¿Alguna vez se ha sentido mareado o con náuseas después de ver una película en 3D o usar un visor de realidad virtual? Si es así, probablemente se deba a que inconscientemente pudiste detectar las sutiles diferencias entre la escena virtual en 3D que se te presenta y el mundo real.

El santo grial de las pantallas 3D es producir una escena que, a nuestros ojos, es indistinguible de la realidad. Lograr esto, la pantalla necesitaría engañar a todas las señales perceptivas que el sistema visual humano despliega para sentir el mundo. Nuestros ojos perciben una amplia gama de colores, una amplia gama de intensidades, y numerosas señales para percibir la profundidad. Entre estos, posiblemente el más difícil de engañar es la capacidad de percepción de profundidad. Como resulta, esto tiene inmensas implicaciones para los televisores 3D, películas, dispositivos de realidad virtual y aumentada.

Nuestros ojos perciben la profundidad mediante dos señales dominantes. La primera señal se llama vergencia, donde los ojos giran para traer el mismo objeto al centro del campo en ambos ojos; cuando el objeto está cerca (digamos cerca de su nariz), los ojos giran mucho para fijarse en él y cuando está lejos, giran menos. Esta es una fuerte señal para percibir la profundidad. La segunda señal se llama acomodación, donde el ojo cambia la distancia focal de la lente ocular para enfocar un objeto. Al igual que una cámara, un objeto aparece nítido solo cuando el ojo está enfocado en él. Vergencia y acomodación se impulsan mutuamente, es decir., cuando los ojos se fijan en un objeto usando vergencia, las señales de acomodación aseguran que el objeto se enfoque. Sin este estrecho acoplamiento entre vergencia y acomodación, no podríamos ver el mundo en toda su nitidez y tampoco podríamos percibir la profundidad.

Investigadores de la Universidad Carnegie Mellon (CMU) han diseñado una nueva tecnología para permitir señales de acomodación natural en pantallas 3D. La tecnología funciona generando muchas pantallas virtuales ubicadas a diferentes profundidades. Las profundidades están lo suficientemente dispersas como para que no podamos diferenciarlas del mundo real, al menos en términos de percepción de profundidad. Esta idea de colocar capas de pantallas a diferentes profundidades no es nueva; sin embargo, la tecnología propuesta por los investigadores de CMU puede generar un orden de magnitud más pantallas que los métodos existentes, proporcionando así una inmersión sin precedentes. La Figura 1 compara una pantalla típica de realidad virtual con la pantalla propuesta. Como puede verse, la pantalla propuesta cambia la lente utilizada en las pantallas típicas de realidad virtual a una que puede modificar su distancia focal. Al cambiar la distancia focal a alta frecuencia, seguimiento, y coordinando ese cambio con una visualización rápida, la pantalla propuesta supera las limitaciones que enfrentan la mayoría de las pantallas existentes.

Un beneficio de utilizar la tecnología de visualización propuesta se puede ver en la Figura 2. La escena que se muestra en la figura contiene objetos en un amplio rango de profundidad. Por ejemplo, la luna está en el infinito, las nubes están a millas de distancia, los árboles están a metros de distancia, y la casa está a centímetros de nosotros. Capturamos la escena vista por una cámara enfocada a diferentes profundidades, imitando el cambio de enfoque de nuestro ojo, y creamos un video a partir de estas imágenes. Tenga en cuenta que la cámara es completamente independiente de la pantalla, lo que significa que la pantalla no sabe dónde está la cámara o dónde está mirando nuestro ojo. Como se puede ver en el video, la pantalla genera señales de desenfoque y enfoque natural, es decir., un objeto se vuelve nítido cuando está enfocado y borroso cuando el enfoque de la cámara se aleja. Esto significa que la pantalla genera la señal de acomodación.

Los dispositivos de realidad virtual y aumentada se beneficiarán significativamente de este trabajo. Los dispositivos de hoy producen inmersión al satisfacer solo la señal de vergencia y, en la mayor parte, ignorando las señales de acomodación. Esto tiene consecuencias para la experiencia del usuario, provocando molestias y fatiga después de un uso prolongado. El trabajo de CMU muestra que no coincidir con las señales de acomodación también reduce la resolución de la pantalla debido al desenfoque de desenfoque. En este sentido, La tecnología desarrollada en CMU es muy oportuna y podría allanar el camino para una experiencia AR / VR mucho más inmersiva.

Este artículo describe el trabajo publicado y presentado en la conferencia SIGGRAPH Asia en diciembre de 2018.

La National Science Foundation apoyó la investigación en el marco de un programa de desarrollo profesional temprano de la facultad (CAREER).