Большинство современных моделей надеваемых шлемов-дисплеев по габаритам и весу напоминают допотопный прототип Айвена Сазерленда (Ivan Sutherland) 1969 года. В то время как наши гаджеты с каждым годом становятся все производительнее, компактнее и легче, а устройства типа больших стационарных компьютеров постепенно заменяются ультрабуками и планшетами, классические надеваемые дисплеи вот уже несколько десятилетий продолжают оставаться громоздкими и неудобными. Казалось бы, электроника и качественные дисплеи за полвека поубавили в размерах и весе, что мешает создать по-настоящему легкий и компактный продукт? Что делают инженеры и ученые для того, чтобы, наконец, превратить хипстерские очки в функциональный компьютер с функциями камеры, телефона и игровой консоли по совместительству?
Объяснить эту проблему просто: в то время как электроника и экранчики постепенно миниатюризируются, оптические элементы конструкции устройства по-прежнему остаются такими же большими и массивными, как и много лет назад. По большому счету, оптика становится не только бутылочным горлышком в вопросе габаритов и размеров, но также обеспечивает качество демонстрируемой глазам пользователя картинки. По этой причине специалистам приходится решать сразу несколько задач.
Для того чтобы стать практичным и привлекательным для конечного потребителя решением, современный надеваемый дисплей должен отвечать следующим требованиям:
- качественное изображение для каждого глаза
- поддержка высокого разрешения
- широкие углы обзора
- компактные и легкие оптические элементы
К сожалению, последний пункт реализовать на хорошем уровне крайне сложно. Создать компактную оптическую схему со множеством элементов, которая позволила бы обеспечить качественную картинку с хорошим уровнем яркости, четкости и контрастности с минимум искажений и аберраций проблематично. Вот и имеем большие, тяжелые железки с ограниченными углами обзора и прочими недостатками.
И всё же прогресс не стоит на месте. В некоторых современных проектах разработчики пошли по пути частичного решения проблем с осознанным ограничением функциональных возможностей, в других работах некоторые прорывные идеи позволили снять сразу целый список (хоть и не полный) традиционных ограничений, но в целом прогресс есть.
Мы предлагаем вашему вниманию дайджест действительно интересных работ последнего времени в области создания носимых персональных дисплеев. Здесь вы найдёте и добавленную реальность (AR), и виртуальную реальность (VR), и даже немножко 3D, но главная идея этой подборки заключается в том, что всё это, хоть и с определёнными оговорками, уже можно носить. Хотя не всё это ещё можно купить, но, по крайней мере, вектор развития технологий и свои собственные пожелания к таким разработкам оценить можно.
Очки-дисплей от NVIDIA: на вооружении технологии светового поля
Прототип устройства, недавно представленный Дугласом Ланманом (Douglas Lanman) и Дэвидом Любке (David Luebke) из NVIDIA, возможно, позволит решить проблему габаритов и веса надеваемых шлемов-дисплеев и очков-дисплеев с помощью массива микролинз и технологии светового поля.
Больше линз, намного больше линз. Вместо того, чтобы показывать каждому глазу изображение через одну большую стекляшку на расстоянии 25 мм, ученые предложили использовать массив миниатюрных оптических элементов. расположенных на поверхности OLED-панели. Благодаря этому появилась возможность разместить микродисплей намного ближе к глазному яблоку , чем это было возможно раньше. Качество картинки от этого не страдает – пользователь видит привычное для него резкое и качественное изображение.
Суть технологии хорошо иллюстрирует следующее изображение. Слева – классический микродисплей с попугаем. Справа – дисплей с массивом микролинз на поверхности. Берем в руки этот самый классический микродисплей и пододвигаем его близко к глазу – картинка плывет. Если же пододвинуть к глазу дисплей с микролинзами, изображение приобретает привычный вид и при этом остается относительно четким, то есть с читабельностью информации всё в порядке.
Оптические элементы-линзы в конструкции прототипа Ланмана имеют толщину всего 3,3 мм и весят 0,7 грамма каждый. Грубо говоря, это одна десятая параметров моделей, представленных сейчас на рынке.
Одна из проблем, с которой столкнулись Ланман и коллеги при разработке новых очков – резкое снижение разрешения картинки «на выходе». Происходит это из-за того, что каждая микролинза увеличивает лишь малую часть поверхности дисплея. Даже несмотря на то, что современные микродисплеи обладают высоким разрешением, итоговая картинка получается даже не в HD. Разработчики надеются, что в течение ближайших пяти лет на рынке появятся микродисплеи с очень высоким разрешением. Возможно, это и станет решением проблемы получения качественного изображения с использованием микролинз.
Нельзя сказать, что в данном случае идёт речь об изобретении велосипеда или чего-то совершенно нового и уникального. Разработка, скорее, основывается на существующих дисплейных технологиях и принципах, по которым работают камеры светового поля на базе микролинз (их еще называют пленоптическими). В данном случае из технологии извлекается максимум качеств, необходимых для реализации в рамках конкретного проекта – создания легкого и компактного надеваемого дисплея.
Есть надежда, что благодаря дисплеям светового поля появится возможность создавать тонкие и легкие надеваемые дисплеи, в которых будут учтены все наиболее важные «оптические факторы» человеческого зрения, такие как аккомодация (способность глаза приспособляться к рассматриванию предметов, находящихся на различных расстояниях), конвергенция и диспаратность (различие взаимного положения точек, отображаемых на сетчатках левого и правого глаза).
Резкая картинка отображается расфокусированными элементами путем создания световых полей, соответствующих виртуальным объектам и естественной аккомодации глаз пользователя.
Так же как и в случае с пленоптическими камерами, прототип очков с дисплеями светового поля позволяет реализовать непрерывную аккомодацию для глаза в условиях ограниченной глубины резкости. В бинокулярной конфигурации это позволяет решить проблему конвергентно-аккомодационного конфликта, который иногда имеет место при просмотре стерео 3D-контента.
Прототип высокотехнологичных очков-дисплея на базе OLED построен на базе двух экранчиков Sony ECX332A. Каждый модуль имеет размеры 15,36х8,64 мм и обладает разрешением 1280х720 точек (24-бит пиксели). Таким образом, на каждый миллиметр площади дисплея приходится 83,3 пикселя.
В собранном состоянии блок для одного глаза имеет толщину всего 1 см. Поле зрения – 29,16 градусов, пространственное разрешение – 146,78 пикселей.
Пленочный прототип на базе LVT-технологии (Light valve). Практическое применение подобных решений на текущий момент требует двух серьезных технологических усовершенствований на рынке: микродисплеи большего формата и с большим разрешением, а также увеличение углов обзора.
Инженерам удалось эмулировать микродисплеи с высоким разрешением с помощью цветной плёнки размером 3,75х3,75 см. Разработана эта плёнка благодаря использованию фильм-рекордера на базе технологии LVT (120 пикселей на миллиметр).
Согласно оптимистичным прогнозам, ожидается получить для прототипов на основе пленки пространственное разрешение на уровне 534х534 пикселя и углы обзора 67 градусов.
LVT- и OLED-прототипы включают массивы микролинз, состоящие из 35х35 и 14х8 элементов соответственно. Таким образом, в данном конкретном случае требуется растеризация отдельной проекции трехмерной сцены для каждой микролинзы.
В качестве альтернативного решения задачи инженеры доработали движок NVIDIA OptiX, снабдив его поддержкой технологии Quad buffering в OpenGL. Благодаря этому обеспечивается поддержка полноценного 3D – с HDMI 1.4a и всеми требованиями, предъявляемыми драйверами электроники OLED-устройства.
Теперь касательно поддержки стерео 3D. Для реализации полноценного решения требуется поддержка обратной совместимости для существующих источников стерео 3D-контента, включая проигрывание трехмерных фильмов и 3D-гейминг. Разработчики предлагают следующее решение: эмуляция обычного плоского автостереоскопического дисплея.
Для текущего метода реализации на основе OpenGL, каждая стереокартинка рендерится в текстуру, которая соединяется с Frame buffer object (FBO).
Для справки, Frame buffer object или FBO – расширение архитектуры OpenGL для гибкого закадрового рендеринга, включая рендеринг в текстуру. Замена цели вывода с экранного буфера на FBO может использоваться для применения фильтров и эффектов на этапе пост-обработки. По сути, это аналог того же Render Targets Model в DirectX.
Затем фрагмент-шейдер GLSL создает проекцию для каждой линзы посредством подборки текстур для стереокартинки.
GLSL (OpenGL Shading Language) — язык высокого уровня для программирования шейдеров. Синтаксис языка базируется на языке программирования ANSI С. В этот язык включены дополнительные функции и типы данных, например для работы с векторами и матрицами.
Загадочные очки-дисплей от Glass Up с пикопроектором
Интересную новинку готовит к выпуску итальянская компания Glass Up – весной 2014 года планируется выпуск очков дополненной реальности с очень лаконичным и современным дизайном. Разработкой модели занимается известное дизайнерское ателье Si14. Кстати, Glass Up некоторое время назад даже запустила на сайте Indiegogo.com кампанию для продвижения проекта. Цель – собрать 150 тысяч долларов. Нашим читателям мы хотели бы показать один из прототипов таких очков.
Пока что мы располагаем малым количеством информации относительно технических характеристик продукта. На текущий момент известно точно, что устройство будет работать под управлением ОС Android. Это не значит, что очки будут совместимы только с Android-продуктами. Решение также можно будет подключать к устройствам на базе Windows и iOS.
Вес устройства будет составлять 70 граммов. В набор сенсоров и датчиков разработчики собираются включить акселерометр, компас, датчик интенсивности освещения. Модулем GPS очки оснащаться не будут, так как GPS уже есть в вашем смартфоне.
Соединяться с мобильным телефоном устройство сможет с помощью Bluetooth LE. Заряда встроенной батарейки должно хватать на один день использования. Зарядка аккумулятора будет осуществляться с помощью micro-USB.
Управление надеваемым дисплеем осуществляется с помощью своеобразного тачпада привычным способом (касание, двойное касание, долгое нажатие, поворот)
Оптическая система представлена дисплеем и набором линз и зеркал. Разрешение дисплея – 320х240 точек.
Интересная приписка на официальном сайте – если вы задаете слишком много вопросов по поводу оптической системы очков, вы – конкурент. Воу-воу, полегче! Сразу напрашивается одно из двух: или реализованные в очках технологии демонстрации картинки на стекляшках слишком новы и революционны, или, наоборот, всё настолько банально, что разработчики стесняются говорить об этом вслух.
В устройстве используется пикопроектор, установленный на одной из дужек. Проектор проецирует картинку на линзы очков. При желании, пользователь может заменить линзы на диоптрийные. Сейчас разработчики раздумывают над тем, какую же команду отдать под процесс включения/выключения проектора. Вероятно, ею станет именно долгое нажатие.
По словам журналистов, которые уже попробовали работать с некоторыми прототипами устройства, информация очень тяжело читается на ярком фоне. Возникает вопрос – как правильно замерять уровень яркости изображения в продуктах такого рода?
Здесь можно ознакомиться с версиями очков, которые планируется производить. Расчет в онлайн-магазине производится “битками” (bitcoins). Цены находятся там же.
Картинка на сетчатке: ретинальный дисплей от Avegant
В то время как инженеры и исследователи борются за каждый сантиметр толщины и каждый грамм веса разрабатываемых надеваемых дисплеев, специалисты компании Avegant предлагают отказаться от встраиваемых в очки микроэкранов и проецировать изображение прямо на сетчатку человеческого глаза.
Идеолог проекта Эд Танг (Ed Tang) называет новую разработку виртуальным ретинальным дисплеем (Virtual retinal display, VRD). Принцип работы таких очков заключается в проецировании изображения непосредственно на сетчатку глаза пользователя. Здесь нет набора линз и большого ЖК-дисплея, как в Oculus Rift. Проекция картинки осуществляется с помощью высокотехнологичной конструкции из 2 миллионов микрозеркал.
Как и в случае с Rift, при создании устройства такого класса и уровня нужно учитывать необходимость подстройки и калибровки очков под физиологию каждого пользователя. Это и фокусировка, и диоптрии, и расстояние между глазами, ширины лица. Avegant удалось решить эту проблему благодаря регулируемому корпусу очков, который можно настроить под себя.
Разработчики обещают нам картинку неплохого качества (1280×768 пикселей или WXGA для каждого глаза). Пока что устройство выглядит довольно странно и смотрится забавно на носу у восхищенного потребителя. Надеемся, финальный продукт будет легче и компактнее прототипа.
Первая демонстрация новинки запланирована на январь и пройдет она в рамках выставки Consumer Electronics Show в Лас-Вегасе. По традиции наш корреспондент посетит выставку и, возможно, порадует нас живыми фотографиями ретинального дисплея Avegant и первым экспресс-тестом новинки. Кстати, совсем недавно на нашем сайте вышел подробный материал о новинке с большим количеством иллюстраций и интересных фактов.
Canon разрабатывает надеваемый дисплей для MREAL
Наш материал был бы неполным без упоминания интересной разработки от IT-гиганта Canon – MREAL (Mixed and Augmented Reality). Этот продукт продолжает линейку надеваемых дисплеев Canon, которая была запущена в июле 2012 с устройства HM-A1.
Сейчас инженеры Canon работают над созданием компактного дисплея для новой, усовершенствованной системы так называемой смешанной реальности.
MREAL была представлена летом прошлого года в Японии и представляет собой устройство, которое позволяет объединить виртуальную реальность и существующее окружение в так называемую «смешанную реальность». Решение получило множество положительных отзывов от игроков производственной отрасли, ведь благодаря MREAL у инженеров появилась возможность оценить преимущества и выявить ошибки проектирования того или иного продукта задолго до начала производства – в виртуальном режиме. Таким образом, специалисты могут оперировать с цифровыми копиями деталей или узлов, и существенно снизить затраты на производство прототипов и тестовых образцов.
Компания также разрабатывает принципиально новое программное обеспечение, которое существенно увеличит точность работы и удобство использования MREAL, особенно когда система работает в паре с внешней подключаемой камерой и маркерами-метками. Внешняя камера обеспечивает зрителю более реалистичную перспективу по сравнению с использованием встроенных камер. При этом охват сцены и угол зрения намного больше, поэтому пользователю намного удобнее ориентироваться в пространстве. ПО также обеспечивает более точную связь между реальными объектами и демонстрируемыми на экране цифровыми данными.
Пока что точные спецификации и стоимость устройства не разглашается. Известно лишь, что надеваемый дисплей поступит в продажу уже в конце этого года. Помимо SIGGRAPH, Canon демонстрировала новое решение в рамках 21-й выставки 3D & Virtual Reality Expo (IVR), которая проходила в Токио.
Применение устройства такого рода могут найти в шоурумах, на выставках, быть полезными в презентациях. Компания также надеется, что решение будет пользоваться популярностью среди инженеров, дизайнеров, индустрии производства.
Очки-компьютер Recon Jet – уже этой весной
Компания Recon Instruments ведет разработку устройства дополненной реальности, которое устанавливается на обычные солнцезащитные очки. Решение представляет собой надеваемый модуль с микродисплеем, который может использоваться в различных сферах деятельности: занятия спортом, медицина.
Ниже представлены технические характеристики новинки:
- Двухъядерный процессор ARM Cortex-A9 (1 ГГц)
- 1 Гбайт памяти DDR2
- 8 Гбайт флеш-памяти
- Широкоэкранный дисплей с разрешением WQVGA (16:9). Виртуальное изображение сопоставимо по размерам с картинкой на 30-дюймовом HD-дисплее с расстояния 2 метра.
- Энергосберегающий режим
- Высокая контрастность и яркость для лучшей читабельности картинки в условиях яркого освещения.
- Wi-Fi, Bluetooth 4.0 (Bluetooth Smart), Apple MFi Bluetooth, GPS
- Поддержка передачи данных
- Встроенная HD-камера, динамик, микрофон
- 3D-акселерометр, 3D-гироскоп, 3D-магнитометр. Датчик измерения давления, альтиметр и барометр, датчик температуры, сенсор для работы с интерфейсом
- Возможность функционирования устройства при любой погоде, а также в перчатках
Вся эта красота поставляется в комплекте с современными солнцезащитными очками и весит всего 60 граммов. Есть два варианта оформления устройства – в чёрном и белом цвете.
Устройство Recon Jet уже доступно для предзаказа по цене 600 долларов на сайте компании-производителя. Кстати, первая партия очков с ценником 500 долларов уже раскуплена. Поставки запланированы на декабрь. Поставки устройств по цене 600 долларов начнутся в феврале 2014.
Google Glass для автомобилистов: британцы против
Наверняка многие из наших читателей слышали о неоднозначной реакции на очки Google Glass со стороны не только потребителей, но и законодателей некоторых стран. К примеру, на территории Украины использование очков со встроенной камерой может повлечь за собой уголовную ответственность. Британское правительство также в свое время предложило запретить владельцам транспортных средств использовать очки во время вождения. По их мнению, использование очков во время езды может стать причиной аварийных ситуаций, так как водитель постоянно отвлекается на постороннюю информацию, отображаемую на экране. В свою очередь, разработчик устройства – компания Google – делает акцент на том, что очки позволят получить доступ к важным данным во время вождения и сделать езду более комфортной.
Учитывая то, что Великобритания является частью Европейского Союза, существует вероятность принятия соответствующих мер другими странами-участницами ЕС.
Если эта инициатива и наберет силу, существует вероятность того, что под удар попадут не только очки Google Glass, но и прочие системы дополненной реальности от других производителей. Произойдет это лишь в том случае, если исследования подтвердят факт снижения концентрации внимания на дороге при использовании таких систем.
Как бы то ни было, но данная ситуация показывает, что устройства дополненной реальности и надеваемые дисплеи во всем мире, наконец, начали воспринимать всерьёз.
«Intelligent Eye» от Reevu: мотоциклетный шлем, зеркало заднего вида и надеваемый дисплей в одном
Британская компания Reevu специализируется на разработке высокотехнологичных мотоциклетных шлемов. Некоторое время назад инженеры Reevu представили модель шлема со встроенным зеркалом, которое обеспечивает мотоциклисту хороший обзор всего, что происходит сзади. Разработка под названием Mulitple Reflective Optical System (MROPS) представляет собой полностью оптическую систему, без применения электронных элементов типа дисплеев и камер. Работает MROPS следующим образом. В задней части шлема имеется прозрачное окошко. Картинка отображается в небольших зеркалах, расположенных в зоне периферийного зрения мотоциклиста.
Цель этой разработки – обезопасить участников дорожного движения от аварий, вызываемых плохим обзором ситуации на дороге сзади. Еще одно преимущество MROPS – улучшение характеристики шлема как устройства защиты от повреждений – в нашем случае оптический модуль играет роль своеобразной крэш-зоны и служит дополнительной защитой для головы. По сравнению с классическим шлемом, решения с MROPS обеспечивают лучшую вентиляцию.
Вы спросите, какое же отношение шлем с зеркалом имеет к нашей теме, посвященной надеваемым дисплеям? Вот и ответ: совсем недавно разработчики Reevu объявили об усовершенствовании MROPS и оснащении системы некоторыми функциями проекционных дисплеев с индикацией на стекле (HUD, head-up display). Новая разработка получила название «Intelligent Eye».
Картинка с проекционной системы отображаются в том же зеркальце «заднего вида», и может включать информацию с GPS, диагностические данные работы двигателя или всего мотоцикла, скорость.
На текущий момент стоимость шлема с MROPS и Intelligent Eye составляет около 1100 долларов. Разработчики позиционирует эту технологию как решение не только для мотоциклистов, но намного более широкого круга задач. Более того, они готовы разрабатывать новые продукты на базе таких технологий.
Новые возможности HC-1 от Motorola Solutions: управление с помощью голоса и жестов
Motorola Solutions намерена усовершенствовать модель надеваемого компьютера HC-1, добавив к его функциональности управление жестами и голосом. Это позволит существенно увеличить удобство использования и мобильность самой системы.
Среди нововведений можно отметить автоматическую систему распознавания речи и жестов (технологии «teXXmo» и «Entervise»), слежение за положением головы, поддержку беспроводной связи, панель управления Kopin Golde-i. Всё это вкупе обеспечивает возможность простого и интуитивного управления компьютером с помощью голоса и жестов.
Не исключено, что новая разработка Motorola Solutions станет наглядным примером того, как реализации технологий управления «без рук» может упростить и сделать более эффективным рабочий процесс.
Рассмотрим технические характеристики решения. В первую очередь, это ЖК-дисплей Kopin с SVGA-разрешением и светодиодной подсветкой. Глаз человека может считывать информацию с этого экранчика с очень близкого расстояния. При этом создается эффект восприятия изображения с 15-дюймового дисплея с полем зрения 32 градуса. Для сравнения, этот показатель можно сравнить с картинкой на 65-дюймовом телевизоре на расстоянии 2,5 метра.
Вес устройства составляет 650 граммов вместе с батареей, но без камеры (плюс ещё 105 граммов). Система управления с помощью жестов включает стандартную 9-осевую схему плюс гироскоп, акселерометр и цифровой компасс. Аудиоподсистема представлена парой микрофонов и динамиком, который располагается рядом с ушной раковиной пользователя.
Надеваемый компьютер работает под управлением ОС WinCE на базе двухъядерного процессора TI OMAP 3730 (частота 800 МГц). В качестве источника питания выступает аккумулятор ёмкостью 1950 мАч.
Компания Motorola представила первые модели надеваемого компьютера HC-1 еще в октябре 2012 года. Тогда разработчик охарактеризовал новинки как устройства совершенно нового класса для бизнес-задач с возможностью управления «без рук». Ещё в 2012 году компания заявила о сотрудничестве в этом направлении с Kopin. При этом производимый продукт решено было выпускать под брендом именно Motorola (HC-1). На самом деле, эта ниша рынка оказалась намного богаче и шире, чем изначально предполагали маркетологи Motorola. Именно по этой причине компания решила продолжить развитие этой категории продуктов.
Инженеры Kopin постепенно совершенствуют микродисплейные технологии, делая миниатюрные экранчики качественнее и легче. При этом вычисления постепенно переползают в облака, что делает мобильные решения удобнее и проще благодаря беспроводным технологиям.
Motorola Solutions намерена продвигать новые надеваемые компьютеры с поддержкой технологий распознавания речи и жестов для применения в строительстве, на рынке телекоммуникаций, производства, машиностроения.
Выводы
Кто знает, быть может, совсем скоро надеваемые дисплеи завоюют сердца потребителей и прилавки магазинов и подобно смартфонам и планшетам станут своеобразным технологическим символом еще одного десятилетия.
Сегодня исследователям и инженерам предстоит еще решить целый ряд задач, прежде чем будет создан идеальный надеваемый дисплей. Это и оптика, и разрешение, и качество картинки, и мобильность, и время работы от батарейки, и безопасность использования в различных условиях, в конце концов.
Радует то, что рынок постепенно развивается: появляются новые технологии, эволюционируют старые. Как уже было отмечено выше, надеваемые дисплеи, наконец, начали воспринимать всерьез. Об этом говорит не только головокружительная популярность Rift, но и серьезные попытки IT-гигантов и небольших компаний создать поистине качественный продукт. Остаётся надеяться, что совсем скоро хорошим надеваемым дисплеем мы сможем назвать не тяжелую железку размером с коробку из-под обуви, но лёгкие, стильные и функциональные очки, которые не будут вызывать всепонимающую и снисходительную улыбку у прохожих.
На выставке CES’14, которая традиционно проходит в январе каждого года в Лас Вегасе, будет продемонстрировано множество технологий, схожих и не схожих с рассмотренными сегодня.
Ссылки по теме:
- Надеваемый 3D-дисплей Oculus Rift: игрушка на миллион долларов
- Очки-дисплеи дополненной (AR) реальности: новинки-2013
- Очки Project Glass от Google на New York Fashion Week
- Революция Oculus Rift, год спустя. Часть I: о «железе» и о будущем
- Революция Oculus Rift, год спустя. Часть II: игры и софт
- Lumus: надеваемый личный 3D-дисплей или обычные очки?
- Надеваемый Full HD 3D-дисплей ST1080 HD 3D: цена и другие подробности
- Персональный стерео 3D-дисплей Sony HMZ-T2: поколение II
- Apple запатентовала технологию для надеваемых 3D-дисплеев
- Наголовный смартфон NTT Docomo с очками дополненной реальности
- Очки SMI 3D Eye Tracking: 6D-интерактив с отслеживанием глаз
