«Нельзя назвать комфортным или полезным для здоровья постоянное использование монитора прямо перед вашими глазами»


Успех Google Cardboard и скорое начало широких продаж таких продуктов как Oculus Rift, HTC Vive и остальных подобных девайсов подлило масла в огонь популярности устройств виртуальной реальности. В свою очередь остро встал вопрос безопасности их использования. Алгоритм работы шлема виртуальной реальности кардинально отличается от всех нами известных трёхмерных технологий. Например, неправильно сравнивать работу таких девайсов и систему трехмерного изображения в кинотеатре или телевизоре. В данной статье опровергнуты наиболее популярные заблуждения касательно использования новой технологии.

Вопрос:

Позволяет ли столь малое расстояние между глазом пользователя и экраном полноценно передать изображение?

Короткий ответ:

В очки виртуальной реальности встроена система линз, которая хорошо справляется с этой задачей. Она специально искажает изображение, тем самым делая работу с устройством комфортной для пользователя.

Полный ответ:

Нам известно, что человеческому глазу сложно сконцентрироваться на предметах, которые находятся слишком близко. Попробуйте написать на листке бумаги любое слово и поднести к глазу на расстояние нескольких сантиметров. В таких условиях надпись сможет прочитать только человек с высокой степенью близорукости. Чтобы понять, как работает эта система необходимо разобраться в алгоритме фокусировки человеческого глаза. На рисунке 1 схематично изображен принцип фокусировки глаза.



(Рисунок 1) Способы фокусировки человеческого глаза при взгляде на предметы, которые находятся на разном расстоянии (близкое, среднее, бесконечное). Угол преломления световых лучей меняется в зависимости от расстояния до предмета. Это происходит за счет изменения формы хрусталика глаза.

Каждый раз лучи света, отражаясь от предмета, проходят несколько ступеней обработки в глазном яблоке. Сперва световые лучи проникает через зрачок, после направляются в хрусталик, а в конце попадают на сетчатку, где обрабатываются фоторецепторами. Для создания чёткого изображения световые лучи должны быть сфокусированы в одной точке на поверхности сетчатки. За это отвечает хрусталик, который собирает рассеянные лучи в одно место.

Главной особенностью устройства глаза является возможность хрусталика контролировать процесс обработки лучей света, которые проходят через него. Если объект находится близко, то хрусталик принимает лучи под широким углом. Когда объект находится на среднем расстоянии, то угол световых лучей становится меньше. Наконец, если объект находится на бесконечном расстоянии, то хрусталик принимает лучи под прямым углом. Говоря проще, хрусталик способен мгновенно менять свою форму, для того, чтобы подстроиться под новые условия и отправить лучи в корректном формате на сетчатку.

Процесс изменения формы хрусталика глаза человека (а также млекопитающих, птиц и рептилий) называется аккомодацией. Мышцы, прикреплённые к хрусталику, натягиваются или расслабляются. Этими действиями они меняют его форму в той или иной ситуации.

Однако, эти мышцы могут изменять хрусталик лишь до определенного состояния. Так же существует минимальное ограничение для фокусировки на предмете. Изображения вещей, которые находятся ближе минимальной зоны, становятся размытыми. Примерно до 25 лет это расстояние составляет 10 сантиметров. С возрастом данный минимальный порог увеличивается.

Для большинства людей не представляется возможным комфортное использование дисплея, когда тот находится слишком близко к глазам (исключение составляют лишь огромные экраны). Даже если отбросить это минимальное ограничение дистанции, то при работе с дисплеем всё равно возникнет дискомфорт. Мышцы попросту не смогут постоянно держать хрусталик в изменённом состоянии.

На рисунке 2 изображен алгоритм фокусировки человеческого глаза на очень близком предмете при работе с очками виртуальной реальности. Световые лучи подаются в хрусталик таким образом, что тот физически не может сконцентрировать их на одной точке сетчатки. Изображение остается размытым даже при максимальной степени аккомодации.


(Рисунок 2) На первом рисунке изображен неудачный процесс фокусировки хрусталика на экране, который находится очень близко. Во втором случае условия эксперимента никак не меняются, однако, на этот раз используется специальная система линз.

Во второй части рисунка 2 используется система линз. Она обрабатывает световые лучи и уменьшает угол преломления. В данной ситуации хрусталику становится проще сконцентрировать лучи на поверхности сетчатки.

Мы уже обсудили, что величина расхождения угла световых лучей зависят от дистанции до объекта, который создает световую проекцию. Если сперва пропустить световые лучи через специальную линзу, а потом направить на человеческий глаз, то при обработке глазом эти лучи сойдутся в одной точке за экраном (см. правую часть рисунка 2). В этом случае проекция объекта воспринимается человеческим глазом более масштабной. (дальняя серая полоса на правой части рисунка 2). Такое явление называется оптическим изображением.

Данное решение обеспечивает комфортное для глаз использование технологии виртуальной реальности. Глазу человека кажется, что мы смотрим на изображение, которое находится на достаточном расстоянии. Длина этого виртуального промежутка может быть разной для каждого устройства. Например, в Oculus Rift DK1 оптическое изображение находится бесконечно далеко. А в Oculus Rift DK2 создается иллюзия того, что оно расположено примерно в 1,4 метрах.

В данной статье описывается работа линз в идеальных условиях. Далеко не все устройства виртуальной реальности могут их предоставить. Поэтому иногда возникают своеобразные помехи. Например, геометрические искажение и хроматическая аберрация. О них мы поговорим в следующий раз.

Заметка:

Работая уже практически год на Российском рынке виртуальной реальности, мы приняли в нашем клубе более 3000 человек, которые впервые попробовали погрузиться и испытать все ощущения от шлемов, контроллеров, симуляторов и игр виртуальной реальности. Мы проводили опросы и тесты VR-шлемов на фокус-группах, узнавали мнения и анализировали результаты от большого количества посетителей Virtuality Club. Основываясь на своей практике, мы сделали вывод, что подавляющее большинство игроков, попробовавших виртуальную реальность, остаются с положительными впечатлениями. Всего 15% от общего числа опрошенных сообщили о незначительном дискомфорте после опыта использования Oculus Rift DK2. Большинство негативных ощущений присуще игрокам, использующим очки и страдающих проблемами со зрением. В данный момент в комплекте с DK2 идут дополнительные линзы, для людей с незначительной близорукостью, но мы надеемся, что разработчики шлемов в будущих версиях придумают механизм линз, адаптирующихся под людей с дефектами зрения.