NVIDIA Research와 Stanford의 연구원 팀은 한 쌍의 얇은 홀로그램 VR 안경을 시연하는 새로운 논문을 발표했다. 디스플레이는 수직 수용 문제를 해결하는 진정한 홀로그램 콘텐츠를 표시할 수 있다. 원리를 입증하는 연구 프로토타입은 시야에서 훨씬 작았지만 연구원들은 120° 대각선 시야를 달성하는 것이 간단할 것이라고 주장한다.
올해 예정된 SIGGRAPH 2022 컨퍼런스에 앞서 발표된 NVIDIA Research와 Stanford의 연구원 팀은 평면 이미지나 홀로그램을 소형 폼 팩터로 표시하는 데 사용할 수 있는 근거리 VR 디스플레이를 시연했다. 이 백서는 또한 시야, 아이박스 및 아이 릴리프와 같은 주요 디스플레이 요소에 영향을 미치는 시스템의 상호 연결된 변수를 탐구한다. 또한 연구원들은 최상의 시각적 품질을 위해 이미지를 최적으로 렌더링하기 위한 다양한 알고리즘을 탐색한다.
상업적으로 이용 가능한 VR 헤드셋은 주로 광학적 제약으로 인해 수년 동안 크기가 크게 향상되지 않았다. 대부분의 VR 헤드셋은 단일 디스플레이와 간단한 렌즈를 사용한다. 디스플레이의 빛을 눈에 집중시키려면 렌즈가 디스플레이에서 일정 거리 떨어져 있어야 합니다. 가까우면 이미지의 초점이 흐려진다.
렌즈와 디스플레이 사이의 간격을 없애면 이전에는 불가능했던 VR 헤드셋의 폼 팩터가 해제된다. 당연히 이것이 수행될 수 있는 방법을 탐구하는 많은 R&D가 있었다.
NVIDIA-Stanford의 새로 발표된 논문인 Holographic Glasses for Virtual Reality 에서 팀은 기존 렌즈가 아닌 도파관과 결합된 공간 광 변조기를 사용하여 홀로그램 디스플레이를 구축했음을 보여준다.
팀은 최적의 디스플레이 품질을 위해 이미지를 렌더링하는 다양한 알고리즘을 실험하고 핵심 방법을 시연하기 위해 대형 벤치탑 모델과 폼 팩터를 시연하기 위한 소형 웨어러블 모델을 모두 구축했다. 컴팩트한 안경과 같은 폼 팩터의 이미지에는 디스플레이를 구동하는 전자 장치가 포함되어 있지 않다(시스템의 해당 부분의 크기가 연구 범위를 벗어남에 따라).
얼마 전 Meta Reality Labs가 안경 크기의 소형 VR 헤드셋에 대한 자체 작업을 게시한 것을 기억할 수 있다. 그 작업에는 시스템의 렌즈를 형성하기 위한 홀로그램이 포함되지만 '홀로그램 디스플레이'가 아니다. 즉, 많은 VR 디스플레이에서 흔히 발생하는 수렴성 문제를 해결하지 못한다.
반면에 Nvidia-Stanford 연구원은 Holographic Glasses 시스템이 실제로 홀로그램 디스플레이(공간 광 변조기 사용 덕분에)이며, 이를 고유한 접근 방식의 장점으로 내세우고 있다. 그러나 팀은 디스플레이에 일반적인 평면 이미지도 표시할 수 있다고 작성한다(현대 VR 헤드셋과 마찬가지로 입체 보기로 수렴할 수 있음).
이미지 제공 NVIDIA Research
뿐만 아니라 홀로그램 안경 프로젝트는 전체 디스플레이에 대해 2.5mm 두께로, Reality Labs 프로젝트의 9mm 두께보다 훨씬 얇다(이미 인상적으로 얇음!).
좋은 논문과 마찬가지로 Nvidia-Stanford 팀은 작업의 한계를 빠르게 지적한다.
예를 들어, 그들의 웨어러블 시스템은 22.8° 대각선 시야각과 똑같이 작은 2.3mm 아이박스를 가지고 있습니다. 둘 다 너무 작아서 실용적인 VR 헤드셋에 적합하지 않다.
이미지 제공 NVIDIA Research
그러나 연구자들은 제한된 시야가 주로 함께 작동하도록 최적화되지 않은 새로운 구성 요소의 실험적 조합으로 인한 것이라고 기록한다. 그들은 시야를 크게 확장하는 것은 대체로 보완적인 구성 요소를 선택하는 문제라고 설명한다.
“[...] [시스템의 시야]는 주로 사용 가능한 [공간 광 변조기]의 크기와 GP 렌즈의 초점 거리에 의해 제한되었으며, 둘 다 다른 구성 요소로 향상될 수 있다. 예를 들어, 두 개의 동일한 GP 렌즈와 원형 편광판을 적층하여 총 두께를 크게 늘리지 않고도 초점 거리를 절반으로 줄일 수 있다[Moon et al. 2020]. 2인치 SLM과 15mm 초점 거리 GP 렌즈를 사용하면 최대 120°의 단안 FOV를 얻을 수 있다.”
2.3mm 아이박스(렌더링된 이미지를 볼 수 있는 볼륨)는 실제 사용하기에는 너무 작다. 그러나 연구원들은 이를 확장하는 간단한 방법을 실험했다고 기록한다.
눈 추적 기능이 추가되어 도파관으로 보내는 빛의 각도를 변경하여 아이 박스를 최대 8mm까지 동적으로 확장할 수 있음을 보여준다. 물론 8mm는 여전히 매우 타이트한 아이박스이며 아이릴리프 거리와 안경이 사용자마다 머리에 얹히는 방식이 다르기 때문에 실제 사용하기에는 너무 작을 수 있다.
그러나 아이 박스와 같은 주요 디스플레이 요소를 변경하기 위해 조정할 수 있는 시스템 변수가 있다. 연구를 통해 연구원들은 이러한 변수 간의 관계를 설정하여 다른 결과를 달성하기 위해 어떤 절충이 필요한지 명확하게 보여주었다.
이미지 제공 NVIDIA Research
그림에서 알 수 있듯이 아이박스 크기는 공간 광 변조기의 픽셀 피치(픽셀 간 거리)와 직접적인 관련이 있는 반면 시야각은 공간 광 변조기의 전체 크기와 관련이 있다. 아이 릴리프 및 수렴 각도에 대한 제한도 20mm 미만 아이 릴리프(연구원들이 진정한 '안경' 폼 팩터의 상한선으로 간주함)와 관련하여 표시된다.
소위 말하는 이 "디자인 거래 공간"에 대한 분석은 이 논문의 핵심 부분이었다.
"우리의 디자인과 실험적인 프로토타입을 통해 우리는 기존 안경과 비슷한 폼 팩터를 가진 초박형 하루 종일 착용 가능한 VR 디스플레이에 대한 새로운 연구 및 엔지니어링 방향을 자극하기를 희망합니다."라고 그들은 적었다.
이 논문은 김종현, 고파쿠마르 마누, 최수연, 펭 이판, 워드 로페스, 고든 웨츠스타인 연구원들에게 수여되었다.
