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VR에 관해서는 보이는 것이 곧 믿는 것입니다. 사운드와 햅틱 모두 중요한 역할을 하지만 대부분의 사람들에게 중요한 것은 시각적 요소입니다. 그리고 아름답게 렌더링된 로우 폴리곤 아트는 초현실적인 환경만큼 숨이 막힐 수 있습니다. 사실주의에 젖어 있든, 완전히 추상화되어 있든, 아니면 그 중간 어딘가에 있든 관계없이 시각적으로 놀라운 가상 세계에 완전히 둘러싸이는 것과 같은 경험을 제공해줄 수 있는 것은 존재하지 않습니다.
그러나 VR은 여전히 새로운 기술이며 시각적 경험을 만드는 데 들어가는 요소와 헤드셋 내부에서 보는 것을 생성하기 위해 함께 제공되어야 하는 복잡한 기술에 대한 공유된 이해가 많지 않습니다. 또한 오늘날 VR의 시각적 품질이 정의되는 방식에 업계 전반에 걸쳐 약간의 불일치가 있습니다.
시각적 품질에 대해 생각할 때 많은 사람들은 휴대폰 및 TV와 같은 2D 디스플레이에 대해 생각할 때 전통적으로 사용하는 것과 동일한 원칙과 표준을 적용합니다. 그러나 VR은 이러한 다른 소비자 장치와 크게 다릅니다. VR 사용자는 더 먼 거리에서 큰 화면을 보는 대신 눈에 훨씬 더 가깝고 광학 스택 내의 렌즈 세트로 확대된 더 작은 화면을 보고 있습니다. 마치 카메라 렌즈를 통해 TV를 보는 것과 같습니다. 화면의 해상도뿐만 아니라 배율 및 선명도와 같은 렌즈의 광학적 특성에 따라 화면이 결정됩니다.
또한 TV 및 휴대폰과 달리 디스플레이는 기본적으로 머리를 움직이면 디스플레이가 같이 따라옵니다. 눈에 꽤 가까운 관계로 넓은 범위를 응시할 수 있기 때문에 광학 장치는 모든 시야각에서 일관된 기하학적 및 광학적 성능을 제공해야 합니다. 양질의 시각적 경험을 제공합니다. 이것은 미래에 VR의 시각적 성능과 경험에 있어 시선 추적 기술이 점점 더 중요한 역할을 하게 될 것임을 나타냅니다.
우리는 업계가 전체 그림을 더 잘 보여주는 VR 관련 성능 지표에 맞춰 조정해야 한다고 생각합니다. 디스플레이 해상도에만 초점을 맞추는 대신 디스플레이와 광학 장치가 VR 헤드셋의 시스템으로 함께 작동하는 방식을 고려해야 합니다. VR의 시각적 선명도는 여러 가지 요소에 의해 결정되며, 그 중 가장 중요한 요소는 시스템 해상도(도당 픽셀 수 또는 PPD로 측정), 선명도(렌즈의 변조 전달 함수 또는 MTF로 측정), 명암비 그리고 색상입니다. 이 게시물에서는 4가지 모두와 Meta Quest Pro의 새로 도입된 Infinite Display 광학 스택과 어떤 관련이 있는지 자세히 살펴보겠습니다.
시스템 해상도
VR 헤드셋 품질을 생각할 때 디스플레이 해상도에만 집중하고 싶은 유혹이 있습니다. 2D 디스플레이를 판단하는 기준이 바로 이 지표이기 때문입니다. 그러나 그 대신 전체 광학 시스템의 해상도를 평가해야 합니다. 이 해상도는 함께 작동하는 디스플레이와 광학 장치를 고려한 결합 메트릭인 PPD로 측정됩니다. 각도 측정인 PPD는 시야각(FOV)의 1° 내에 있는 픽셀 수를 측정합니다. PPD가 높을수록 VR 헤드셋의 시스템 해상도가 더 좋습니다.
고품질 경험을 보장하기 위해 VR 헤드셋의 설계 및 제조 과정에서 PPD를 면밀히 검토합니다. 그리고 Meta Quest Pro 디스플레이의 더 높은 픽셀 밀도와 헤드셋의 팬케이크 광학에 의한 확대 덕분에 Meta Quest Pro(22 PPD)의 전체 시스템 해상도를 Meta Quest 2(20 PPD)에 비해 10% 높일 수 있었습니다. 현재 시장에 나와 있는 VR 헤드셋 중 가장 높은 PPD는 아니지만 고품질 VR 및 혼합 현실 지원 헤드셋을 대규모로 출시하는 데 있어 중요한 이정표입니다.
그리고 우리는 이것을 더욱 추진하기 위해 투자하고 있습니다. Reality Labs Research의 디스플레이 시스템 연구 팀은 최근 Meta Quest 2의 약 절반으로 시야를 제한하고 새로운 유형의 하이브리드 렌즈와 함께 3K LCD 패널을 사용하여 55 PPD의 전체 시스템 해상도를 달성하는 Butterscotch 프로토타입 을 공개했습니다. — 망막 해상도(인간의 눈이 추가 세부 사항을 인식할 수 없는 시각적 품질, 일반적으로 약 60 PPD로 합의됨)에 근접하고 잠재적으로 새로운 산업 표준으로 가는 길을 닦습니다. Butterscotch는 향후 제품으로 만들지 못할 수도 있는 기술적 구성을 가진 연구 프로토타입이지만 제품 로드맵에서 망막 해상도를 달성하기 위해 고밀도 디스플레이와 고해상도 광학 시스템을 함께 개발하고 있습니다.
선명도
PPD는 광학 시스템의 구성 요소를 고려하여 전체 시스템 해상도의 기준선을 설정하지만 오늘날 VR 시각적 선명도에 대한 논의에서 충분한 관심을 끌지 못하는 또 다른 중요한 지표인 선명도가 있습니다.
해상도와 콘트라스트를 결합한 MTF로 측정되는 선명도는 광학 시스템에서 재현할 수 있는 디테일의 양을 결정합니다. MTF가 높을수록 이미지 디테일이 미세해집니다. VR 디스플레이는 렌즈를 통해 보여지고 따라서 확대되기 때문에 우리 팀은 렌즈로 인한 아티팩트를 방지하기 위해 광학 장치의 설계 및 제조를 최적화해야 합니다. TV와 같은 평면 2D 디스플레이에서는 디스플레이의 모든 부분에서 선명도가 일정하다는 점을 인정하는 것도 중요합니다. VR에서는 그렇지 않습니다. 렌즈 중앙과 가장자리의 선명도는 서로 같지 않습니다. 따라서 우리의 목표는 중앙과 주변 모두에서 더 높은 MTF를 달성하는 것입니다.
Meta Quest Pro에서 중앙 선명도는 0.98이고 가장자리 선명도는 0.85*로 Meta Quest 2에 비해 각각 25% 및 50% 향상되었습니다.
명암비
명암비는 디스플레이 광학 시스템이 생성할 수 있는 가장 밝은 흰색 휘도와 가장 어두운 검은색 휘도 사이의 비율입니다. 비율이 높을수록 대비가 좋아집니다.
대비를 극대화하기 위해 Meta Quest Pro의 높은 픽셀 밀도 디스플레이에는 500개 이상의 개별 LED 블록을 독립적으로 제어할 수 있는 특수 로컬 디밍 기술이 장착되어 있습니다. 그 결과 대비가 75% 더 높아져 더 깊은 블랙과 훨씬 향상된 디스플레이 경험을 제공합니다.
또한 Meta Quest Pro의 팬케이크 광학은 3개의 편광 필름 스택(디스플레이에 하나씩, 두 개의 렌즈 요소 각각에 하나씩)의 고유한 디자인을 사용하여 특히 FOV의 중간 주변에서 가장자리까지 고스트 이미지를 최소화합니다. 이것은 또한 전반적인 대비 향상에 기여합니다.
색상
마지막으로 VR 헤드셋의 색상 품질은 색 영역 및 색상 정확도로 측정됩니다. 색역은 전체 시스템에서 재현할 수 있는 스펙트럼 내의 색상 범위입니다. 색상 정확도는 의도한 대로 색상과 음영을 재현하는 시각 시스템의 능력을 나타냅니다. 함께 사용하면 실제와 같은 몰입형 경험을 제공하는 데 필수적입니다.
Meta Quest Pro는 Meta Quest 2보다 1.3배 더 넓은 DCI-P3 색 영역을 가지고 있습니다. 또한 Meta Quest Pro에서 고급 색상 보정 기술을 개발하여 두 눈의 색상 정확도와 밝기 차이를 보장합니다. 풍부하고 생생한 색상으로 Meta Quest Pro는 전체 시야에서 프리미엄 시각적 선명도를 제공할 수 있습니다.
광학 스택 단축
Meta Quest Pro는 2개의 렌즈와 10겹 이상의 기능성 광학 필름을 특징으로 합니다. 원래의 개념은 Reality Labs Research에서 약 2년에 걸쳐 개발했으며 VR에서 연구에서 제품으로의 매우 성공적인 하드웨어 기술 이동을 나타냅니다. 그러나 제품에서 작동하는 팬케이크 렌즈와 편광 광학을 설계하기 위해 더 많은 작업을 수행해야 했습니다. - 작업은 약 4년이 걸렸으며, 1년이상 제품 팀과 연구 팀은 성공적이고 효율적인 이동을 위해 하나의 통합된 팀처럼 작업해야 했습니다.
우리 연구팀은 타임머신(비용, 무게 등과 같은 제약 조건 없이 미래에 5년에서 10년 또는 그 이상 가능할 수 있는 것을 보여주는 프로토타입)을 만들 수 있지만 제품 팀은 대량 생산할 수 있는 실행 가능한 디자인을 제공해야 합니다. 기성 제품과는 거리가 먼 제품 팀은 정말 독특한 렌즈와 편광 스택을 설계했습니다. 팬케이크 렌즈와 편광 광학은 그 자체로는 새로운 것이 아니지만 VR에 대한 응용 프로그램은 대규모 제품화에서 고유한 문제를 제기합니다. 믿을 수 없을 정도로 정밀한 렌즈와 편광 필름 제조 및 통합이 필요한 부품을 만드는 제조업체가 없었기 때문에 제품 팀은 처음부터 공급망을 만들고 상태를 발전시키기 위해 수년 동안 업계와 긴밀히 협력해야 했습니다. - 그리고 우리는 대량 생산을 해냈습니다.
Meta는 현재 시각적 성능을 최적화하면서 크기를 최소화하는 데 중점을 둔 특허를 포함하여 광학 기술과 관련된 350개 이상의 특허를 보유하고 있습니다.
모두 합치기
이 모든 혁신과 기술을 하나의 소비자 장치에 결합하면 시각적 시스템을 갖춘 VR 헤드셋을 사용하여 전자 메일을 읽을 때 어디에서나 더 선명한 텍스트, 더 선명한 시각적 효과, 더 생생한 색상 및 전반적으로 더 편안한 경험을 얻을 수 있습니다. Immersed에서 책상에 앉아 이메일을 읽거나 Figmin XR에서 물리 게임을 만들거나 Demeo에서 친구들과 몬스터와 싸우십시오 .
이는 시스템 최적화 설계 과제로, 제품 팀이 개별 구성 요소에만 집중하기보다 VR 시각 시스템 전체를 다루어야 합니다. 결국 우리의 목표는 전체적인 사용자 경험을 극대화하는 것입니다. 완벽하지 않을 수 있지만 가능한 최상의 시각적 경험을 유지하기 위해 절충안을 적용했습니다. 그리고 이것은 시작에 불과합니다. Infinite Display 기술이 지속적으로 개선되고 Meta Quest Pro의 혁신적인 팬케이크 렌즈와 편광 광학을 더 높은 해상도의 디스플레이와 결합할 수 있게 됨에 따라 PPD 및 그 이상으로 측정된 시각적 품질의 상당한 도약을 보게 될 것입니다.
*여기서 MTF는 5 lp/mm(ine pairs per millimeter)에서 측정됩니다.
