В статье дается описание технологии, ее особенности, преимущества и перспективы развития. Рассматриваются существующие конструкции и прототипы. Показывается важность развития технологии в России.
Ключевые слова: VRD, сетчатка, средства формирования изображения, очки виртуальной реальности, Vaunt, Google Glass.
Дисплеи, проецирующие изображение на сетчатку, являются новым направлением будущего, связывая реальный мир со средой виртуальной реальности. В предшественниках VRD (Virtual retinal display) изображение формировалось непосредственно перед глазом пользователя на маленьком «экране», обычно в виде больших очков. Это создавало множество неудобств, обусловленных большими и неудобными конструкциями. Первые образцы VRD были спроектированы уже в 1991 году в Университете Вашингтона.
Виртуальный ретинальный дисплей использует генерацию фотонов и манипуляции для создания панорамного, высокого разрешения, цветного виртуального изображения, которое проецируется непосредственно на сетчатку глаза без создания реального или воздушного изображения, которое просматривается через зеркало или оптику. VRD включает источник фотонов, которые модулируются видеоинформацией и сканируются в растровом виде рисунка непосредственно на сетчатку глаза пользователя.
Данная технология разработана для преодоления и решения многих ограничений, связанных с проблемами качества изображения, веса и стоимости, связанных с современной технологией дисплеев на головных устройствах. VRD является основным достижением технологии сканирующего лазерного офтальмоскопа (SLO), то есть сканирует модулированный лазерный свет непосредственно на сетчатку глаза зрителя для создания изображений с высоким разрешением без мерцания. Явными преимуществами VRD по сравнению с другими доступными технологиями являются более высокое разрешение, повышенная яркость и потенциально более широкое поле зрения.
VRD состоит из шести основных частей: источника видеосигнала, контролирующей и управляющей электроники, источников фотонов, устройств модуляции, сканирования горизонтального и вертикального луча и доставки оптики, как показано на рисунке 1 [1].
Рис. 1. Основные части VRD
Источниками света в VRD обычно являются лазеры, уровни энергии которых находятся в диапазоне от нановатт до милливатт, в зависимости от требований дисплея. Лазер полностью безопасен для зрения. Мощность настолько низкая, что даже не требуется сертификация.
Одним из самых важных достижений технологии дисплеев, проецирующих изображение на сетчатку, является создание изображений с возможностью видеть сквозь него, то есть изображение накладывается на физическое зрение, таким образом, давая расширенное зрение. Это свойство достигается путем управления интенсивностью выходного изображения с помощью светоделителя в оптике зрителя. Сходящиеся трехцветные лучи, выходящие из сканера, проходят через светоделитель.
Технология VRD передает практически весь генерируемый свет на сетчатку, обеспечивая более яркий дисплей с минимальными требованиями к мощности (на основе лазерного излучающего диода). Тем самым достигается высокая четкость картинки при небольшом энергопотреблении.
Наиболее совершенными из существующих прототипов являются очки Vaunt, разработанные компанией Intel и гарнитура Google Glass.
«Умные» очки Intel
В 2018 году компания Intel показала свои разработки по созданию умных очки Vaunt, внешний вид которых показан на рисунке 2. В отличие от других подобных гаджетов, эта модель выглядит как обычные очки. Маломощный лазер используется для направления проекции на стекло, откуда она отражается и попадает на сетчатку глаза.
Снаружи очки Vaunt выглядят абсолютно непримечательно. Во время использования информация видна на экране, похожем на экран, но на самом деле она проецируется на сетчатку.
Рис. 2. Очки Vaunt
По своей сути Vaunt — это просто система для отображения небольшого дисплея в стиле Heads-up в периферийном зрении. Он может показать простые сообщения, такие как направление движения или уведомления. Он работает через Bluetooth с телефоном Android или iPhone почти так же, как умные часы, принимая команды из приложения, которое работает в фоновом режиме.
На правом стержне очков находится набор электроники, предназначенный для питания лазера с очень малой мощностью. Этот лазер излучает красное монохромное изображение около 400 х 150 пикселей на голографический отражатель на правой линзе очков. Затем изображение отражается на глазное яблоко, прямо на сетчатку. Левая часть рамки очков также содержит электронику, поэтому очки одинаково утяжелены с обеих сторон. Вся электроника выполнена по современным MEMS — технологиям, обеспечивающим компактность и легкость конструкции [2].
Google Glass
Google Glass — типичный представить современных очков, гарнитуры, с технологией проецирования изображения на сетчатку. Тестирование продукта началось в 2012 году, а в 2014 году они уже были в свободной продаже.
В очках Гугл используется такой же принцип работы — изображение с проектора отражается от призмы и попадает в глаз. Кроме изображения пользователю доступен и звук, который передается через проводящий преобразователь, который посылает вибрации через ребристый материал челюсти и скул, соединенные с внутренней работой уха, рисунок 3.
Рис. 3. Способ передачи звука в Google Glass
Google Glass включает в себя сенсорную панель, находящуюся на правой дужке очков. Сенсорная панель используется для доступа к более продвинутым параметрам меню и контекстно-зависимым параметрам. Сенсорная панель также используется для голосовых вызовов. Кроме того, устройство включает в себе голосового помощника, который может осуществить вызов или выполнить поиск в интернете. Вызов помощника осуществляется командой «ok, glass» [3].
Несомненно ясно, VRD очки, дополняющие реальность, имеют большие амбиции в быстроразвивающемся мире. Данная технология позволит резко увеличить образованность человека. Так хирурги смогут делать операции, имея перед глазами всю нужную информацию о пациенте и его состоянии, инженера будут заниматься ремонтом, видя перед глазами подробный чертеж установки и т. д. Менеджеры Apple считают, что очки дополненной реальности в целом могут вытеснить смартфоны уже в течение десятилетия. Кроме того, VRD очки безвредны для зрения, и могут использоваться в течение всего дня.
К сожалению, Россия пока не принимает активного участия в таких разработках. Использование иностранных прототипов ограничивается ПО, не дающим гарантии за сохранность данных. Резкое увеличение образованности — вот что предлагаю сегодня VRD технологии.
Литература:
- Thomas A. Virtual retinal display / A. Thomas, S. Joel. — United States Patent. Patent number: 5,467,104, Nov. 14, 1995.
- Dieter B. Intel made smart glasses that look normal / B. Dieter // The Verge. — Feb 5, 2018.
- Triggs R. How it works: Google Glass / R. Triggs // Android Authority. — April 25, 2013.
