2世代後のVRヘッドセットの鍵を握るディスプレイ技術

世界最先端のコンピューターグラフィックスの学会、SIGGRAPH2017にて次次世代型HMD(ヘッドマウントディスプレイ)の姿を連想させるような展示がいくつかありました。そのコアとなる技術は「輻輳調節矛盾」という従来のHMDに存在する問題を解決するものです。

輻輳調節矛盾について詳しくはこちらのページを参照してください: 輻輳と調節 – Mogura VR 

簡単に説明すると輻輳(Vergence)は眼球を回転させて遠くのものに対して注視する運動のことを指し、調節(Accommodation)は水晶体の厚さを調節して「ピントを合わせる」ことを指します。

SIGGRAPHで発表された中では、以下の論文がこの問題に取り組んでいます。

  • Accommodation and Comfort in Head-Mounted Displays
  • Accommodation Invariant Near Eye Displays
  • Wide Field of View Varifocal Near-Eye Display Using See-Through Deformable Membrane Mirrors
  • Varifocal Virtuality
  • Focal Surface Displays
  • Holographic Near Eye Displays for Virtual and Augmented Reality

輻輳調節矛盾による不快感は存在するのか

そもそも、輻輳調節矛盾は測れるのか、そして本当に不快な体験につながるのかといった検証を行ったのがこちらの論文「Accommodation and Comfort in Head-Mounted Displays」になります。コートダジュール大学とカリフォルニア大学バークレー校による研究では結果的に人間の目において調節運動を計測する装置を実装し、快適さとの相関を調べたところ輻輳調節矛盾によって生じる不快感は存在するという結果になりました。

焦点調節に時間がかからないディスプレイ

スタンフォード大学による研究「Accommodation Invariant Near Eye Displays」では、そもそも焦点調節に計算時間を割かないAccommodation Invariant(調節によって変わらない)ディスプレイを実装しました。
この研究では、液体状のレンズを高速に変形させることによって様々な焦点調節を行っています。そして、様々な焦点の中から輻輳に合わせて正しいものを人間の脳が選ぶことを実験で検証しています。

https://www.youtube.com/watch?v=8e_-fcJswKw 

広視野角のAR用ディスプレイ        

「Wide Field of View Varifocal Near-Eye Display Using See-Through Deformable Membrane Mirrors」こちらは北カリフォルニア大学とNVIDIAが共同で行っているHMDの研究で、半透明なビームスプリッタという膜状の材料を変形させることによって焦点距離を調節できるようになっています。ただし、そのままでは映像が歪んでしまうので画像処理を通して歪みの補正を行っているそうです。

従来のARHMDに比べて視野角が約100度と大きく改善されています。研究者たちはディスプレイの実用化を目指しており、現在使っている膜を変形させる装置の小型化を行い、持ち運び可能な筐体への改善を目指しているとのことです。

ホログラムディスプレイ

NVIDIAは他にもVarifocal Display技術を展示しており、Varifocal VirtualityはSIGGRAPHにて初登場です。デバイスの外見はこのようなもので、比較的小型にできています。

このディスプレイの鍵となるのはプロジェクターの角度から前方方向へ、そして前方方向からの光を後方へそのまま通すホログラムです。
さらに、そのプロジェクターの映像をハーフミラー材料を使ったレンズに当てて、前方方向にある光と合成します。
さらに、レンズと目の距離を物理的に制御することによって焦点距離を調節することも可能になっています

ディスプレイの中で見える実際の映像。実際に見るときには歪みや色収差はなく、正しく描画されます。

他にも、過去に紹介した技術の論文がSIGGRAPHにて公開されました。

  • Focal Surface Displays
  • 「将来のVRでは現実と同じように奥行きのピント調整可能に Oculusが新技術開発」
  • Holographic Near-Eye Displays for Virtual and Augmented Reality
  • 「技術の進化は続く マイクロソフトが発表した眼鏡型ARデバイスのプロトタイプに注目すべき理由」

このようにアプローチは違えど輻輳調節矛盾という問題の解決は次次世代のVR/ARヘッドマウントディスプレイのひとつの特徴になることが想定されます。

(参考)
Accommodation and Comfort in Head Mounted Displays / [Kouliers 2017] (英語) http://dl.acm.org/citation.cfm?id=3073622  

Wide Field of View Varifocal Near-Eye Display Using See-Through Deformable Membrane Mirrors / [Dunn 2017] (英語)http://telepresence.web.unc.edu/files/2017/01/Dunn_2017_TVCG_MembraneAR.pdf

Focal Surface Displays / [Matsuda 2017] (英語) http://dl.acm.org/citation.cfm?id=3073590

Holographic Near-Eye Displays for Virtual and Augmented Reality / [Maimone 2017] (英語) http://dl.acm.org/citation.cfm?id=3073624

Holographic Near-Eye Displays for Virtual and Augmented Reality (英語)
https://www.microsoft.com/en-us/research/project/holographic-near-eye-displays-virtual-augmented-reality/

Accommodation Invariant Near Eye Displays / [Konrad 2017] (英語)  http://dl.acm.org/citation.cfm?id=3073594 

Varifocal Virtuality / [Aksit 2017] (英語)
http://dl.acm.org/citation.cfm?id=3084829

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この記事を書いた人

  • 長谷川陸央

    ARが好きで、趣味でVRやARアプリを作ったりしています。
    主にイベントレポートを担当させていただきます。
    ボストン在住。
    Twitter: @ISpaghet

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