Óculos de display: o que você realmente obtém

Trabalhamos com 3D estereoscópico há muitos anos e, quase todos os dias, recebemos a mesma pergunta: vale a pena comprar esses mini óculos com uma tela virtual enorme e qual modelo escolher. Em vez de responder repetidamente, escrevemos esta análise.

Abaixo, vamos analisar a tecnologia de forma calma e objetiva, sem exageros ou emoções. Apenas óptica, física, biologia e matemática, com base no que a ciência realmente sabe. Você pode verificar todas as conclusões usando uma calculadora. Pessoas que já compraram esses dispositivos dizem que se sentem enganadas. Leia sobre o que você realmente está obtendo antes de comprar, não depois, quando seu dinheiro já se foi.

Fabricantes e blogueiros de marketing contarão uma história muito doce. O objetivo deles é vender o dispositivo para você pelo preço mais alto possível, ou serem pagos por uma análise ou um vídeo. O que acontece depois não é problema deles, torna-se seu problema.

Formalmente, todos os números em suas propagandas são verdadeiros. Mas o que eles anunciam são especificações técnicas, não o que o usuário realmente verá na vida real. Mas o que você realmente quer é uma imagem de alta qualidade, não um monte de números em um anúncio, certo? A tela pode parecer enorme. Mas 'grande' e 'nítido' são duas coisas completamente diferentes, e a segunda característica é convenientemente omitida da propaganda. Caso contrário, provavelmente não venderiam tão bem...

Como é construído

Dentro de qualquer um desses óculos há um minúsculo painel micro-OLED, tipicamente entre 0,5 e 1,0 polegada, e uma lente que projeta e amplia uma imagem virtual. Seu olho não vê o painel em si, ele vê uma projeção óptica ampliada dele.

Existem duas classes fundamentalmente diferentes de óculos no mercado, e elas são constantemente confundidas.

Birdbath, óculos AR ópticos.
O layout é uma lente, um divisor de feixe polarizador plano e um espelho curvo semitransparente. Você vê o mundo real através do vidro. É assim que XREAL, VITURE, Rokid Max e seus clones são construídos.

Pancake, essencialmente um headset VR em uma armação de óculos.
O caminho óptico é dobrado por polarização entre duas películas. Esse módulo não pode ser transparente, porque um painel opaco fica atrás da óptica. Você vê o mundo real através de câmeras, em uma tela. É assim que o Meta Quest funciona no modo passthrough, e também o recente URXR One.

Essa distinção importa. Se uma descrição de produto usa as palavras "espacial", "AR" e "see-through", descubra se significa olhar através do vidro ou assistir a um feed de câmera. São dois dispositivos completamente diferentes.

O parâmetro-chave que eles não vão te mostrar

O que é PPD
Esqueça polegadas, esqueça a resolução do painel, esqueça a palavra "4K". Os óculos têm exatamente uma medida de nitidez, e ela se chama PPD, pixels por grau, o número de pixels que cabem dentro de um grau do seu campo de visão.

Por que essa? Porque a nitidez não é determinada apenas pela contagem de pixels nem apenas pelo tamanho da imagem, mas pela razão entre eles. O mesmo quadro de 1920x1080 pode ser exibido em uma tela do tamanho da sua palma ou na parede de uma casa. A quantidade de detalhes não muda, apenas o tamanho de cada pixel no seu campo de visão.

A fórmula é simples:
PPD = pixels horizontais / campo de visão horizontal em graus
Uma pessoa com visão normal resolve detalhes de aproximadamente um minuto de arco. Isso corresponde a cerca de 60 PPD. Abaixo desse limiar, você começa a ver que a imagem é feita de pontos separados, de pixels.

Agora vamos calcular dispositivos reais.
Esse é todo o segredo. Até mesmo os óculos de exibição mais novos e caros entregam duas a três vezes menos PPD do que um monitor comum de 150 dólares. Cada modelo de óculos com mini-display tem um valor de PPD pelo menos duas vezes abaixo do limite no qual o olho humano começa a perceber a estrutura individual dos pixels. Como resultado, a qualidade de imagem que você vê através dos óculos pode ser várias vezes pior do que a que você obteria de um smartphone comum de 50 dólares.

Brincando com os números.
O fabricante dos óculos na última linha da tabela cita cerca de 36 PPD. Isso não é mentira, é o valor vertical, 2064 dividido por 56 graus. Mas não é isso que você precisa. Você precisa de algo completamente diferente, o valor HORIZONTAL, o eixo ao longo do qual você lê texto ou trabalha com gráficos finos. E aí o resultado é cerca de 31 PPD, um número que eles preferem não imprimir. Sempre verifique a qual eixo um valor citado se refere, e faça a conta você mesmo. Ambos os números, resolução e campo de visão, devem aparecer na especificação. Se estiverem faltando, alguém está tentando enganar você.

Vamos comparar a qualidade de imagem dos principais modelos


Mesmo painel, ângulo mais amplo, pixels maiores. A publicidade vende um FOV amplo como uma vantagem, mas em termos de qualidade é uma desvantagem direta! Quase todos os sete modelos usam um painel com 1920 pixels na horizontal. Exatamente o mesmo. A diferença entre um modelo de $400 e um de $900 é apenas o tamanho do campo de visão � ou seja, o quanto esses mesmos pixels são esticados. O XREAL 1S promete 500 polegadas e entrega 43 PPD, o XREAL One promete 70 polegadas e entrega os mesmos 43. O número no anúncio difere por um fator de sete, a qualidade é igualmente ruim.

Por que "uma tela de 130, 200 ou 300... polegadas" é um engano

Esta é a manipulação mais comum na indústria, e funciona porque polegadas soam familiares enquanto graus não.

Uma tela virtual não tem tamanho em polegadas.


Ela tem apenas um tamanho angular. A frase "uma tela de 200 polegadas" não tem sentido sem a segunda metade da frase, a distância de visualização. 200 polegadas a 10 metros e 200 polegadas a 3 metros são imagens completamente diferentes em termos de qualidade. Os fabricantes geralmente escolhem a distância que faz o número em polegadas parecer mais impressionante.

A regra que governa: ampliar uma imagem com uma lente não adiciona um único bit de informação. A óptica pode esticar uma imagem em qualquer ângulo, mas se o painel tinha 2000 pixels em uma linha, ainda tem 2000. Esticar a tela de "100 polegadas" para "200 polegadas" não lhe dá mais detalhe ou mais nitidez. Isso lhe dá pixels duas vezes maiores e um valor de PPD duas vezes pior.

Uma analogia que qualquer um pode seguir: pegue uma fotografia de 2 megapixels de um celular antigo e estique-a na parede de uma casa. Ela ficará maior. Nunca ficará mais nítida ou melhor.

É por isso que o modo "ampliar a tela" nesses óculos apenas degrada a qualidade, nunca a melhora. Qualquer um que já os experimentou sabe que para ler texto confortavelmente a tela tem que ser reduzida. E então você aperta os olhos para letras microscópicas, que é exatamente onde seus olhos se cansam mais rápido.

Para onde vão 85-90% da luz

Nenhum esquema óptico de visão próxima entrega a saída total de luz do painel ao seu olho. A luz passa por um polarizador, que imediatamente custa 50% da intensidade, então reflete em um divisor de feixe, e depois em um espelho semitransparente. Cada estágio custa potência óptica. Medições de laboratórios de óptica fornecem os seguintes números:
Isso tem consequências práticas que nunca aparecem na publicidade.

Lentes escuras
Para tornar a imagem visível, os óculos birdbath bloqueiam aproximadamente 70-75% da luz do mundo real. Esse é o nível de óculos de sol escuros. Você não está aumentando a realidade, você está olhando para o mundo através de um filtro. Ao ar livre, sob luz do dia, a imagem se torna translúcida, desbotada e sem vida.

Preto não é preto
O Micro-OLED por si só tem excelente contraste, mas em um layout birdbath a luz do ambiente chega ao seu olho diretamente através do espelho semitransparente. O preto de um filme se torna cinza. E mais uma vez você está sendo habilmente enganado. O contraste anunciado de 100000:1 refere-se ao painel, não ao que você realmente verá.

Óculos espaciais: você vê o mundo através de uma câmera

A nova onda de dispositivos com óptica pancake merece uma discussão separada. Eles são vendidos com as palavras computação espacial, 6DoF e video see-through de alta fidelidade.

Tecnicamente, isso é honesto: o rastreamento 6DoF realmente existe, e as janelas realmente podem ser fixadas a um ponto na sala. Mas a frase video see-through significa literalmente isto: um painel opaco fica na frente dos seus olhos, e você vê o mundo ao seu redor como um feed de vídeo das câmeras no corpo do dispositivo. Estes não são óculos de RA. Este é um headset de RV em uma armação de óculos.

O que isso significa na prática.

O mundo em baixa resolução
Suas mãos, seu teclado, o rosto da pessoa com quem você está falando, tudo ao seu redor chega com o mesmo PPD ruim da tela virtual. Poucas pessoas gostam disso.

A faixa dinâmica da câmera está muito abaixo da do olho
Uma janela com luz do dia se transforma em uma mancha branca, e um canto escuro da sala se torna uma bagunça fervilhante de ruído.

Latência
Os fabricantes citam 10 ms ou um pouco menos, o que é um bom número, mas está longe de 1 ms. Quando você vira a cabeça, o mundo fica para trás e flutua. Nunca se alinhará perfeitamente.

Geometria
As câmeras não estão localizadas onde estão suas pupilas. Por causa disso, você errará as distâncias até os objetos. Servir chá, pegar ferramentas ou descer escadas usando esses óculos não é recomendável. Você pode se machucar.

Nítido apenas no centro

Lentes perfeitas não existem. As boas custam centenas de dólares. Uma lente barata pesando alguns gramas, embutida em uma armação de óculos, é por definição um sério compromisso. Como resultado, você recebe o conjunto completo de defeitos ópticos, nenhum dos quais é jamais listado nas especificações.

Aberration cromática
Ao redor de linhas e letras brancas perto das bordas, você vê múltiplos contornos falsos coloridos. A compensação por software para esse defeito é parcial e não muito eficaz. A lente divide a luz em seus componentes espectrais e você vê o resultado. Pense em um prisma dividindo a luz em um arco-íris. O mecanismo aqui é o mesmo.

Distorção e oscilação da pupila
Linhas retas perto das bordas da imagem se curvam, e o caráter da curvatura muda conforme seu olho se move. O cérebro percebe isso como uma leve oscilação do mundo.

Uma pequena área de visão nítida
A zona nítida na pupila tem apenas alguns milímetros de diâmetro. Se os óculos escorregarem meio centímetro pelo seu nariz, a imagem imediatamente fica borrada. É por isso que as pessoas constantemente empurram esses óculos de volta ao lugar. Você tem que ficar parado como uma estátua, o que é muito desconfortável.

Você não pode ler com os olhos, apenas com a cabeça
Em um monitor comum, seu olhar viaja ao longo da linha do texto. Aqui, assim que o olho gira, a pupila sai da zona nítida, e você é forçado a virar a cabeça em vez disso. Uma hora de leitura assim cansa mais o seu pescoço do que uma sessão na academia.

Distância interpupilar
As pessoas têm tamanhos de cabeça diferentes e, portanto, distâncias interpupilares (DIP) diferentes. Se a sua DIP não corresponder aos centros ópticos das lentes, seus olhos são forçados a convergir de forma não natural. A maioria dos modelos baratos de óculos de exibição não tem ajuste de DIP.

Você simplesmente tem que aceitar qualquer espaçamento que o fabricante lhe der. Isso pode levar à perda de foco e distorção significativa da imagem. Os centros ópticos das lentes devem estar precisamente alinhados com suas pupilas.

Óculos sobre óculos
Se você já usa lentes de grau, precisará de inserções ópticas personalizadas, o que significa dinheiro extra e semanas de espera, ou um ajuste de dioptria embutido. Astigmatismo, aliás, nem sempre pode ser corrigido com inserções.

Você Realmente Conseguirá Assistir e Trabalhar Durante Viagens?

Não se preocupe - você não vai... Pelo menos não confortavelmente. Trabalhar com texto é simplesmente fora de questão. Há outro grande problema que os vendedores raramente mencionam, e os compradores geralmente descobrem apenas quando já estão na estrada. E esse problema destrói um dos principais sonhos que levam as pessoas a comprar esses óculos em primeiro lugar: assistir filmes em um trem, ônibus, carro ou avião.

O principal problema é mecânico, não eletrônico
Lembre-se da pequena caixa ocular que discutimos acima. A zona de foco nítido ao redor da sua pupila tem apenas alguns milímetros de largura. No entanto, os óculos descansam no seu nariz e orelhas, tecido mole, e pesam 100 gramas, com um cabo puxando-os para baixo e para os lados. Cada solavanco, junta de trilho ou buraco faz todo o conjunto se mover em relação ao seu crânio. Sua pupila sai da zona de foco nítido.

A imagem não apenas treme. Ela perde nitidez e brilho: fica embaçada, escurece nas bordas e desenvolve franjas coloridas e distorções geométricas. Em um segundo, os óculos voltam à posição; dois segundos depois, eles se moveram novamente. Seus olhos estão constantemente tentando encontrar um foco que simplesmente não existe.

Isso é fundamentalmente diferente de usar um telefone. Quando você segura um telefone na mão enquanto se move, ele treme com você, mas permanece em foco, e seus olhos podem facilmente segui-lo porque a tela está relativamente longe. Com os óculos, até um movimento minúsculo de apenas alguns milímetros pode tirar a tela do foco. São situações completamente diferentes.

No final, assistir através desses óculos durante uma viagem pode parecer assistir a uma tela em uma mesa vibratória: até pequenas vibrações externas podem causar imagens fantasmas, imagens duplas e reajustes constantes de foco.

A única maneira real de resolver isso é fixar o dispositivo rigidamente à sua cabeça, essencialmente usando uma faixa de cabeça em vez de hastes. Mas então eles não são mais realmente óculos, são um headset. E todo o sentido de ter uma armação leve se perde. Não há correção de software para esse problema. A óptica não tem como saber exatamente onde sua pupila está e ajustar dinamicamente a imagem para corresponder a ela. Neste ponto, a única coisa que realmente ajudaria é uma focinheira de couro, como aquela que você coloca em um cachorro.

O segundo problema é a deriva da tela virtual
Os giroscópios e acelerômetros dentro dos óculos medem o movimento em relação ao solo do planeta, não em relação ao seu assento em um avião. Eles simplesmente não conseguem distinguir fisicamente entre você virar a cabeça e o próprio veículo virar. As câmeras de rastreamento de posição também não resolvem o problema. Elas rastreiam a cabine ao seu redor, mas a própria cabine está em movimento. A tela virtual, que deveria permanecer fixa no espaço, começa a se desviar lateralmente toda vez que o veículo vira, acelera ou freia. Isso vai começar a enlouquecer você em cerca de 15 minutos.

A gravidade do problema depende do modo de operação. Se a imagem estiver rigidamente presa à sua cabeça, não há desvio, mas também não há monitor virtual. O problema aparece nos modos Âncora, 3DoF e 6DoF, exatamente os modos para os quais as pessoas compram esses dispositivos em primeiro lugar.

Os fabricantes reconhecem o problema. A Apple introduziu um Modo de Viagem dedicado para o Vision Pro. Sem ele, se o rastreamento for perdido, a tela simplesmente fica escura com um aviso de "Falha no Rastreamento".

As recomendações oficiais da Apple cobrem especificamente aviões e trens. Viajar de carro é considerado imprevisível demais, enquanto metrôs e trens de subúrbio sofrem do mesmo problema por causa de suas paradas e partidas frequentes.

A VITURE anuncia seu modo de carro com a alegação de que a "tela permanece estacionária independentemente do movimento do veículo, prevenindo enjoo de movimento". Isso é essencialmente uma admissão direta de que, sem esse modo, a tela não permanece estacionária.

Você vai vomitar
Mesmo se você conseguir estabilizar a imagem, ainda há um conflito com o seu sistema vestibular. Seus olhos veem uma tela estacionária enquanto o seu ouvido interno sente aceleração, frenagem, curvas e vibração. Este é o mecanismo clássico por trás do enjoo de movimento, e com óculos, pode ser significativamente pior do que simplesmente ler um livro.

Com um livro, você ainda pode ver o mundo real ao seu redor. Com óculos, você não pode. O mundo virtual diante dos seus olhos pode estar se movendo de uma maneira completamente diferente do que o seu corpo está realmente experimentando. Depois de um tempo, você vai se sentir mal.

Fadiga ocular: o que está firmemente estabelecido

O que é comprovado e universalmente aceito

Conflito vergência-acomodação, VAC.
Este é o problema fisiológico central de todos esses dispositivos. Na natureza, quando você olha para um objeto próximo, seus globos oculares se voltam para dentro, o que é a vergência, e ao mesmo tempo o cristalino do olho se contrai para focar, o que é a acomodação. Os dois processos estão firmemente acoplados desde a infância. Nos óculos de exibição, a óptica fixa a distância focal em um único plano, geralmente de 2 a 6 metros, enquanto a convergência dos seus olhos depende da distância aparente do objeto virtual. O cérebro recebe sinais contraditórios. Esta é uma causa reconhecida de fadiga visual, dor de cabeça e náusea durante o uso prolongado.

Redução da frequência de piscar e olhos secos.
Quando você olha fixamente para uma fonte brilhante, sua frequência de piscar diminui e o filme lacrimal não é renovado. Uma sensação de areia e vermelhidão são comuns. É o mesmo mecanismo de trabalhar em um monitor, mas mais pronunciado.

Efeitos mensuráveis de curto prazo.
Estudos em crianças e adolescentes registram fadiga após sessões de RV, aumento da esoforia, redução da acuidade visual de perto e uma mudança miópica temporária. Esses efeitos passam pouco depois que o dispositivo é removido.

A conclusão sobre a saúde
Esses óculos quase certamente não arruinarão sua visão rapidamente, mas é muito provável que causem fadiga, dor e dor de cabeça após 30 a 60 minutos de uso. É exatamente por isso que a maioria dos compradores os usa algumas vezes e depois os deixa em uma prateleira para sempre.

Uma comparação direta com um monitor comum

As únicas coisas que um monitor não pode fazer: caber no seu bolso, funcionar em um avião e manter sua tela privada. Essas são as vantagens honestas dos óculos de exibição. Todo o resto em sua publicidade é sobre tamanho pequeno, não sobre qualidade.

O preço real: o que a etiqueta de preço não mostra

O peso leve desses óculos não é alcançado por brilhantismo de engenharia, mas por um truque simples: o processador e a bateria foram removidos do corpo. Um peso de 90 a 100 gramas significa uma armação sem nenhum processamento de sinal. O dispositivo ainda precisa de um processador potente para alimentar o vídeo, e você ainda terá que carregá-lo com você.

DisplayPort Alt Mode
A conexão funciona via USB-C neste modo específico. O suporte para ele está longe de ser universal entre celulares e laptops. Verifique seu dispositivo específico pelo número do modelo, não pela presença de um conector USB-C. Não há Wi-Fi aqui: os óculos não contêm nem processador nem bateria, e a transmissão sem fio exigiria ambos, além de adicionar compressão e latência.

Bateria externa
Os celulares não conseguem fornecer a energia que telas brilhantes e esse tipo de carga exigem. Os fabricantes vendem o pacote de bateria como um acessório pago separado, normalmente por cerca de $70, e isso significa mais 300 gramas no seu bolso e um segundo dispositivo que precisa ser carregado.

Cabos
Nada funciona sem cabos, o que deveria ser óbvio para qualquer um. Você vai constantemente prender o cabo em coisas ao seu redor, e os óculos serão puxados da sua cabeça e danificados. Você também não conseguirá assistir deitado, porque o conector pressiona contra o travesseiro e empurra os óculos para fora do seu nariz. Resta apenas uma opção: ficar parado como uma estátua.

O aplicativo do fornecedor
O conjunto completo de recursos geralmente só funciona através dele, e apenas em algumas plataformas. As versões para iOS e Android geralmente são prometidas para depois. No entanto, depois que o dinheiro é recebido, essas promessas são frequentemente esquecidas.

Os itens pequenos
Lentes de grau, uma alça de cabeça, um estojo, adaptadores, tudo isso aumenta a conta. Conte o total final, não o número no banner.

Perguntas a fazer antes de comprar

Coloque estas perguntas ao vendedor. Se não houver uma resposta sensata, isso também é uma resposta.

Qual é a resolução e o campo de visão horizontal?
Divida um pelo outro e terá o PPD. Abaixo de 45, o texto será difícil de ler. Não aceite a palavra "4K", pergunte pela contagem física de pixels por olho.

O see-through é ótico ou através de câmeras?
Uma única pergunta que separa os óculos AR de um headset VR em uma moldura.

Qual é o brilho no olho, não o brilho do painel?
Em ambientes internos, você precisa de cerca de 300 nits; em ambientes externos, cerca de 1200.

Existe ajuste de IPD?
E qual faixa de distância interpupilar é suportada. Você precisa que os centros óticos das lentes se alinhem precisamente com a distância entre suas pupilas.

E quanto a lentes de grau?
Os insertos estão incluídos, vendidos separadamente ou não estão disponíveis.

O meu laptop ou telefone específico é suportado?
E requer o pacote de bateria adicional.

Existem fotografias reais tiradas através da lente?
Não renders, não uma captura de tela do que você deveria ver, mas uma fotografia real tirada por uma câmera colocada onde o olho estaria. Se nem o fabricante nem os revisores tiverem tais imagens, isso é uma clara bandeira vermelha. Não compre.

Quais são os termos de devolução e o período de devolução?
O conforto nesses dispositivos é altamente individual, e já existem muitas reclamações. O direito de devolver o produto após uma hora de uso vale mais do que qualquer desconto.

Uma palavra separada sobre crowdfunding
Kickstarter não é uma loja. Ninguém garante um resultado. Em muitos casos, você recebe um dispositivo de baixa qualidade, meio acabado, sem possibilidade de reembolso.

Conclusão

Os óculos de exibição são engenharia cheia de concessões, e são vendidos com as desvantagens não mencionadas, sem quaisquer garantias. Contando em grande parte com o analfabetismo técnico dos compradores. Eles conseguem ver que a qualidade da imagem é ruim, mas não conseguem explicar exatamente o que está errado com ela.

A lei da óptica da qual tudo o mais decorre é a seguinte: ampliar uma imagem com uma lente não cria informação que não esteja no painel. Uma enorme tela virtual não é uma tela grande de alta qualidade como a de um cinema, e nem sequer é igual a um monitor comum.

Não os compre se você quiser:
Obter qualidade de imagem de TV - você não vai conseguir
Substituir seu monitor para trabalhar com texto e código - não vai funcionar
Usar os óculos confortavelmente por várias horas seguidas - você não vai conseguir
Assistir a mídia durante viagens ou em um veículo em movimento - você não vai conseguir
Obter uma imagem nítida em todo o quadro - você também não vai conseguir

Você pode comprá-los se precisar de
Assistir a filmes sentado em uma cadeira, ter uma tela privada em um espaço compartilhado, ou experimentar esta tecnologia entendendo suas limitações. Eles também podem fazer sentido se você tiver a opção de devolver o produto rapidamente.

Se o seu objetivo é imagem de alta qualidade, incluindo 3D
Um monitor comum supera qualquer óculos de exibição em todos os parâmetros mensuráveis, exceto portabilidade. Esta não é a opinião pessoal do autor. É ditada pelas leis da óptica e pela matemática do PPD. Quer discutir com a matemática? Vá em frente e tente...

Fontes
KGOnTech, análise de óptica birdbath e medições de perda de luz
Information Display SID, eficiência óptica de arquiteturas AR e MR
Revisão sistemática, realidade virtual e miopia
Road to VR, especificações dos óculos atuais com óptica pancake