Cambria: Unterstützt Metas nächste VR-Brille dieses Killer-Feature?

Cambria: Unterstützt Metas nächste VR-Brille dieses Killer-Feature?

Project Cambria ist Metas Next-Gen-VR-Brille. Unterstützt sie künstliche Fokusverschiebung?

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Eine VR-Brille, mit der man virtuelle Objekte so natürlich fokussieren kann wie Gegenstände in der echten Welt: daran arbeiten VR-Forscher:innen schon seit langem. Ein Meta-Team will das Problem nach vielen Jahren gelöst haben, doch Eingang gefunden in ein kommerzielles Produkt hat die Technologie noch nicht.

Weshalb ist dieses Feature so wichtig, was bringt es und könnte Project Cambria es bereits unterstützen?

Rendering von Metas Mixed-Reality-Brille Project Cambria

Das bislang einzige offizielle Bild von Project Cambria verrät wenig zum Innenleben der Brille. Auffällig ist die schlanke Vorderseite, die auf ein neues optisches System hindeutet. | Bild: Meta

Der Vergence-Accommodation-Konflikt

Fokussiert man ein physisches Objekt in unmittelbarer Nähe, wie zum Beispiel einen hochgestreckten Finger, wird das Objekt scharf und der Hintergrund unscharf und umgekehrt.

Mit VR-Brillen ist diese natürliche Fokussierung nicht möglich. Der Grund: In Virtual Reality wird das gesamte Bild gleichmäßig scharf dargestellt. Dies irritiert das visuelle System, was zu Augen- und Kopfschmerzen, einem unscharfen Bild und Übelkeit führen kann.

In der englischen Fachsprache spricht man vom sogenannten Vergence-Accommodation-Konflikt. Könnte man dieses Problem beheben, wäre das ein großer Durchbruch für Virtual Reality, weil virtuelle Welten so realistischer wirken würden und man länger unter der VR-Brille verharren könnte, da es weniger anstrengend für die Augen ist.

Wie entsteht der Vergence-Accommodation-Konflikt?

Nimmt man ein physisches Objekt in den Blick, so geschehen zwei Dinge: Zum einen stellen sich die Augenbälle durch sanfte Rotation auf das Objekt („Vergence“) ein, zum anderen werden die Linsen mittels Muskelkontraktion so geformt, dass das Objekt scharf erscheint („Accommodation“).

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Beim natürlichen Sehen arbeiten diese optischen Mechanismen stets zusammen. Bei VR-Brillen hingegen entsteht ein Konflikt, da VR-Brillen nur eine Fokusebene haben, die fix auf circa zwei Meter Entfernung eingestellt ist.

Die Folge: Alles, was man in der VR-Brille sieht, erscheint gleichmäßig scharf und als wäre es zwei oder mehr Meter entfernt, unabhängig der tatsächlichen Entfernung.

Wenn man nun ein virtuelles Objekt in weniger als zwei Meter Entfernung betrachtet, erhält das Auge eine widersprüchliche Information: die Augen drehen sich so, als wären sie auf ein zwei Meter oder weiter entferntes Objekt gerichtet, während die Linsen gleichzeitig versuchen, ein Objekt in unmittelbarer Nähe scharfzustellen.

Diese sensorische Unstimmigkeit hat Folgen: Die Augen ermüden schneller, man bekommt Kopfschmerzen, sieht unscharf oder fühlt gar Übelkeit aufkommen. Da man in VR viel mit Objekten in unmittelbarer Nähe interagiert, hat das visuelle System meist die ganze Zeit über mit diesem Problem zu kämpfen.

Um den Vergence-Accommodation-Konflikt zu lösen, muss das Auge dahingehend getäuscht werden, dass es glaubt, tatsächlich ein nahes Objekt vor sich zu haben statt eines Objekts, das zwei Meter oder weiter entfernt ist.

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Dies kann durch künstliche Fokusverschiebung erreicht werden, also die Simulation eines natürlichen Fokussierens mittels Unschärfeeffekt.

Meta baut VR-Prototypen mit variablem Fokus

Meta entwickelte unter dem Codenamen Half-Dome eine Reihe von Prototypen, die künstliche Fokusverschiebung unterstützen: Half-Dome 1 wurde im Mai 2018 vorgestellt und im September 2019 folgte Half-Dome 2 und 3.

Half_Dome_Prototypen_1_2_3

Von links nach rechts: Half-Dome 1, 2 und 3. | Bild: Meta

Mit letzterem Prototyp gelang es den Meta-Ingenieur:innen, die komplexe Mechanik der beiden Vorgänger durch unbewegliche Komponenten zu ersetzen und die Technik zu miniaturisieren. Hierbei werden Flüssigkristalllinsen in Reihe geschaltet und die Fokusverschiebung rein elektrisch statt mittels mechanischer Teile herbeigeführt. Man beachte die wechselnde Schärfe von Vorder- und Hintergrund in folgendem Video, je nachdem, welche Linsen aktiv sind.

Wer tiefer ins Thema einsteigen möchte, kann sich obigen Videovortrag von Metas leitendem Displayforscher Douglas Lanman anschauen. Anfang 2020 bezeichnete Lanman Half-Dome 3 als fast reif fürs Rampenlicht. Könnte die Technik schon in Metas kommender Mixed-Reality-Brille mit Codenamen Project Cambria verbaut sein?

Kommt Project Cambria mit Fokusverschiebung?

Da die VR-Brille wissen muss, wohin die Nutzer:innen blicken, setzt künstliche Fokusverschiebung Eye-Tracking voraus. Die gute Nachricht ist, dass Project Cambria Blickerfassung unterstützt.

Unbestätigt ist, ob die Mixed-Reality-Brille Flüssigkristalllinsen ähnlich Half-Dome 3 verbaut hat. Der Display-Experte Karl Guttag hat Meta-Patente gefunden, die eine Kombination aus Pancake-Linsen und Flüssigkristalllinsen beschreiben. Die Patentzeichnungen erinnern stark an eine Grafik, die während der offiziellen Ankündigung von Project Cambria gezeigt wurde.

Schematische Darstellung der Pancake-Linsen in Project Cambria neben einer ähnlichen Abbildung aus einem Meta-Patent

Links: die Grafik aus der Cambria-Ankündigung. Rechts: Ein Patent, das eine Kombination aus Pancake-Linsen („120“ und „140“) und Flüssigkristalllinsen („130“) zeigt. |  Bild: Meta / Karl Guttag

Bei näherer Betrachtung zeigt sich allerdings, dass in der Grafik und dem anschließenden Rendering das mittlere Element, die Flüssigkristalllinsen, fehlt (siehe Video bei circa 1:05:00).

Natürliche VR-Fokussierung: Die Technologie ist noch nicht ausgereift

Project Cambria wird eine der ersten kommerziellen VR-Brillen sein, die Pancake-Linsen einsetzt und die Patente legen nahe, dass Meta an eine Kombination aus Pancake-Linsen und Flüssigkristalllinsen forscht. Doch dies allein hat wenig Beweiskraft.

Äußerungen des VR- und AR-Chefs Andrew Bosworth klangen eher so, als würde aus Half-Dome 3 so bald nicht Wirklichkeit: „Half-Dome ist hinsichtlich Fragilität, Kosten und Gewicht schwierig und wir haben noch keinen Weg gefunden, diese Faktoren auszubalancieren“, sagte Bosworth Anfang des Jahres und bestätigte, dass seine Teams immer noch an der Technologie arbeiten.

Vielleicht kommen die Flüssigkristalllinsen in die nächste Project Cambria oder Meta hat noch eine Überraschung parat. Denn bislang gibt es nur wenig Informationen zur neuen Mixed-Reality-Brille. Die Details zur Cambria-Technik sollen 2022 folgen, wenn Metas erste vollwertige VR-AR-Brille gegen eine technisch ähnliche Apple-Tech-Brille antreten könnte.

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