Refokus für die Augen: Nvidia präsentiert Near-Eye Lichtfeld Display Prototyp

Die jährliche Computergrafik-Konferenz SIGGRAPH findet derzeit in Anaheim, Kalifornien statt. In der Kategorie “Neue Technologien” entdeckte Tech-Blog Engadget einen eher ungewöhnlichen Teilnehmer: Douglas Lanman und David Luebke vertreten die Forschungslabors von Grafikprozessor-Spezialist Nvidia und stellen einen Prototypen vor, der als Zukunft der Virtuellen Realität bezeichnet werden könnte: Ein near-eye light field displays, also ein spezielles Lichtfeld-Display in unmittelbarer Nähe der Augen.

Aber was macht so ein Near-Eye Lichtfeld Display?
Mikrolinsenraster (engl. Microlens Arrays), die direkt über den hochauflösenden Displays montiert sind, verwandeln einzelne Pixel in individuelle Lichtstrahlen, und erzeugen so direkt vor dem Auge ein Lichtfeld. Betrachter/innen können so im gezeigten Bild ganz einfach auf verschiedene Tiefen einer Szene fokussieren.

Der Prototyp, den interessierte Besucher selbst testen können, besteht aus zwei Sony ECX332A OLED micro-displays mit einer Pixeldichte von ca. 2100 ppi (1280 x 720 24-bit Farbpixel auf einer Fläche von 15,36 x 8,64 mm), die auf einem Brillen-ähnlichen Rahmen montiert sind, und einer kleinen Box mit der dazugehörigen Elektronik. Die Display-Elemente sind in der aktuellen Version ca. 1 cm dick, können aber laut Präsentation dünner gefertigt werden.

Die Vorteile gegenüber nicht-Lichtfeld Virtual Reality Brillen sind beeindruckend: ein extrem schlankes und leichtes Produkt, relativ breites Blickfeld (in der Demonstration sind es 70 Grad), keine Notwendigkeit für Eye-Tracking, um den Fokus auf einem flachen Display künstlich zu ändern, und die Möglichkeit, allein durch Software-Anpassungen für Sehfehler (für Brillen- oder Kontaktlinsenträger) zu korrigieren.
Auf der anderen Seite gibt es natürlich auch Nachteile – allen voran der Verlust von räumlicher Auflösung durch die komprimierte Anzeige mehrerer Perspektiven auf kleinem Raum, der hochauflösende Displays zur Voraussetzung macht. Der präsentierte Prototyp erreicht eine effektive Auflösung von 146 x 78 Pixel bei einem Blickfeld von 29 x 16 Grad.

Nähere Informationen gibt es in der dazugehörigen Publikation: Lanman D, Luebke D (2013) Near-Eye Light Field Displays. ACM Siggraph 2013 Talks.

Abstract
We propose near-eye light field displays that enable thin, lightweight head-mounted displays (HMDs) capable of presenting accommodation, convergence, and binocular disparity depth cues. Sharp images are depicted by out-of-focus elements by synthesizing light fields corresponding to virtual objects within a viewer’s natural accommodation range. Our primary contribution is to evaluate the capability of microlens arrays to achieve practical near-eye light field displays. Building on concepts shared with existing integral imaging displays and microlens-based light field cameras, we optimize performance in the context of near-eye viewing. As with light field cameras, our design supports continuous accommodation of the eye throughout a finite depth of field; as a result, binocular configurations provide a means to address the accommodationconvergence conflict occurring with existing stereoscopic displays.
We construct a complete prototype display system, comprising: a custom-fabricated HMD using modified off-the-shelf parts and GPU-accelerated light field renderers (including ray tracing and a “backward compatible” method for existing stereoscopic content).

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