Il y a beaucoup d'excitation autour des casques de réalité virtuelle (VR) qui affichent un monde simulé par ordinateur et des lunettes de réalité augmentée (AR) qui superposent des éléments générés par ordinateur avec le monde réel. Bien que les appareils AR et VR commencent à arriver sur le marché, ils restent surtout une nouveauté car la fatigue oculaire les rend inconfortables à utiliser pendant de longues périodes. Un nouveau type d'affichage 3D pourrait résoudre ce problème de longue date en améliorant considérablement le confort de visualisation de ces appareils portables.

"Nous voulons remplacer les modules d'affichage optique AR et VR actuellement utilisés par notre affichage 3D pour éliminer les problèmes de fatigue oculaire, " a déclaré Liang Gao, de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign. "Notre méthode pourrait conduire à une nouvelle génération d'écrans 3D pouvant être intégrés à tout type de lunettes AR ou de casque VR."

Gao et Wei Cui présentent leur nouvel affichage 3D de cartographie optique dans le journal The Optical Society (OSA) Lettres d'optique . Mesurant seulement 1 x 2 pouces, le nouveau module d'affichage augmente le confort visuel en produisant des indices de profondeur qui sont perçus de la même manière que nous voyons la profondeur dans le monde réel.

Vaincre la fatigue oculaire

Les casques VR et les lunettes AR d'aujourd'hui présentent deux images 2D d'une manière qui incite le cerveau du spectateur à combiner les images dans l'impression d'une scène 3D. Ce type d'affichage stéréoscopique provoque ce qu'on appelle un conflit vergence-accommodation, ce qui, au fil du temps, rend plus difficile la fusion des images pour le spectateur et provoque une gêne et une fatigue oculaire.

Le nouvel écran présente des images 3D réelles en utilisant une approche appelée cartographie optique. Cela se fait en divisant un affichage numérique en sous-panneaux qui créent chacun une image 2D. Les images du sous-panneau sont décalées à différentes profondeurs tandis que les centres de toutes les images sont alignés les uns avec les autres. Cela donne l'impression que chaque image est à une profondeur différente lorsqu'un utilisateur regarde à travers l'oculaire. Les chercheurs ont également créé un algorithme qui mélange les images, pour que les profondeurs paraissent continues, créer une image 3D unifiée.

Le composant clé du nouveau système est une unité de multiplexage spatial qui décale axialement les images de sous-panneau aux profondeurs désignées tout en déplaçant latéralement les centres des images de sous-panneau vers l'axe de visualisation. Dans la configuration actuelle, l'unité de multiplexage spatial est constituée de modulateurs spatiaux de lumière qui modifient la lumière selon un algorithme spécifique développé par les chercheurs.

Bien que l'approche fonctionne avec n'importe quelle technologie d'affichage moderne, les chercheurs ont utilisé un écran à diodes électroluminescentes organiques (OLED), l'une des dernières technologies d'affichage à utiliser sur les téléviseurs commerciaux et les appareils mobiles. La résolution extrêmement élevée disponible à partir de l'écran OLED garantit que chaque sous-panneau contient suffisamment de pixels pour créer une image claire.

"Les gens ont essayé des méthodes similaires aux nôtres pour créer plusieurs profondeurs de plan, mais au lieu de créer plusieurs images de profondeur simultanément, ils ont changé les images très rapidement, " dit Gao. " Cependant, cette approche s'accompagne d'un compromis dans la plage dynamique, ou niveau de contraste, car la durée d'affichage de chaque image est très courte."

Création de repères de profondeur

Les chercheurs ont testé l'appareil en l'utilisant pour afficher une scène complexe de voitures garées et en plaçant une caméra devant l'oculaire pour enregistrer ce que l'œil humain verrait. Ils ont montré que la caméra pouvait se concentrer sur les voitures qui semblaient loin tandis que le premier plan restait flou. De la même manière, la caméra pouvait se concentrer sur les voitures les plus proches tandis que l'arrière-plan semblait flou. Ce test a confirmé que le nouvel écran produit des repères focaux qui créent une perception de la profondeur un peu comme la façon dont les humains perçoivent la profondeur dans une scène. Cette démonstration a été réalisée en noir et blanc, mais les chercheurs disent que la technique pourrait également être utilisée pour produire des images en couleur, bien qu'avec une résolution latérale réduite.

Les chercheurs travaillent maintenant à réduire davantage la taille du système, poids et consommation électrique. "À l'avenir, on veut remplacer les modulateurs spatiaux de lumière par un autre composant optique tel qu'un réseau d'holographie volumique, " dit Gao. " En plus d'être plus petit, ces grilles ne consomment pas activement d'énergie, ce qui rendrait notre appareil encore plus compact et augmenterait son adéquation avec les casques VR ou les lunettes AR."

Bien que les chercheurs n'aient actuellement aucun partenaire commercial, ils sont en pourparlers avec des entreprises pour voir si le nouvel écran pourrait être intégré dans les futurs produits AR et VR.