Конфликт вергентности и аккомодации
Конфликт вергенции-аккомодации ( VAC ), также известный как конфликт аккомодации-вергенции , представляет собой зрительный феномен, который возникает, когда мозг получает несовпадающие сигналы между вергенцией и аккомодацией глаза . Это обычно происходит в виртуальной реальности устройствах дополненной реальности , устройствах , 3D-фильмах и других типах стереоскопических и автостереоскопических дисплеев. Эффект может быть неприятным и вызвать напряжение глаз.
Можно выделить две основные реакции глаз: конвергенцию глаз и аккомодацию. Оба эти механизма имеют решающее значение для стереоскопического зрения. Вергентность или независимое вращение глаз внутрь/наружу используется для фиксации на предметах и восприятия их как одиночных. Неправильная реакция вергенции может вызвать двоение в глазах. Аккомодация — это механизм фокусировки глаза, который обеспечивает четкое изображение на сетчатке. Оба эти механизма нервно связаны, образуя рефлекс аккомодации-конвергенции. [ 1 ] глаз. Можно различать расстояние — точки, к которой сходятся оба глаза, и расстояние —
В нормальных условиях зрительная система человека ожидает совпадения расстояний вергенции и аккомодации. При просмотре большинства искусственных 3D-изображений или дисплеев расстояния вергенции и аккомодации по большей части не совпадают. Зрительная система человека не развита для комфортного просмотра подобных искусственных 3D-изображений, поэтому VAC может быть очень неприятным ощущением для зрителя. [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]
VAC часто встречается при просмотре стереограмм , 3D-фильмов или виртуальной реальности (VR). Через короткий промежуток времени это может вызвать зрительную усталость и головные боли; Это один из основных факторов, вызывающих болезни виртуальной реальности . Это явление может сделать невозможным фокусировку на объектах, близких к глазу, в виртуальной реальности, что ограничивает разработку программного обеспечения для виртуальной реальности. [ 5 ]
VAC очень сложно преодолеть при разработке новых типов 3D-дисплеев . [ 5 ]
Эффекты
[ редактировать ]Люди, играющие в 3D-видеоигры, часто после этого жалуются на переутомление глаз или на то, что 3D-эффект дезориентирует. Это из-за ВАК. [ 6 ] Нет четкого консенсуса относительно степени повреждения зрения, если таковое имеется, которое может возникнуть в результате чрезмерного воздействия VAC. Несмотря на это, пользователи классических стереоскопических устройств сообщают, что не могут смотреть на 3D-экран в течение длительного периода времени. [ 7 ]
Мера напряжения переменного тока
[ редактировать ]Конфликт вергентности и аккомодации можно измерить количественно; обычно путем сравнения оптической силы, необходимой для фокусировки на объектах на расстоянии вергенции, с оптической силой, необходимой для фокусировки на объектах на расстоянии аккомодации. [ 8 ] В этом контексте оптическая сила равна обратной величине расстояния в диоптриях ( м). −1 ). Следовательно, разница между величиной, обратной величине расстояния вергенции, и величиной, обратной величине расстояния аккомодации, характеризует степень VAC.
В примере с головным дисплеем виртуальной реальности расстояние аккомодации соответствует расстоянию плоскости виртуального изображения. Часто оптика рассчитана на размещение виртуального экрана где-то между 2 метрами и бесконечностью. То есть для виртуального дисплея на расстоянии 2 метров целевое расстояние аккомодации, выраженное в диоптриях, будет составлять 0,5 D. Напротив, расстояние вергенции на стереоскопическом дисплее может свободно меняться в зависимости от местоположения целевого контента. Например, виртуальный объект с помощью бинокулярной диспропорции можно разместить на расстоянии 30 см, что соответствует 3,33 диоптрии. В таком случае величина ВАХ для человека с нормальным зрением составит 3,33-0,5=2,83 диоптрии.
Физиология
[ редактировать ]Конфликт вергенции и аккомодации вызван такими факторами физиологии человека, как рефлекс аккомодации . VAC возникает, когда человеческий мозг получает несовпадающие сигналы между вергентностью и аккомодацией . [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] Это часто вызывает головные боли и зрительное утомление. [ 13 ] Конфликт вергенции и аккомодации является одной из основных причин болезни виртуальной реальности . [ 14 ]
Большинство людей могут переносить некоторую степень VAC без заметных побочных эффектов. Хотя это зависит от конкретного человека и расстояния просмотра, VAC составляет около 0,4 диоптрии. [ 8 ] находится в пределах комфорта большинства людей.
Конфликт вергенции и аккомодации может иметь необратимые последствия для зрения. Детям в возрасте до шести лет рекомендуется избегать просмотра 3D-дисплеев, вызывающих VAC. [ 12 ] Прототипы Meta Half Dome решили проблему с помощью линз с переменным фокусом, которые согласовывали фокальную глубину со стереоскопической глубиной вергенции. [ 15 ] В первом прототипе для перефокусировки объектива использовались громоздкие механические приводы. В третьем прототипе использовалась стопка из 6 слоев жидкокристаллических линз, каждый из которых можно было включать и выключать путем подачи напряжения, что создавало 64 дискретные фокальные плоскости. [ 16 ] В настоящее время нет производства продуктов, использующих эту технологию.
Причины
[ редактировать ]Виртуальная и дополненная реальность
[ редактировать ](AR) первого поколения Все гарнитуры виртуальной реальности и дополненной реальности представляют собой устройства с фиксированным фокусом, которые могут вызывать VAC. Популярные примеры таких устройств включают Oculus Quest 2 , HTC Vive , Valve Index и Microsoft HoloLens . VAC можно ощутить, поднеся виртуальный объект очень близко к глазам в гарнитуре и пытаясь сфокусироваться на нем. [ 17 ]
Не все 3D-дисплеи вызывают конфликт вергенции и аккомодации. Разрабатываются новые типы дисплеев, которые не вызывают ВАХ, такие как голографические дисплеи и дисплеи светового поля . [ 9 ]
Другие причины
[ редактировать ]VAC также может возникнуть при использовании других технологий, в том числе:
- при просмотре стереограммы через стереоскоп [ нужна ссылка ]
- при просмотре автостереограммы с использованием техники расфокусировки глаз [ нужна ссылка ]
- при просмотре 3D-кинотеатра и 3D-телевидения [ 18 ] (не так выражено, как другие виды медиа, такие как VR)
- автостереоскопические дисплеи , такие как тот, что есть в Nintendo 3DS. [ 12 ]
Смягчения
[ редактировать ]Компании, производящие оборудование VR и AR, часто просят разработчиков программного обеспечения не показывать виртуальный контент слишком близко к пользователю на устройствах. [ 19 ] [ 20 ] Однако это всего лишь программное смягчение, и зачастую эффект все же можно заметить.
Точно так же, как пользователи виртуальной реальности могут привыкнуть к движению в виртуальной реальности (посредством практики и воздействия, позволяющего преодолеть укачивание), они также могут научить своих учеников сохранять фокус на расстоянии, медленно приближая виртуальный объект к своему лицу.
Решения
[ редактировать ]Решение конфликта вергенции и аккомодации состоит в том, чтобы избегать смотреть на все, что вызывает это явление. В VR и AR с 2010-х годов разрабатываются новые типы дисплеев, которые могут минимизировать или устранить VAC до уровня, не вызывающего проблем. К таким дисплеям относятся варифокальные, мультифокальные, [ 21 ] голографические, точечно-зеркальные и световые дисплеи . [ 22 ]
Варифокальные дисплеи — это концепция, изучаемая в основном в решениях для отображения виртуальной реальности. Основной принцип основан на динамической регулировке фокусного расстояния дисплеев в зависимости от направления взгляда. Этот метод требует решения для отслеживания взгляда и средств модуляции фокусного расстояния экрана. Модуляцией фокусного расстояния может быть, например, физическое приведение в действие экрана по отношению к оптике фиксированного окуляра, либо использование варифокальной оптики. [ 23 ] [ 24 ] линзовый элемент(ы). Хотя вариофокальный подход смягчает или полностью устраняет VAC, он не может передать реалистичные сигналы монокулярной фокусировки. Чтобы добавить реализма, эти методы основаны на методах обработки изображений для имитации сигналов фокусировки .
Мультифокальные дисплеи — еще один способ преодолеть VAC. Принцип работы основан на наличии нескольких фокальных плоскостей изображения (экранов), которые с точки зрения зрителя доступны одновременно в любое время. Это дает возможность адаптировать глаза в пределах доступного диапазона фокусных расстояний и воспринимать реалистичные сигналы монокулярной фокусировки (размытие изображения) аналогично естественным условиям просмотра. По сути, мультифокальные дисплеи дискретизируют измерение глубины и разделяют или нарезают 3D-контент в соответствии с доступной конфигурацией плоскостей глубины, чтобы минимизировать VAC. Тема мультифокальных дисплеев тщательно исследовалась на протяжении как минимум нескольких десятилетий . [ 25 ] [ 26 ] ограничено тем не менее, предложение коммерчески доступных мультифокальных окологлазных дисплеев .
Дисплеи светового поля — один из лучших способов решить конфликт вергенции и аккомодации. [ 22 ] Они имеют те же функции, что и встроенные дисплеи визуализации .
CREAL , производитель окологлазных дисплеев для гарнитур/очков дополненной реальности, разработал технологию отображения светового поля, которая проецирует световые лучи так же, как они существуют в реальном мире. Таким образом, виртуальный контент имеет реальную глубину, и каждый глаз может естественным образом переключать фокус между виртуальными объектами, начиная с расстояния, близкого к бесконечности.
SeeReal Technologies , производитель дисплеев для мобильных устройств с поддержкой 3D, утверждает, что их дисплеи могут генерировать визуальные эффекты, не имеющие фиксированной аккомодации. [ 27 ] Компания разработала дисплей, используемый в смартфоне Takee 1 . [ 28 ] Однако решение SeeReal требует отслеживания взгляда , что может ограничить 3D-возможности дисплеев, такие как поле зрения 3D-эффекта. [ нужна ссылка ]
См. также
[ редактировать ]- Аккомодационная конвергенция
- Бинокулярное зрение
- Восприятие глубины
- Влияние 3D на здоровье
- Голографический дисплей
- Мультископия
- Поляризованная 3D-система
- Стереопсис
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Рефлекторное действие | Определение, виды и механизм и важные решаемые вопросы» . 11 ноября 2020 г.
- ^ «Зона комфорта: прогнозирование зрительного дискомфорта с помощью стереодисплеев» . Журналы Йова Арво . 11 (8).
- ^ Ванн, Джон П.; Мон-Вильямс, Марк (май 1997 г.). «Проблемы со здоровьем, связанные с дисплеями виртуальной реальности: что мы знаем, а что нет» . ACM SIGGRAPH Компьютерная графика . 31 (2): 53–57. дои : 10.1145/271283.271307 . ISSN 0097-8930 . S2CID 17366319 .
- ^ «Конфликты вергенции и аккомодации ухудшают зрительную работоспособность и вызывают зрительную усталость» . Журналы JOV Arvo . 8 (3). Март 2008 года.
- ^ Jump up to: а б Конфликт вергенции и аккомодации: исследование Facebook объясняет, почему варифокальный режим важен для будущего виртуальной реальности . Эта последовательность видеороликов взята из выступления Дугласа Ланмана «Качество экранного времени: использование вычислительных дисплеев для пространственных вычислений» на 33-м ежегодном симпозиуме по электронной визуализации (26–30 января 2020 г.) ) , получено 26 сентября 2022 г.
{{citation}}: CS1 maint: другие ( ссылка ) - ^ «Это нормально, что эффект 3DS режет глаза? - Nintendo 3DS» . gamefaqs.gamespot.com . Проверено 26 сентября 2022 г.
- ^ «Ваша Nintendo 3DS вредна для вашего здоровья?» . ПКМАГ . Проверено 26 сентября 2022 г.
- ^ Jump up to: а б Сибата, Такаши; Ким, Джухван; Хоффман, Дэвид М.; Бэнкс, Мартин С. (5 июля 2011 г.). «Зона комфорта: прогнозирование зрительного дискомфорта с помощью стереодисплеев» . Журнал видения . 11 (8): 11. дои : 10.1167/11.8.11 . ISSN 1534-7362 . ПМК 3369815 . ПМИД 21778252 .
- ^ Jump up to: а б «Разрешение конфликта вергенции и аккомодации в наголовных дисплеях» (PDF) . 22 сентября 2022 г. Архивировано (PDF) из оригинала 22 сентября 2022 г. . Проверено 22 сентября 2022 г.
- ^ Чжоу, Яо; Чжан, Джуфан; Фанг, Фэнчжоу (1 декабря 2021 г.). «Конфликт вергенции и аккомодации в прозрачном оптическом дисплее: обзор и перспективы» . Результаты по оптике . 5 : 100160. дои : 10.1016/j.rio.2021.100160 . ISSN 2666-9501 . S2CID 241361232 .
- ^ Конрад, Роберт (6 ноября 2015 г.). «Что такое конфликт вергенции и аккомодации и как его исправить?» . XRDS: Crossroads, журнал ACM для студентов . 22 (1): 52–55. дои : 10.1145/2810048 . ISSN 1528-4972 . S2CID 9330080 .
- ^ Jump up to: а б с «3D-технологии и зрение: не рекомендуется использовать детям до шести лет, использовать умеренно — детям до 13 лет» . Ансы . 6 ноября 2014 года . Проверено 22 сентября 2022 г.
- ^ Хоффман, Дэвид М.; Гиршик, Ана Р.; Экли, Курт; Бэнкс, Мартин С. (1 марта 2008 г.). «Конфликты вергенции и аккомодации ухудшают зрительную работоспособность и вызывают зрительную усталость» . Журнал видения . 8 (3): 33,1–30. дои : 10.1167/8.3.33 . ISSN 1534-7362 . ПМЦ 2879326 . ПМИД 18484839 .
- ^ Лоусон, Бен Д.; Стэнни, Кей М. (2021). «Редакционная статья: Киберболезнь в виртуальной и дополненной реальности» . Границы виртуальной реальности . 2 . дои : 10.3389/frvir.2021.759682 . ISSN 2673-4192 .
- ^ VR, Окулус. «Представляем команду разработчиков Half Dome — варифокальный прототип Facebook Reality Labs | Блог Meta Quest» . www.oculus.com . Проверено 13 июня 2023 г.
- ^ «Руководитель Facebook по исследованию дисплеев: варифокальный полукупольный монитор 3 «почти готов к прайм-тайму» » . ЗагрузитеVR . 28 июля 2020 г. Проверено 13 июня 2023 г.
- ^ Конфликт вергенции и аккомодации: исследование Facebook объясняет, почему варифокальный режим имеет значение для будущей виртуальной реальности (видео) , VR-трейлеры и клипы, 18 июля 2020 г. , получено 22 сентября 2022 г. – через YouTube
- ^ Digital, Брэндон Коста, директор (25 октября 2011 г.). «Конфликт вергенции и аккомодации: почему плохое 3D буквально вызывает тошноту» . Группа спортивного видео . Проверено 22 сентября 2022 г.
{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ «Комфорт — смешанная реальность» . Learn.microsoft.com . 19 октября 2021 г. Проверено 22 сентября 2022 г.
- ^ «Разработчик Magic Leap — Дизайн игр: лучшие практики» . Разработчик Magic Leap . 26 августа 2019 года. Архивировано из оригинала 22 сентября 2022 года . Проверено 22 сентября 2022 г.
- ^ Чжан, Тао; Сюн, Цзянхао; Цзоу, июнь; Ву, Шин-Цон (30 марта 2020 г.). «Мультифокальные дисплеи: обзор и перспективы » Фотоникс . 1 (1): 10. дои : 10.1186/s43074-020-00010-0 . ISSN 2662-1991 . S2CID 214754949 .
- ^ Jump up to: а б Дуглас Ланман (NVidia) - Дисплеи светового поля на AWE2014 , данные получены 26 сентября.
- ^ Уилсон, Остин; Хуа, Хун (2019). «Разработка и демонстрация прозрачного оптического наголовного дисплея с переменным фокусным расстоянием с использованием линз Альвареса произвольной формы». Оптика Экспресс . 27 (11): 15627–15637. Бибкод : 2019OExpr..2715627W . дои : 10.1364/OE.27.015627 . hdl : 10150/633572 . ПМИД 31163757 . S2CID 174815078 .
- ^ Стивенс, RE; Родос, ДП; Хаснайн, А.; Лаффон, П.-Ю. (21 мая 2018 г.). «Варифокальные технологии, обеспечивающие уменьшение рецептуры и VAC в HMDS с использованием линз Альвареса» . В Крессе, Бернард С.; Столле, Хаген; Остен, Вольфганг (ред.). Цифровая оптика для иммерсивных дисплеев . Том. 10676. ШПИОН. стр. 142–158. Бибкод : 2018SPIE10676E..0JS . дои : 10.1117/12.2318397 . ISBN 9781510618787 . S2CID 173178593 .
- ^ Маккензи, Кевин Дж.; Хоффман, Дэвид М.; Ватт, Саймон Дж. (1 июля 2010 г.). «Аккомодация к дисплеям с несколькими фокальными плоскостями: значение для улучшения стереоскопических дисплеев и контроля аккомодации» . Журнал видения . 10 (8): 22. дои : 10.1167/10.8.22 . ISSN 1534-7362 . ПМИД 20884597 .
- ^ Роллан, Янник П.; Крюгер, Майрон В.; Гун, Алексей (2000). «Мультифокальные плоскостные головные дисплеи». Прикладная оптика . 39 (19): 3209–3215. Бибкод : 2000ApOpt..39.3209R . дои : 10.1364/AO.39.003209 . ПМИД 18349886 . S2CID 16434842 .
- ^ Хойсслер, Р.; Швердтнер, А.; Лейстер, Н. (29 февраля 2008 г.). «Большие голографические дисплеи как альтернатива стереоскопическим дисплеям» . В Вудсе, Эндрю Дж; Холлиман, Николас С; Мерритт, Джон О (ред.). Стереоскопические дисплеи и приложения XIX . Том. 6803. ШПИОН. стр. 219–227. дои : 10.1117/12.766163 . S2CID 62176480 – через www.spiedigitallibrary.org.
- ^ Кано3D (29 декабря 2020 г.). «Takee 1: первый голографический смартфон получил новое обновление спустя 6 лет!» . Трехмерный.информация . Проверено 28 сентября 2022 г.
{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )