-09.
  26. Перейти ↑ Lawson, BD (2014). Симптоматика укачивания и ее происхождение. Справочник виртуальных сред: проектирование, реализация и приложения, 531-599.

Библиография [ править ]

  • Дисплеи, устанавливаемые на голову: проектирование для пользователя; Мельцер и Моффитт; Макгроу Хилл, 1997.
  • O. Cakmakci и JP Rolland. Изношенные дисплеи: обзор. Журнал IEEE по дисплейным технологиям, Vol. 2, № 3, сентябрь 2006 .