スタンフォード大、拡張現実が通常グラスになる

May, 31, 2024, Stanford--スタンフォード大学のエンジニアは、ディスプレイ技術、ホログラフィックイメージング、人工知能(AI)の進歩を組み合わせることで、現実世界を直接見ながらフルカラー3D動画を表示する方法を見つけた。

研究空間コンピューティングの新興分野の研究者は、ホログラフィックイメージングを使用して、通常のメガネのように見えるレンズにフルカラーの3D動画を重ね合わせる拡張現実(AR)ヘッドセットのプロトタイプを開発した。現在のARシステムのかさばるヘッドセットとは異なり、この新しいアプローチは、一日中着用するのに適したコンパクトで快適で魅力的なフォームファクタであり、視覚的に満足のいく3D視聴体験を提供する。

「われわれのヘッドセットは、外界から見ると日常のメガネのように見えるが、レンズを通して見るのは、鮮やかなフルカラー3D計算画像で覆われた豊かな世界である」と、電気工学の准教授であり、急速に台頭している空間コンピューティング分野の専門家であるGordon Wetzsteinはコメントしている。Wetzsteinとエンジニアチームは、Nature誌に掲載された新しい論文でこのデバイスを紹介している。

チームによると、今のところプロトタイプに過ぎないが、このような技術は、ゲームやエンターテインメントからトレーニングや教育まで、あらゆる分野を変革する可能性がある。

「外科医がこのような眼鏡をかけて、繊細で複雑な手術を計画したり、飛行機の整備士が最新のジェットエンジンの操作方法を学ぶために眼鏡を使ったりすることが想像できる」と、Wetzsteinが率いるスタンフォード大学コンピュテーショナルイメージング研究所の博士課程の学生、論文の共同筆頭著者であるManu Gopakumarは話している。

障壁の克服
この新しいアプローチは、これまで不格好なヘッドセットや、装着者を視覚的に疲れさせたり、時には少し吐き気を催させたりする満足感の薄い3D視覚体験を生み出してきた、複雑なエンジニアリング要件の迷路を通り抜けるものである。

「これほどコンパクトなフォームファクタで、われわれの3D画質に匹敵する拡張現実(AR)システムは、今のところ他にない」と、スタンフォード大学コンピュテーショナルイメージング研究所のポスドク研究員で論文の共同筆頭著者Gun-Yeal Leeは話している。

成功するために、研究チームは、AIで強化されたホログラフィックイメージングと新しいナノフォトニックデバイスアプローチの組み合わせを通じて、技術的な障壁を克服した。最初のハードルは、AR画像を表示する技術には、複雑な光学システムの使用が必要になることが多いことだった。これらのシステムでは、ユーザはヘッドセットのレンズを通して現実世界を実際に見ることはない。代わりに、ヘッドセットの外側に取り付けられたカメラがリアルタイムに世界をキャプチャし、その画像を計算された画像と組み合わせる。次に、結果として得られたブレンドされた画像がユーザの目に立体的に投影される。

「ユーザは、計算された画像を重ね合わせた現実世界のデジタル化された近似値を見る。これは一種の拡張仮想現実であり、真の拡張現実ではない」(Lee)。

Wetzsteinの説明によると、これらのシステムは、装着者の目と映写スクリーンの間に拡大レンズを使用し、目、レンズ、スクリーンの間に最小限の距離を必要とするため、必然的にかさばり、サイズが大きくなる。

「かさばるだけでなく、これらの制限は、満足のいく知覚的リアリズムや、しばしば視覚的な不快感につながる可能性がある」と、スタンフォード大学コンピュテーショナルイメージング研究室の博士課程学生で、論文の共著者、Suyeon Choiはコメントしている。

キラーアプリ
より視覚的に満足のいく3D画像を生成するために、Wetzsteinは従来の立体視アプローチを飛び越えて、1940年代後半に開発されたノーベル賞を受賞した視覚技術であるホログラフィを支持した。3Dイメージングの大きな可能性にもかかわらず、ホログラフィの普及は、正確な3D奥行きの手がかりを描写できないために制限されており、圧倒され、時には吐き気を誘発する視覚体験につながっている。

Wetzstein チームは、AI を使用して、ホログラフィック画像の奥行きの手がかりを改善した。その後、ナノフォトニクスと導波路ディスプレイ技術の進歩を利用して、研究チームは、かさばる追加の光学系に頼ることなく、コンピュータホログラムをメガネのレンズに投影することができた。

導波路は、レンズ表面にナノメートルスケールのパターンをエッチングすることによって構築される。各テンプルに設置された小さなホログラフィックディスプレイは、エッチングされたパターンを通して計算された画像を投影し、レンズ内で光を跳ね返らせてから、視聴者の目に直接届ける。メガネのレンズを通して見ると、現実世界と、その上に表示されたフルカラー3D計算画像の両方が見える。

生き生きとした品質
3D効果は、従来の3Dイメージングのように各目がわずかに異なる画像を見ることができるという意味でステレオスコピックとホログラフィックの両方で作成されるため、強化される。

「ホログラフィでは、両目の目の前に3Dのフルボリュームが表示されるため、実物そっくりの3D画質が向上する」と、スタンフォード大学コンピュテーショナルイメージング研究所の博士課程学生で、論文の共著者、Brian Chaoは説明している。

新しい導波管ディスプレイ技術とホログラフィックイメージングの改善の最終的な成果は、以前のアプローチに挑戦した疲労なしに、ユーザに視覚的に満足できる、実物そっくりの3D視覚体験である。

「ホログラフィックディスプレイは長い間、究極の3D技術と考えられてきたが、商業的に大きなブレークスルーを達成したことはなかった。もしかしたら、何年も待ち望んでいたキラーアプリを手に入れたのかも知れない」とWetzsteinはコメントしている。