Speciale Prototipi Meta, ecco Half Dome, Butterscotch, Starbright e HoloCake 2

Nella giornata di ieri, come vi abbiamo raccontato in questo articolo, Meta ha svelato al mondo alcuni prototipi e tecnologie su cui sta lavorando e che probabilmente vedranno la luce nei prossimi anni. Oltre ad una abile mossa di marketing, in vista dell’imminente arrivo di nuovi agguerriti competitors sul mercato, come Apple, Valve con il suo Index 2 e Sony con PSVR2, lo scopo dello “showcase” di ieri è stato anche mostrare agli investitori quello che Meta sta facendo con i quasi 10 miliardi investiti in ricerca e sviluppo della XR.

Visual Turing Test

L’obiettivo finale di ogni headset per la realtà virtuale o aumentata è il superamento di quello che Zuckerberg stesso chiama il Visual Turing Test. Il test di turing lo ricordiamo è un criterio suggerito da Alan Turing nel 1950 sulla rivista Mind,  che mira a stabilire se una macchina è in grado di simulare o mostrare una intelligenza “umana”.

In pratica l’obiettivo del test di Turing è ingannare in una conversazione libera un interlocutore umano sulla natura del suo interlocutore, macchina o umano attraverso quello che è chiamato “Imitation game”.
Allo stesso modo, i visori del futuro dovranno essere in grado di offrire una resa visiva “indistinguibile dalla realtà”.

All’interno della divisione Reality Labs Research di Meta, l’azienda utilizza il termine “Visual Turing Test” per rappresentare l’asticella che deve essere soddisfatta per convincere il sistema visivo che ciò che si trova all’interno dell’headset è effettivamente reale.

Quattro obiettivi per il Visual turing test

Per il superamento del test, i Reality Labs di Meta hanno operato su quattro fronti: lenti varifocali, eliminazione della distorsione ottica, implementazione della Retina resolution, e implementazione dell’HDR. Vediamo nel dettaglio queste quattro tecnologie cosa sono e a cosa servono.

  • Lenti varifocali. L’occhio come sappiamo è capace di mettere a fuoco oggetti a distanze variabili, dall’incredibilmente lontano all’incredibilmente vicino ed in maniera quasi istantanea; costosissime macchine fotografiche sono in grado di farlo in maniera veloce ma non così veloce come l’occhio umano.
    In un headset la situazione si complica poiché non è possibile usare grandi obiettivi ecco perché le lenti varifocali rapresentano il futuro della VR. Per lenti varifocali si intende la capacità di mettere a fuoco profondità arbitrarie della scena virtuale, con entrambe le funzioni di messa a fuoco essenziali degli occhi (vergenza e accomodazione).
  • Distorsione: le lenti distorcono intrinsecamente la luce che le attraversa, creando spesso artefatti come la separazione dei colori o l’alterazione delle dimensioni degli oggetti lungo i bordi della lente , il che rende evidente l’esistenza della lente.
  • Risoluzione retina: termine molto noto nel mondo Apple e che fa riferiemtno ad una risoluzione del display sufficiente ad impedire all’occhio umano di individuare pixel.
  • HDR: noto anche come high dynamic range, che descrive la capacità di mostrare sullo schermo immagini con una gamma dinamica molto diversa tra loro senza perdita di dettaglio.

Il team di ricerca sui sistemi di visualizzazione di Reality Labs ha costruito prototipi che fungono da proof-of-concept per potenziali soluzioni a queste sfide.

Varifocale

Per affrontare il problema della varifocale, il team ha sviluppato una serie di prototipi che ha chiamato “Half Dome”. In questa serie l’azienda ha dapprima esplorato un design varifocale che utilizzava un display che si muoveva meccanicamente (Half Dome Zero e Half Dome 1) per modificare la distanza tra il display e la lente, cambiando così la profondità focale dell’immagine. In seguito il team è passato a un sistema elettronico a stato solido che ha permesso di ottenere ottiche varifocali molto più compatte, affidabili e silenziose (Half Dome 2 e 3)

Half Dome meta

Distorsione

Per quanto riguarda la distorsione, Abrash uno dei tanti scienziati dei reality Labs ha spiegato che la sperimentazione di design di lenti e di algoritmi di correzione della distorsione specifici per tali design è un processo complicato. Le lenti nuove non possono essere realizzate rapidamente, ha detto, e una volta realizzate devono essere integrate con cura negli headset.

Per consentire al team di ricerca sui sistemi di visualizzazione di lavorare più rapidamente sul problema, il team ha costruito un “simulatore di distorsione”, che emula una HMD VR utilizzando un televisore 3D e simula le lenti (e i relativi algoritmi di correzione della distorsione) in software.

Ciò ha permesso al team di lavorare più rapidamente sul problema, in quanto la sfida principale è correggere dinamicamente le distorsioni delle lenti mentre l’occhio si muove, anziché limitarsi a correggere ciò che si vede quando l’occhio guarda nell’immediato centro della lente.

Risoluzione retina

Sul fronte della risoluzione retina, Meta ha svelato un prototipo inedito di HMD chiamato Butterscotch, che secondo l’azienda raggiunge una risoluzione retina di 60 pixel per grado, consentendo una visione 20/20. Per farlo, ha utilizzato display estremamente densi di pixel e ha ridotto il campo visivo – per concentrare i pixel su un’area più piccola – a circa la metà delle dimensioni di Quest 2. L’azienda afferma di aver sviluppato anche una “lente ibrida” in grado di “risolvere completamente” l’aumento della risoluzione e ha condiviso un confronto attraverso le lenti tra il Rift originale, Quest 2 e il prototipo Butterscotch.

butterscotch meta

Sebbene oggi esistano già headset che offrono una risoluzione retina, come gli HMD VR-3 di Varjo, solo una piccola area al centro della visuale (27° × 27°) raggiunge i 60 PPD… tutto ciò che si trova al di fuori di quell’area scende a 30 PPD o meno. Il prototipo Butterscotch di Meta ha apparentemente 60 PPD in tutto il campo visivo, anche se l’azienda non ha spiegato in che misura la risoluzione si riduce verso i bordi dell’obiettivo.

butterscotch meta

Alta gamma dinamica

Zuckerberg ha dichiarato che tra le quattro sfide per il Visual Turing Test c’è la possibilità di mostrare immagini HDR. Per verificare l’impatto dell’HDR sull’esperienza VR, il team di Display Systems Research ha costruito un altro prototipo, opportunamente chiamato Starburst. Secondo Meta, si tratta del primo prototipo di cuffia VR (“per quanto ne sappiamo”) in grado di raggiungere ben 20.000 nit.

L’obiettivo dell’HDR, tuttavia, non è quello di friggere gli occhi, ma di dare una luminosità realistica alle cose che sono effettivamente molto luminose nella vita reale. Ad esempio, un incendio, un’esplosione, un fuoco d’artificio o persino i riflessi luminosi di una finestra in una giornata senza nuvole. Tutti questi oggetti hanno un grande impatto visivo nella vita reale perché sono molto più luminosi del mondo che li circonda. Secondo Meta, essere in grado di replicare questa luminosità nella VR è essenziale per superare il Test di Turing visivo.

starburst prototipo meta

Per fare un confronto, il display di Quest 2 raggiunge al massimo i 100 nits, mentre i televisori HDR di fascia alta arrivano a circa 2.000 nits. Ciò significa che il prototipo Starburst è in grado di produrre una gamma di luminosità 10 volte superiore a quella di alcuni dei migliori televisori HDR in circolazione.

E anche se l’imminente PlayStation VR 2 di Sony dovrebbe essere la prima cuffia VR HDR disponibile in commercio, l'”HDR” non è esattamente ben definito, quindi non si sa se raggiungerà i 1.000 nits, per non parlare dei 2.000.

Ridurre le dimensioni

Mentre molti prototipi di Meta sacrificano il peso e le dimensioni per dimostrare queste idee fondamentali, Meta si concentra anche sulla riduzione drastica del fattore di forma degli HMD VR. A questo scopo, l’azienda ha preso la sua ricerca sull’ottica olografica ripiegata e l’ha trasformata in un vero e proprio auricolare VR funzionante, chiamato Holocake 2.

Questo prototipo, incredibilmente compatto, affronta i due maggiori limiti dimensionali delle attuali soluzioni VR: la lunghezza del percorso ottico e la larghezza delle lenti.

Affinché le lenti di un headset VR possano svolgere il loro lavoro, devono essere posizionate a una certa distanza dal display. Se le si avvicina di più, non si riesce a mettere a fuoco correttamente l’immagine. L’utilizzo di ottiche “pancake” (note anche come ottiche “piegate”) riduce efficacemente la distanza tra l’obiettivo e il display, “ripiegando” il percorso su se stesso e utilizzando la polarizzazione per far rimbalzare la luce avanti e indietro prima di raggiungere l’occhio.

Riducendo la distanza, si inizia a notare che lo spessore delle lenti limita ulteriormente la vicinanza del display all’occhio. A tal fine, il prototipo Holocake 2 utilizza lenti olografiche molto più sottili delle lenti tradizionali.

Holocake lenti

Si tratta essenzialmente di sottili pellicole olografiche in cui è incorporato l’ologramma di una lente tradizionale. Anche se sono sottili, manipolano la luce in modo simile alle lenti più spesse da cui sono modellate.

La combinazione di lenti olografiche e ottiche pancake – da cui holo cake – è la chiave che rende Holocake 2 così compatto.

“La creazione di lenti olografiche è stato un approccio innovativo alla riduzione del fattore di forma che ha rappresentato un notevole passo avanti per i sistemi di visualizzazione VR”, afferma Meta. “Questo è il nostro primo tentativo di realizzare un headset completamente funzionale che sfrutta l’ottica olografica e crediamo che sia possibile un’ulteriore miniaturizzazione dell’headset”.

Holocake 2

Tuttavia, si tratta di un headset collegato al PC, il che significa che avrà bisogno di un ulteriore ingombro (cpu e batteria) per raggiungere il fattore di forma autonomo a cui Meta mira. Purtroppo, secondo Meta, Holocake 2 richiede una sorgente di luce laser per far funzionare bene le sue ottiche olografiche, che non hanno ancora le dimensioni o il costo necessari per essere implementate in un prodotto reale.

Project Cambria

Tutto quello che è stato mostrato è sicuramente entusiasmante e ci fa ben sperare per il futuro della VR, ma se pensate che queste tecnologie siano pronte per la commercializzazione, vi sbagliate di grosso.

Meta ha infatti chiarito che la tecnologia mostrata in questi prototipi è ben lungi dall’essere pronta. E dato che il lancio di Project Cambria è previsto per quest’anno, non c’è abbastanza tempo per Meta per produrre tutte queste tecnologie. Certo, sembra che Cambria utilizzerà ottiche ripiegate (ma non ottiche olografiche ripiegate) per rendere le cose un po’ più compatte rispetto a Quest, ma ci vorrà ancora un po’ prima di vedere qualcosa di simile a Holocake 2 arrivare sul mercato.

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