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索尼怎樣實現(xiàn)3D顯示 |
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作者：愛立亞三維 網(wǎng)絡(luò)部 來源：搜狐 發(fā)表時間：2022/2/7 13:16:29
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此前，青亭網(wǎng)曾報道索尼在2020年發(fā)布的3D顯示屏ELF-SR1，該產(chǎn)品采用8英寸設(shè)計，分辨率達4K，亮度500nit，對比度1400:1，特點是加入眼球追蹤功能，識別雙眼后可分別為每只眼睛顯示2K分辨率的畫面，具備3D視差效果。據(jù)悉，ELF-SR1的定位主要面向電影、動畫、產(chǎn)品設(shè)計、建筑、AR/VR開發(fā)等專業(yè)領(lǐng)域。
實際上，索尼已經(jīng)公布ELF-SR1背后的技術(shù)細節(jié)，包括開發(fā)這款產(chǎn)品僅用2年時間，目的是解決3D空間顯示效果，打造一種未來化的電視。近期，該公司在官網(wǎng)上進一步透露了一直以來在3D空間顯示技術(shù)領(lǐng)域的探索，以及未來的研發(fā)路徑和戰(zhàn)略。 索尼表示：Eye-sensing Light Field Display（直譯為眼球追蹤光場顯示屏）是一種根據(jù)人類視覺特性而開發(fā)的顯示系統(tǒng)。它是一種支持眼球追蹤的光場顯示方案，可帶來逼真的裸眼3D視覺效果。 目前，市面上已經(jīng)存在多種3D顯示技術(shù)，比如3D電影、裸眼3D相框等等。相比之下，索尼眼球追蹤光場顯示系統(tǒng)號稱優(yōu)于市面上已有的3D顯示技術(shù)。 逼真還原3D空間的顯示方案 據(jù)青亭網(wǎng)了解，索尼的光場顯示屏的特點是具備高空間分辨率，可顯示具有空間感、支持任意視角查看的3D圖像，與空間融合的效果也足夠好。因此，其顯示的3D圖像看起來就像在你眼前真實存在一樣，效果比傳統(tǒng)3D顯示單元更沉浸。 在2020年10月，索尼在日本發(fā)布15.6英寸的4K空間顯示屏商用機型ELF-SR1，后來該產(chǎn)品也進入北美和中國市場。后來，還發(fā)布了32英寸的8K型號，8K型號與ELF-SR1 4K版的像素密度相同，而垂直和水平寬度則是后者二倍，分辨率也提升一倍。 在2021年夏天索尼合作舉辦的恐龍科學展上，展示了這款8K全息屏幕。 三大核心技術(shù) 眼球追蹤光場顯示屏（ELF）的關(guān)鍵詞之一是光場，其原來是利用光來渲染空間。實際上，人類生存的空間中存在各種光源，你看到的世界也是由光構(gòu)成的，因此利用無數(shù)光線組成的光場，將有望重現(xiàn)3D空間。
不過，考慮到空間中存在大量光線，重現(xiàn)全部光線并不實際，因此索尼ELF技術(shù)僅渲染對圖像必要的光線。索尼開發(fā)的3D顯示系統(tǒng)，結(jié)合眼球追蹤數(shù)據(jù)來計算并顯示，觀看者視角能看到的光線，而且可以根據(jù)視角變化而動態(tài)更新渲染內(nèi)容。 據(jù)了解，ELF系統(tǒng)首先確定人眼能看到的3D空間畫面，接著僅渲染能夠進入人眼的光線。因此，將需要采用一種快速、準確的眼球和注視點追蹤技術(shù)。除了根據(jù)視角變化動態(tài)渲染3D場景外，該系統(tǒng)還可以通過眼球追蹤來生成左右眼不同的畫面，形成雙目視差。
為了實現(xiàn)觀感自然、舒適的3D顯示效果，索尼在ELF顯示屏中使用了三項核心技術(shù)，包括：眼球追蹤、實時光場渲染、微型光學透鏡。 1，眼球追蹤 人在移動時，觀看3D物體的視角也會變化，為了渲染動態(tài)視角的圖像，ELF顯示屏采用了索尼研發(fā)的高速視覺傳感器，以及支持高準確性人臉識別算法的眼球追蹤系統(tǒng)，實時追蹤用戶眼球位置，同時動態(tài)捕捉用戶的運動。
據(jù)悉，索尼高速視覺傳感器每幾秒捕捉一次圖像，用于檢測面部位置、眼睛和面部輪廓等特征，然后通過這些特征信息來預測人臉的3D形態(tài)、人臉的距離和方向、運動變化。 ELF配備的攝像頭采用優(yōu)化的成像鏡頭，可捕捉到水平50°、垂直60°范圍內(nèi)的視角變化，用于渲染自然、流暢的運動視差。同時，ELF顯示方案從成像到渲染的整個過程的延遲足夠低，從而緩解視角變化產(chǎn)生的重影，或是可能導致暈動癥的圖像延遲等問題。 人臉檢測算法則基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（DNN）開發(fā)，經(jīng)過優(yōu)化后，人臉檢測算法更加適應(yīng)高速視覺傳感器，為用戶帶來舒適和穩(wěn)定的視覺體驗，降低成像噪音和環(huán)境光造成的模糊。即使用戶戴著口罩，也能檢測到面部。 2，實時光場渲染 ELF顯示屏根據(jù)用戶的視角變化而動態(tài)渲染3D場景，不過其輸出的投影圖像是扭曲的。因此，通過調(diào)整3D投影圖像的呈現(xiàn)方式，給觀看者一種圖像沒有扭曲的錯覺，甚至看起來足夠逼真，不像是顯示器而更像是真實存在的場景。
考慮到近年來游戲引擎的渲染效果得到明顯提升，尤其是在3D渲染場景，因此索尼認為，未來開發(fā)者們也許能通過游戲引擎，來為ELF顯示屏開發(fā)裸眼3D應(yīng)用和內(nèi)容。 3，微型光學透鏡 ELF采用微型光學透鏡，負責將實時生成的3D圖像傳送到雙眼。據(jù)了解，傳統(tǒng)裸眼3D顯示屏采用雙凸透鏡或視差光柵來覆蓋多個不同的視角，這些透鏡的缺點容易產(chǎn)生視角重疊，導致分辨率和圖像質(zhì)量下降。
為了改變這一問題，索尼的微型光學透鏡結(jié)合注視點傳感和實時光線重建算法，來實現(xiàn)一種為左右眼獨立生成不同動態(tài)視角的光學設(shè)計。接著，ELF還通過生成足夠多的合成視角，以及控制人眼能看到的圖像，來緩解視角重疊、分辨率降低的問題。 索尼表示：如果微型光學透鏡與3D顯示屏沒有對準，那么將難以實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)的動態(tài)視角變化，因此設(shè)備的精確校準相當重要。于是，索尼研發(fā)了一種精準的制造技術(shù)，可以將元器件位置誤差降低至幾十微米，此外還有一個檢測成品元器件位置的調(diào)整系統(tǒng)。根據(jù)調(diào)整系統(tǒng)設(shè)置的數(shù)據(jù)，ELF在實時圖像處理過程中可同步校正元件錯位問題，進一步提升3D圖像質(zhì)量。 前所未有的3D觀感 除了上述三項核心技術(shù)外，ELF顯示屏還采用了相機技術(shù)、顯示技術(shù)，以及基于注視點的精準校正系統(tǒng)，并通過處理校正信號來進一步減少視角重疊現(xiàn)象。
索尼還表示：ELF的軟件和算法基于微VR頭顯開發(fā)的技術(shù)，此外還優(yōu)化了人體工學設(shè)計。比如，ELF顯示屏以傾斜角度放置，更容易營造一種3D空間感。 應(yīng)用場景 這種裸眼3D顯示系統(tǒng)不僅可以用于娛樂場景，也將適用于教育、企業(yè)解決方案、醫(yī)療保健等領(lǐng)域。目前，隨著容積捕捉等技術(shù)發(fā)展，3D內(nèi)容的應(yīng)用場景越來越廣泛，而理想的觀看方式不只有AR/VR，用裸眼3D顯示屏查看也同樣沉浸。
不過，該方案目前僅限個人使用，因為眼球追蹤系統(tǒng)只能追蹤一個人的注視點。它可以用來向客戶展示3D設(shè)計和模型。索尼認為，未來該技術(shù)有望與實時3D視頻捕捉和傳輸技術(shù)結(jié)合，帶來具有臨場感的裸眼3D視頻通話體驗。 對于未來，索尼也在探索用全息技術(shù)來顯示更廣泛的深度圖像。據(jù)悉，索尼開發(fā)了一款臺式的相位調(diào)制SLM光學原型，并通過該原型驗證，RGB全息圖可有效實現(xiàn)多焦距呈現(xiàn)。此外，還訓練了一種可實時計算和生成高質(zhì)量圖像的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法。總之，為了進一步實現(xiàn)更自然的3D顯示效果，索尼接下來還將面臨更多技術(shù)挑戰(zhàn)，比如圖像質(zhì)量、計算量、視角和顯示范圍等等。而這些挑戰(zhàn)，可能在未來隨著硬件和信號處理技術(shù)發(fā)展而得到優(yōu)化。 實際上，谷歌也在探索基于3D全息顯示的視頻通話系統(tǒng)，不過由于成本較高，目前僅在內(nèi)部測試。相比之下，索尼ELF顯示技術(shù)已經(jīng)商業(yè)化，期待未來在此基礎(chǔ)上加入實時視頻功能。 |
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