Oculus分享Half Dome三年研发历程与核心技术,剑指颠覆VR行业

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Half Dome硬件的核心不是光学元件,而是光力学。

映维网 2018年05月25日)在今年的F8大会上,Oculus的产品管理负责人玛丽亚·费尔南德斯·瓜哈尔多(Maria Fernandez Guajardo)简要介绍了Half Dome原型的信息。这款原型设备集成了关于变焦显示器的早期研究,以及关于感知实验平台研究的一些初期成果,并且在一种人体工学外形设计中实现了更宽的视场。在本周初,Facebook Reality Labs的计算成像部门负责人道格拉斯·兰门(Douglas Lanman)于洛杉矶举行的SID Display Week中发表了主题演讲,并且解释了变焦技术在过去三年间的发展过程。今天,Oculus正式向社区分享了这一背后的故事。

兰门说道:“我从2014年6月开始在Facebook Reality Labs(FRL),然后是Oculus Research。我早前曾涉足过VR/AR,但我花费了大约一年时间才组建了一支团队,并且选择了一个有可能产生重大现实影响的技术问题。毕竟,这是FRL成立的目标:解决困难的,可以颠覆行业的问题。”

从大幅提高分辨率和动态范围,再到更紧凑的外形设计,这支小而散乱的初始团队探究了提升VR显示器的多种方式。但很快,视觉辐辏调节冲突成为了一个合适的挑战。

兰门解释说:“我以前曾简单涉猎过这方面的研究,但从未有完整的同事团队来帮助切实解决这个问题。先前的解决方案总是会在分辨率,图像质量或系统批量方面造成不可接受的折衷。有一天,我看了一下正在正在不断成长的实验室,看到我们为了在变焦显示器方面取得重大进展而很快汇集了世界上最好的团队,其中包括机械工程,计算机视觉和感知科学方面的专家。作为研究人员,这是我第一次看着问题,并意识到人才,时间或资源的缺乏不再是决定性因素。”

与及器械工程负责人瑞恩·艾伯特(Ryan Ebert)一起,兰门提出组建一支专门的团队来研发突破性的变焦VR头显,研发一台能够无缝支持眼动追踪和先进光学元件以提升VR清晰度和舒适度的设备。

兰门说道:“幸运的是,这完全不是夸夸其谈。在数个月的时间里,瑞恩,以及首席计算机视觉科学家亚历山大·费克斯(Alexander Fix)和我交付出了第一台工作原型。自那以后我们就一直通力协作,并且与大大增加了人数的同事团队一起努力优化系统。”

大约在三年前开发的原型1号,把变焦显示器作为一个基本的概念证明。

尽管面临着复杂的挑战,但这是汇集了Oculus和Facebook 40位贡献者的大型研究计划,他们在每一个问题上都取得了重大进步。技术项目经理金姆·克森(Kim Corson)指出:“这支队伍的协同作用与之前我所经历的一样。我们很幸运得到一支拥有不同技术背景的人员队伍,而他们不断进步并跨越自己的个人角色,确保整个团队朝着我们的长期目标迈进。”

艾伯特补充说:“成功地实现快速前进需要机械学科的协作,而且当然还需要多学科团队的支持。”得益于多位富有才华的机械工程师,模型制作人史蒂夫·查恩利(Steve Charnley)及其团队,以及一定的3D打印,团队能够快速迭代Half Dome的路径。与此同时,机械工程师乔尔·赫格兰(Joel Hegland)正在领导眼动追踪的机械设计并制作了一系列的原型,而机械工程师肖尔索·栾娜瓦(Selso Luanava)和史蒂芬·崔(Stephen Choi)则通过各个光学原型来探索宽视场光学元件。

大约在原型1号后的又一年时间里,原型2号成功集成了先进的眼动追踪

眼动追踪研究负责人罗伯特·嘉文(Robert Cavin)表示:“尽管眼动追踪并不是一项新技术,但在宽视场变焦VR设备中实现眼动追踪是一个新课题。这种整合提出了许多新的挑战,因为移动屏幕意味着通常用于眼动追踪组件的空间大大减少。我们与光学团队紧密合作,创建了折叠光线的新方法,这使得我们能够在不妨碍屏幕移动或显示视图的情况下进行成像。这种设计同时将大型透镜放置在非常靠近眼睛的位置,其斜向照明可以造成糟糕的对比度和伪影。解决这个问题需要新颖的图像处理算法,新的校准策略,当然还需要一支优秀研究与工程团队的大量时间和精力。”

除了眼动追踪和校准之外,研究科学家亚历山大·费克斯还担任项目的整体软件架构师。这是一个独特的职位交叉点,其面临一个正有待解决的有趣计算机视觉问题。他解释说:“软件是将所有一切整合在一起的粘合剂。如果没有它,这款头显只是一块令人印象深刻的砖头,所以构建软件意味着了解所有机械,光学和电气系统应该如何协同工作的方式,并确保我们可以控制它们以获得理想的结果。”

原型3,在集成眼球追踪和变焦显示的同时,还保留了当下VR头显的外形尺寸、重量以及FOV特性

为了确定整个系统的要求,团队需要按照顺序进行过度工程设计,然后缩小范围以实现舒适的沉浸式视觉体验。研究科学家马里纳·赞诺利(Marina Zannoli)解释说:“一些要求来自于现有的视觉科学文献,另一些则来自于内部进行的研究。每个新原型的要求都是基于我们之前原型的学习经验而建立。最重要的要求是舒适度。如果头显令人不舒适,用户将很难欣赏视频内容的质量。”

与此同时,光学科学家布莱恩·惠尔莱特(Brian Wheelwright)和研究实习生乔伊斯·方(Joyce Fang)则把重点放在变焦屏幕的移动上。惠尔莱特指出:“这种透镜被设计成与主动式机械系统一起工作,从而在变焦范围内保持宽阔的视场。Half Dome硬件的核心不是光学元件,而是光力学。”

F8 2018大会上的Half Dome原型

在F8 2018大会上,Half Dome原型说明了支持宽视场光学元件,同时进一步优化了变焦致动与眼动追踪的变焦显示器的优势。

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颜昳华

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