Một màn hình gắn trên đầu (hoặc hiển thị gắn mũ bảo hiểm cho các ứng dụng hàng không), cả hai đều được viết tắt HMD là một thiết bị hiển thị, được đeo trên đầu hoặc là một phần của mũ bảo hiểm, có một màn hình hiển thị nhỏ phía trước một (một mắt HMD) hoặc mỗi mắt (ống nhòm HMD). Một chiếc HMD có nhiều ứng dụng, bao gồm trong chơi game, hàng không, kỹ thuật và nâng thuốc. ^[1] Một màn hình gắn trên đầu là thành phần chính của tai nghe thực tế ảo.

Ngoài ra còn có một màn hình gắn trên đầu quang học (OHMD), đây là một màn hình có thể đeo có thể phản chiếu hình ảnh được chiếu và cho phép người dùng nhìn xuyên qua nó. ^[2]

Một màn hình gắn trên đầu hai mắt (HMD). ] Một màn hình gắn trên đầu chuyên nghiệp (HMD).

Tổng quan [ chỉnh sửa ]

Một chiếc HMD điển hình có một hoặc hai màn hình nhỏ, với thấu kính và gương bán trong suốt được gắn trong kính mắt (cũng được gọi là kính dữ liệu ), tấm che mặt hoặc mũ bảo hiểm. Các đơn vị hiển thị được thu nhỏ và có thể bao gồm các ống tia catốt (CRT), màn hình tinh thể lỏng (LCD), tinh thể lỏng trên silicon (LCos) hoặc điốt phát sáng hữu cơ (OLED). Một số nhà cung cấp sử dụng nhiều màn hình vi mô để tăng tổng độ phân giải và trường nhìn. ^[3]

Các HMD khác nhau về việc họ chỉ có thể hiển thị hình ảnh do máy tính tạo ra (CGI) hay chỉ hình ảnh trực tiếp từ thế giới vật lý, hoặc sự kết hợp. Hầu hết các HMD chỉ có thể hiển thị hình ảnh do máy tính tạo ra, đôi khi được gọi là hình ảnh ảo. Một số HMD có thể cho phép CGI được đặt chồng lên trên chế độ xem trong thế giới thực. Điều này đôi khi được gọi là thực tế tăng cường hoặc thực tế hỗn hợp. Kết hợp chế độ xem trong thế giới thực với CGI có thể được thực hiện bằng cách chiếu CGI thông qua gương phản chiếu một phần và xem trực tiếp thế giới thực. Phương pháp này thường được gọi là nhìn xuyên qua . Kết hợp chế độ xem trong thế giới thực với CGI cũng có thể được thực hiện bằng điện tử bằng cách chấp nhận video từ máy ảnh và trộn nó bằng điện tử với CGI. Phương pháp này thường được gọi là xem qua video . ^{[ trích dẫn cần thiết ]}

Quang học HMD [ chỉnh sửa ]

màn hình gắn trên đầu quang sử dụng bộ trộn quang được làm bằng gương tráng bạc một phần. Nó có thể phản chiếu hình ảnh nhân tạo và để hình ảnh thực qua ống kính và cho phép người dùng nhìn qua nó.

Nhiều phương pháp khác nhau đã tồn tại để xem qua HMD, hầu hết có thể được tóm tắt thành hai họ chính dựa trên gương cong hoặc . Gương cong đã được Laster Technologies và Vuzix sử dụng trong sản phẩm Star 1200 của họ. Phương pháp ống dẫn sóng khác nhau đã tồn tại trong nhiều năm. Chúng bao gồm quang học nhiễu xạ, quang học ba chiều, quang học phân cực và quang học phản xạ.

Giáo sư hệ thống thực tế tăng cường Karl Guttag đã so sánh quang học của các ống dẫn sóng nhiễu xạ so với công nghệ cạnh tranh, ống dẫn sóng phản xạ. ^[4]

Các ứng dụng [ chỉnh sửa ]

hỏa hoạn, cảnh sát, v.v.) và thương mại dân sự (y học, chơi game video, thể thao, v.v.).

Hàng không và chiến thuật, mặt đất [ chỉnh sửa ]

Năm 1962, Công ty Máy bay Hughes tiết lộ Electrocular, một CRT nhỏ gọn (dài 7 "), màn hình một mắt gắn trên đầu, phản ánh một Tín hiệu TV vào thị kính trong suốt. ^{[5] [6] [7] [8]} Được tích hợp vào buồng lái của máy bay trực thăng và máy bay chiến đấu hiện đại. Chúng thường được tích hợp hoàn toàn với mũ bay của phi công và có thể bao gồm kính bảo vệ, thiết bị nhìn đêm và màn hình hiển thị khác.

Quân đội, cảnh sát và lính cứu hỏa sử dụng HMD để hiển thị thông tin chiến thuật như bản đồ hoặc dữ liệu hình ảnh nhiệt trong khi xem cảnh thực. Các ứng dụng gần đây đã bao gồm việc sử dụng HMD cho lính nhảy dù. ^[9] Năm 2005, Liteye HMD được giới thiệu cho các binh sĩ chiến đấu mặt đất như một màn hình nhẹ, không thấm nước, gắn vào mũ bảo hiểm quân sự tiêu chuẩn PVS-14 của Mỹ. Màn hình đi-ốt phát sáng hữu cơ một mắt màu (OLED) thay thế ống NVG và kết nối với thiết bị điện toán di động. LE có khả năng nhìn xuyên qua và có thể được sử dụng như một HMD tiêu chuẩn hoặc cho các ứng dụng thực tế gia tăng. Thiết kế được tối ưu hóa để cung cấp dữ liệu độ nét cao trong mọi điều kiện ánh sáng, trong các chế độ hoạt động được bảo hiểm hoặc nhìn xuyên qua. LE có mức tiêu thụ năng lượng thấp, hoạt động trên bốn pin AA trong 35 giờ hoặc nhận năng lượng thông qua kết nối Bus nối tiếp vạn năng (USB) tiêu chuẩn. ^[10]

Cơ quan dự án nghiên cứu quốc phòng tiên tiến (DARPA) tiếp tục tài trợ cho nghiên cứu trong các thực tế tăng cường thực tế như là một phần của Chương trình hỗ trợ không khí liên tục (PCAS). Vuzix hiện đang làm việc trên một hệ thống cho PCAS sẽ sử dụng các ống dẫn sóng ba chiều để sản xuất kính thực tế tăng cường nhìn xuyên thấu chỉ dày vài mm. ^[11]

Engineering [ chỉnh sửa ]

và các nhà khoa học sử dụng HMD để cung cấp các quan điểm lập thể về sơ đồ thiết kế hỗ trợ máy tính (CAD). ^[12] Thực tế ảo, khi áp dụng vào kỹ thuật và thiết kế, là yếu tố chính trong việc tích hợp con người vào thiết kế. Bằng cách cho phép các kỹ sư tương tác với các thiết kế của họ ở quy mô kích thước đầy đủ, các sản phẩm có thể được xác nhận cho các vấn đề có thể không nhìn thấy được cho đến khi tạo mẫu vật lý. Việc sử dụng HMD cho VR được coi là bổ sung cho việc sử dụng CAVE thông thường cho mô phỏng VR. HMD chủ yếu được sử dụng cho tương tác một người với thiết kế, trong khi CAVE cho phép các phiên thực tế ảo hợp tác nhiều hơn.

Các hệ thống Hiển thị được gắn trên đầu cũng được sử dụng để bảo trì các hệ thống phức tạp, vì chúng có thể cung cấp cho kỹ thuật viên một tầm nhìn x quang mô phỏng bằng cách kết hợp đồ họa máy tính như sơ đồ hệ thống và hình ảnh với tầm nhìn tự nhiên của kỹ thuật viên (tăng cường hoặc sửa đổi thực tế).

Y học và nghiên cứu [ chỉnh sửa ]

Ngoài ra còn có các ứng dụng trong phẫu thuật, trong đó kết hợp dữ liệu X quang (chụp cắt lớp được tính toán bằng tia X (CAT) và chụp cộng hưởng từ (CAT) Hình ảnh MRI) được kết hợp với quan điểm tự nhiên của bác sĩ phẫu thuật và gây mê, trong đó các dấu hiệu sinh tồn của bệnh nhân nằm trong tầm nhìn của bác sĩ gây mê mọi lúc. ^[13]

Một mắt theo dõi HMD bằng đèn chiếu sáng LED và máy ảnh để đo chuyển động mắt

Các trường đại học nghiên cứu thường sử dụng HMD để tiến hành các nghiên cứu liên quan đến tầm nhìn, sự cân bằng, nhận thức và khoa học thần kinh. Kể từ năm 2010, việc sử dụng phép đo theo dõi trực quan dự đoán để xác định chấn thương sọ não nhẹ đã được nghiên cứu. Trong các thử nghiệm theo dõi trực quan, một đơn vị HMD có khả năng theo dõi bằng mắt cho thấy một vật thể đang di chuyển theo một mẫu thông thường. Những người không bị chấn thương não có thể theo dõi vật thể chuyển động bằng chuyển động mắt theo đuổi trơn tru và quỹ đạo chính xác. ^[14]

Chơi game và video [ chỉnh sửa ]

thiết bị có sẵn để sử dụng với các trò chơi 3D và ứng dụng giải trí. Một trong những chiếc HMD thương mại đầu tiên là Forte VFX1 đã được công bố tại Triển lãm Điện tử tiêu dùng (CES) năm 1994. ^[15] VFX-1 có màn hình lập thể, theo dõi đầu 3 trục và tai nghe âm thanh nổi.

Một nhà tiên phong khác trong lĩnh vực này là Sony, đã phát hành chương trình Graffitiston vào năm 1997. Nó có một phụ kiện tùy chọn là một cảm biến vị trí cho phép người dùng quan sát xung quanh, với viễn cảnh di chuyển khi đầu di chuyển, mang lại cảm giác sâu sắc ngâm. Một ứng dụng mới của công nghệ này là trong trò chơi MechWar Warrior 2 cho phép người dùng Sony Muffstron hoặc Virtual I / O của iGlass chấp nhận một góc nhìn mới từ bên trong buồng lái của thủ công, bằng chính đôi mắt của họ như hình ảnh và nhìn thấy chiến trường thông qua buồng lái riêng của họ.

Kể từ năm 2013, nhiều thương hiệu kính video có thể được kết nối với máy quay video và máy ảnh DSLR, khiến chúng có thể áp dụng như một màn hình tuổi mới. Nhờ khả năng của kính để ngăn chặn ánh sáng xung quanh, các nhà làm phim và nhiếp ảnh gia có thể thấy các bản trình bày rõ ràng hơn về hình ảnh sống của họ. ^[16]

Oculus Rift là một đầu thực tế ảo (VR) -Mounted display được tạo bởi Palmer Luckey mà công ty Oculus VR đang phát triển cho các trò chơi mô phỏng thực tế ảo và trò chơi video. ^[17] HTC Vive là một màn hình gắn trên thực tế ảo. Tai nghe được sản xuất bởi sự hợp tác giữa Valve và HTC, với tính năng xác định là theo dõi quy mô phòng chính xác và bộ điều khiển chuyển động có độ chính xác cao. PlayStation VR là tai nghe thực tế ảo duy nhất dành cho máy chơi game, dành cho PlayStation 4. ^[18]

Sports [ chỉnh sửa ]

Một hệ thống HMD đã được Kopin Corp phát triển cho trình điều khiển Công thức 1 và Tập đoàn BMW. Theo BMW, " HMD là một phần của hệ thống đo từ xa tiên tiến được ủy ban đua xe Công thức 1 chấp nhận để liên lạc với người lái không dây từ trung tâm của hố đua. " HMD sẽ hiển thị quan trọng dữ liệu cuộc đua trong khi cho phép người lái tiếp tục tập trung vào đường đua. Phi hành đoàn kiểm soát dữ liệu và tin nhắn được gửi đến các tài xế của họ thông qua đài phát thanh hai chiều. ^[19]

Recon instrument phát hành vào ngày 3 tháng 11 năm 2011 hai màn hình gắn trên đầu cho kính trượt tuyết, MOD và MOD Live, sau này dựa trên một hệ điều hành Android. ^[20]

Đào tạo và mô phỏng [ chỉnh sửa ]

Huấn luyện nhảy dù với một HMD

Một ứng dụng quan trọng cho HMD là đào tạo và mô phỏng, cho phép hầu như đặt một thực tập sinh trong một tình huống quá đắt hoặc quá nguy hiểm để nhân rộng trong cuộc sống thực. Đào tạo với HMD bao gồm một loạt các ứng dụng từ lái xe, hàn và phun sơn, mô phỏng chuyến bay và phương tiện, đào tạo lính tháo gỡ, đào tạo thủ tục y tế, v.v. Tuy nhiên, một số triệu chứng không mong muốn đã được gây ra do sử dụng kéo dài một số loại màn hình gắn trên đầu và các vấn đề này phải được giải quyết trước khi đào tạo và mô phỏng tối ưu là khả thi. ^[21]

Thông số hiệu suất [ chỉnh sửa ]

• Khả năng hiển thị hình ảnh lập thể. Một HMD hai mắt có khả năng hiển thị một hình ảnh khác nhau cho mỗi mắt. Điều này có thể được sử dụng để hiển thị hình ảnh lập thể. Cần lưu ý rằng cái gọi là 'Vô cực quang học' thường được các bác sĩ phẫu thuật chuyến bay và các chuyên gia hiển thị thực hiện trong khoảng 9 mét. Đây là khoảng cách mà tại đó, với "đường cơ sở" trung bình của mắt người (khoảng cách giữa hai mắt hoặc khoảng cách giữa các mắt (IPD)) trong khoảng từ 2,5 đến 3 inch (6 và 8 cm), góc của một vật ở khoảng cách đó sẽ trở thành về cơ bản giống nhau từ mỗi mắt. Ở các phạm vi nhỏ hơn, phối cảnh từ mỗi mắt là khác nhau đáng kể và chi phí tạo ra hai kênh hình ảnh khác nhau thông qua hệ thống hình ảnh do máy tính tạo ra (CGI) trở nên đáng giá.
• Khoảng cách giữa các tế bào (IPD). Đây là khoảng cách giữa hai mắt, được đo ở đồng tử và rất quan trọng trong việc thiết kế màn hình gắn trên đầu.
• Trường nhìn (FOV) – Con người có FOV khoảng 180 °, nhưng hầu hết các HMD cung cấp ít hơn nhiều so với điều này. Thông thường, một trường nhìn rộng hơn dẫn đến cảm giác đắm chìm hơn và nhận thức tình huống tốt hơn. Hầu hết mọi người không có cảm giác tốt về một FOV được trích dẫn cụ thể sẽ trông như thế nào (ví dụ: 25 °) vì vậy thường các nhà sản xuất sẽ trích dẫn kích thước màn hình rõ ràng. Hầu hết mọi người ngồi cách màn hình của họ khoảng 60 cm và có cảm giác khá tốt về kích thước màn hình ở khoảng cách đó. Để chuyển đổi kích thước màn hình rõ ràng của nhà sản xuất sang vị trí màn hình máy tính để bàn, hãy chia kích thước màn hình cho khoảng cách tính bằng feet, sau đó nhân với 2. Các HMD cấp độ người tiêu dùng thường cung cấp FOV khoảng 110 °.
• Độ phân giải – HMD thường được đề cập tổng số pixel hoặc số pixel trên mỗi độ. Liệt kê tổng số pixel (ví dụ: 1600 × 1200 pixel mỗi mắt) được mượn từ cách trình bày các thông số kỹ thuật của màn hình máy tính. Tuy nhiên, mật độ pixel, thường được chỉ định bằng pixel trên mỗi độ hoặc theo phút cung trên mỗi pixel, cũng được sử dụng để xác định thị lực. 60 pixel / ° (1 arcmin / pixel) thường được gọi là độ phân giải giới hạn mắt, trên đó độ phân giải tăng lên không được chú ý bởi những người có thị lực bình thường. Các HMD thường cung cấp 10 đến 20 pixel / °, mặc dù những tiến bộ trong màn hình vi mô giúp tăng con số này.
• Sự chồng chéo hai mắt – đo diện tích chung cho cả hai mắt. Sự chồng chéo hai mắt là cơ sở cho cảm giác về chiều sâu và âm thanh nổi, cho phép con người cảm nhận được vật thể nào ở gần và vật thể nào ở xa. Con người có sự chồng chéo hai mắt khoảng 100 ° (50 ° bên trái mũi và 50 ° bên phải). Sự chồng chéo ống nhòm được cung cấp bởi một HMD càng lớn, cảm giác của âm thanh nổi càng lớn. Sự chồng chéo đôi khi được chỉ định theo độ (ví dụ: 74 °) hoặc theo tỷ lệ phần trăm cho biết mức độ trường nhìn của mỗi mắt là bao nhiêu đối với mắt kia.
• Tiêu cự xa (đối chiếu). Các phương pháp quang học có thể được sử dụng để trình bày các hình ảnh ở một tiêu điểm xa, dường như cải thiện tính chân thực của hình ảnh trong thế giới thực ở khoảng cách xa.
• Hệ thống xử lý và vận hành trên tàu. Một số nhà cung cấp HMD cung cấp các hệ điều hành trên tàu như Android, cho phép các ứng dụng chạy cục bộ trên HMD và loại bỏ nhu cầu buộc vào thiết bị bên ngoài để tạo video. Đôi khi chúng được gọi là kính bảo hộ thông minh . Để làm cho các nhà sản xuất nhẹ hơn xây dựng HMD có thể chuyển hệ thống xử lý sang yếu tố hình thức vòng cổ thông minh được kết nối cũng sẽ mang lại lợi ích bổ sung cho bộ pin lớn hơn. Giải pháp như vậy sẽ cho phép thiết kế HMD lite với nguồn cung cấp năng lượng đủ cho đầu vào video kép hoặc ghép kênh dựa trên thời gian tần số cao hơn (xem bên dưới).

Hỗ trợ các định dạng video 3D [ chỉnh sửa ]

] Ghép kênh liên tiếp theo khung

Ghép kênh cạnh nhau và từ trên xuống

Nhận thức sâu bên trong một HMD đòi hỏi các hình ảnh khác nhau cho mắt trái và phải. Có nhiều cách để cung cấp những hình ảnh riêng biệt này:

• Sử dụng đầu vào video kép, do đó cung cấp tín hiệu video hoàn toàn riêng biệt cho từng mắt
• Ghép kênh theo thời gian. Các phương pháp như tuần tự khung kết hợp hai tín hiệu video riêng biệt thành một tín hiệu bằng cách xen kẽ các hình ảnh trái và phải trong các khung hình liên tiếp.
• Ghép kênh cạnh nhau hoặc ghép từ trên xuống. Phương pháp này phân bổ một nửa hình ảnh cho mắt trái và nửa còn lại của hình ảnh cho mắt phải.

Ưu điểm của đầu vào video kép là nó cung cấp độ phân giải tối đa cho mỗi hình ảnh và tốc độ khung hình tối đa cho mỗi mắt . Nhược điểm của đầu vào video kép là nó yêu cầu đầu ra video và cáp riêng biệt từ thiết bị tạo nội dung.

Ghép kênh dựa trên thời gian duy trì độ phân giải đầy đủ trên mỗi hình ảnh, nhưng giảm một nửa tốc độ khung hình. Ví dụ: nếu tín hiệu được hiển thị ở 60 Hz, mỗi mắt chỉ nhận được cập nhật 30 Hz. Điều này có thể trở thành một vấn đề với việc trình bày chính xác hình ảnh chuyển động nhanh.

Ghép kênh song song và từ trên xuống dưới cung cấp cập nhật tốc độ đầy đủ cho từng mắt, nhưng giảm độ phân giải được trình bày cho từng mắt. Nhiều chương trình phát sóng 3D, chẳng hạn như ESPN, đã chọn cung cấp 3D song song, giúp tiết kiệm nhu cầu phân bổ băng thông truyền thêm và phù hợp hơn với hành động thể thao nhịp độ nhanh so với các phương pháp ghép kênh dựa trên thời gian.

Không phải tất cả các HMD đều cung cấp nhận thức sâu sắc. Một số mô-đun cấp thấp về cơ bản là các thiết bị hai mắt trong đó cả hai mắt được trình bày với cùng một hình ảnh.

Trình phát video 3D đôi khi cho phép khả năng tương thích tối đa với HMD bằng cách cung cấp cho người dùng lựa chọn định dạng 3D sẽ được sử dụng.

Thiết bị ngoại vi [ chỉnh sửa ]

• Các HMD thô sơ nhất chỉ đơn giản là chiếu hình ảnh hoặc ký hiệu trên kính ngắm hoặc kính ngắm. Hình ảnh không được chuyển sang thế giới thực, nghĩa là hình ảnh không thay đổi dựa trên vị trí đầu của người đeo.
• Các HMD tinh vi hơn kết hợp hệ thống định vị theo dõi vị trí và góc đầu của người đeo, để hình ảnh hoặc biểu tượng được hiển thị phù hợp với thế giới bên ngoài bằng cách sử dụng hình ảnh nhìn xuyên qua.
• Theo dõi đầu – Làm nô lệ hình ảnh. Màn hình gắn trên đầu cũng có thể được sử dụng với các cảm biến theo dõi phát hiện các thay đổi về góc và hướng. Khi dữ liệu đó có sẵn trong máy tính hệ thống, nó có thể được sử dụng để tạo hình ảnh do máy tính tạo ra (CGI) phù hợp cho góc nhìn vào thời điểm cụ thể. Điều này cho phép người dùng nhìn xung quanh một môi trường thực tế ảo chỉ bằng cách di chuyển đầu mà không cần bộ điều khiển riêng để thay đổi góc của hình ảnh. Trong các hệ thống dựa trên radio (so với dây dẫn), người đeo có thể di chuyển trong giới hạn theo dõi của hệ thống.
• Theo dõi mắt – Trình theo dõi mắt đo điểm nhìn, cho phép máy tính cảm nhận được nơi người dùng đang nhìn. Thông tin này hữu ích trong nhiều bối cảnh như điều hướng giao diện người dùng: Bằng cách cảm nhận ánh mắt của người dùng, máy tính có thể thay đổi thông tin hiển thị trên màn hình, đưa thông tin chi tiết được chú ý, v.v.
• Theo dõi tay – chuyển động tay theo dõi từ phối cảnh của HMD cho phép tương tác tự nhiên với nội dung và cơ chế chơi trò chơi thuận tiện

Xem thêm [ chỉnh sửa ]

Tài liệu tham khảo [ chỉnh sửa ]

Tài liệu tham khảo [ chỉnh sửa ]