Nvidia forscht an Displays für sehr schlanke VR-Brillen

Nvidia forscht an Displays für sehr schlanke VR-Brillen

Nvidia und die Universität Stanford stellen ihre Forschungen an sehr schlanken VR-Brillen vor. Ein Prototyp ist nur 2,5 Millimeter tief.

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Wie können wir klobige Virtual-Reality-Headsets der Gegenwart in den schlanken Formfaktor einer gewöhnlichen Brille bringen? Viele XR-Ingenieur:innen weltweit stellen sich diese Frage.

Grafikkartenhersteller Nvidia und die Universität Stanford sind der Vision womöglich einen kleinen Schritt näher gekommen. Im Vorfeld der Siggraph-Konferenz 2022 stellen sie jüngst Prototypen mit einem extrem kompakten Formfaktor vor.

Beim dünnsten Exemplar ist das holografische Display-System nur 2,5 Millimeter tief. Dabei fehlen allerdings noch weitere elektronische Komponenten, die für eine vollwertige VR-Brille nötig sind.

Holografisches Display für entspannte Augen

Neben flachen Bildern ist auch eine räumliche holografische Darstellung mit verschiedenen Fokusebenen möglich. Dies könnte auf lange Sicht für weniger angestrengte Augen sorgen, weil so der Vergenz-Akkommodation-Konflikt (Erklärung) umgangen wird.

Anders als bei gängigen VR-Headsets fällt der relativ große Abstand zwischen Linse und Bildschirm hier weg. Stattdessen sind zwei Linsen direkt ins schmalen Display-System integriert. Zwischen ihnen entsteht das Bild mit Hilfe eines Wellenleiters und eines räumlichen Modulators für Licht (Spatial Light Modulator).

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Ein Prototyp, der sich bereits aufsetzen lässt, hat allerdings noch zahlreiche Nachteile. Dazu gehören ein sehr kleines Sichtfeld von nur 22,8 Grad (zum Vergleich: die Quest 2 hat rund 95 Grad) oder die nur 2,3 Millimeter winzige Eyebox, also der sichtbare Bereich des gerenderten Bildes. Umso größer dieser Bereich ist, desto kompatibler ist die VR-Brille mit unterschiedlichen Köpfen, Formfaktoren und bietet auch dann noch ein gutes Bild, wenn die Brille verrutscht. Die Größe des räumlichen Lichtmodulators wirkt sich indes unmittelbar auf die Sichtfeldweite aus.

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Einige dieser Problempunkte sollen sich minimieren lassen, sobald besser optimierte Komponenten zur Verfügung stehen, so die Autoren. Für ein rund 120 Grad großes Sichtfeld pro Auge sei etwa die Halbierung der Brennweite sinnvoll: Eine Maßnahme dafür sei, im Display-System gleich zwei der neuartigen „Geometric Phase Lenses“ (GP-Lenses) übereinanderzustapeln. Mindestens eine dieser neuartigen GP-Lenses ist grundsätzlich in den aktuellen Prototypen enthalten.

Die Eyebox wiederum ließe sich mit zusätzlichem Eyetracking auf bis zu (noch immer schmale) acht Millimeter vergrößern. Das Eyetracking-System könnte dann den Einfallswinkel des Lichts in das Auge verändern. So würde es bei allen Augenstellungen passend die Pupille erreichen.

Feinabstimmungen für Nvidias ultradünne VR-Brille

Der Report geht detailliert auf die derzeit essenzielle Feinabstimmung verschiedener Parameter und Bauteile ein. Um die Bildqualität weiter zu verbessern, experimentieren die Autoren zudem mit alternativen Algorithmen fürs Rendering.

Die Verfasser des Papers hoffen, mit ihrem Design und den experimentellen Prototypen weitere Forschungen für dünne, alltagstaugliche VR-Brillen anzustoßen.

Meta zeigte bereits 2020 eine extrem schlanke VR-Brille im Sonnenbrillenformat, die mit neun Millimetern allerdings noch etwas dicker ausfiel und kein holografisches Display verbaut hatte, also den Vergenz-Akkommodation-Konflikt nicht beseitigte. Meta forscht auch spezifisch an multifokalen VR-Brillen, etwa mit dem Varifocal-Prototyp Half-Dome 3.

Quellen: Nvidia (1 , 2), Autoren: Jonghyun Kim, Manu Gopakumar, Suyeon Choi, Yifan Peng, Ward Lopes, Gordon Wetzstein

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