Meta zeigt 3 Millimeter dünnes holografisches VR-Display
Forscher der Meta Reality Labs und Stanford University haben ein neuartiges Display vorgestellt, das ultrakompakte VR-Brillen ermöglicht.
Das holografische VR-Display in seiner Rohform.
(Bild: Stanford University / Meta Reality Labs Research)
Die Forscher kombinierten einen holografischen Wellenleiter mit einem KI-Modell, das für eine hohe 3D-Bildqualität sorgt. Das Ergebnis ist ein ultradünnes VR-Display mit großer Eyebox und der Fähigkeit, mehrere Bildebenen natürlich zu fokussieren. Der gesamte optische Aufbau ist weniger als drei Millimeter dick.
Dabei knüpft Meta an frühere Forschungsarbeiten an: Bereits 2020 präsentierte das Unternehmen ein holografisches VR-Display im Sonnenbrillenformfaktor. Dieser ältere Prototyp war jedoch neun Millimeter dick, auf die Farbe Grün beschränkt und verfügte über eine kleinere Eyebox. Die Forscher bezeichnen das neue System als einen entscheidenden Meilenstein auf dem Weg zu praxistauglichen holografischen Nahfeld-Displays.
Holografische Displays: Hoffnungsträger mit eigenen Problemen
Aktuelle VR-Headsets sind nach wie vor groß und schwer und können nur eine einzige Fokusebene abbilden. Das kann zu Kopf- und Augenschmerzen führen, weil das Auge, anders als in der realen Welt, nahe Objekte nicht auf natürliche Weise fokussieren kann. In der Forschung wird dieses Problem als Vergence-Accommodation-Konflikt bezeichnet.
(Bild: Meta Reality Labs Research)
Das übergeordnete Ziel von Metas Display-Forschung ist ein System, das natürliches Fokussieren erlaubt und gleichzeitig den sperrigen Aufbau herkömmlicher Optiken überwindet. Mit dem Ergebnis einer VR-Brille, die ihrem Namen gerecht wird.
In einer in Nature Photonics veröffentlichten Studie präsentieren die Forscher einen Lösungsansatz, der auf holografische Wellenleiter setzt. Displays dieser Art könnten die genannten Ziele theoretisch erreichen, bringen jedoch ein eigenes Dilemma mit sich: Mit holografischen Wellenleitern lässt sich entweder eine hohe 3D-Bildqualität oder eine große Eyebox erreichen, aber nicht beides zugleich.
Zur Erklärung: Die Eyebox beschreibt das Volumen, innerhalb dessen sich die Pupille bewegen kann, ohne dass das Bild unscharf wird. Je größer die Eyebox ist, desto toleranter reagiert das VR-Display auf Positionsabweichungen des Auges, ein entscheidender Faktor für die Benutzerfreundlichkeit von VR-Headsets.
Künstliche Intelligenz half beim Durchbruch
Den Forschern gelang es, diese Dilemmata zu umgehen und eine hohe 3D-Bildqualität mit einer großen Eyebox zu vereinen. Ihr Trick besteht darin, Laserlicht unter vielen leicht unterschiedlichen Winkeln in das optische System zu leiten und so aus vielen kleinen Blickzonen eine große zu erzeugen. Man kann sich das vorstellen wie eine kleine Taschenlampe, die aus verschiedenen Richtungen durch ein Fenster leuchtet. Zusammen entsteht so eine größere Eyebox, in der sich das Auge bewegen kann und dennoch das vollständige Bild sieht.
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Doch das ist nur ein Teil der Lösung. Um eine hohe 3D-Bildqualität sicherzustellen, trainierten die Forscher ein KI-Modell, das die optischen Besonderheiten des Systems berücksichtigt. Auf Grundlage dieses Modells werden die holografischen Computergrafiken erzeugt, die ein natürliches Fokussieren erlauben (siehe folgendes Video). Dank der KI-gestützten Korrekturen erscheinen diese Darstellungen über die gesamte Eyebox hinweg scharf und räumlich.
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Zu den aktuellen Nachteilen des Systems gehören eine für VR-Verhältnisse niedrige Bildrate von 60 Hertz, sowie ein relativ schmales diagonales Sichtfeld von 38 Grad.
Frühe Forschung, kein Produktprototyp
Der Forschungsprototyp zeigt, in welche Richtung sich VR-Displays langfristig entwickeln könnten. Er dient in erster Linie als Machbarkeitsnachweis und wurde nicht mit Blick auf eine kurzfristige Kommerzialisierung entwickelt. Wann eine solche Technologie wirklich einsatzbereit wäre, ist völlig offen: Zu groß ist der Abstand zur heutigen, im Vergleich eher konventionellen Displaytechnik.
(Bild: Meta Reality Labs Research)
Meta demonstrierte 2022 einen voll funktionsfähigen PC-VR-Prototypen mit holografischen Linsen und machte zugleich deutlich, dass noch erheblicher Aufwand nötig sei, um einen praxistauglichen Laser für das System zu entwickeln. Und das ist nur eine von vielen Komponenten, für die Meta eigene Fertigungskapazitäten und Lieferketten schaffen müsste, sollte sich das Unternehmen entscheiden, auf holografische Displays zu setzen.
Ganz so kompakt wie auf Bildern würde der neue Prototyp ohnehin nicht ausfallen, weil ihm zentrale Bestandteile einer VR-Brille fehlen, allen voran ein Trackingsystem. Soll die gesamte Technik in einem autarken Gerät Platz finden, werden zudem ein Prozessor, eine Batterie und eine geeignete Kühllösung benötigt. Auch auf der Softwareseite wäre ein grundlegender Wandel erforderlich: Eine neue Renderpipeline müsste her, die holografische Computergrafiken erzeugen. Vom futuristischen Prototyp zum fertigen Produkt ist also noch ein langer Weg.
Die Forschungsarbeit ist frei im Internet zugänglich.
(tobe)
