Um novo sistema de exibição de campo de luz 3D sem óculos com uma distância de visualização significativamente estendida representa um passo importante em direção a exibições 3D compactas e realistas que podem ser usadas para televisores, eletrônicos portáteis e dispositivos de mesa. Crédito: Wen Qiao, Universidade de Soochow
Os pesquisadores demonstraram um protótipo de sistema de exibição de campo de luz 3D sem óculos com uma distância de visualização significativamente estendida graças a uma lente plana recém-desenvolvida. O sistema é um passo importante em direção a telas 3D compactas e realistas que podem ser usadas para televisores, eletrônicos portáteis e dispositivos de mesa.
As telas de campo de luz usam um campo denso de raios de luz para produzir vídeos 3D em tempo real em cores que podem ser visualizados sem óculos. Essa abordagem para criar uma exibição 3D permite que várias pessoas visualizem a cena virtual ao mesmo tempo, como um objeto 3D real.
“A maioria das telas 3D de campo de luz tem um alcance de visão limitado, o que faz com que a imagem virtual 3D se degrade à medida que o observador se afasta do dispositivo”, disse o líder da equipe de pesquisa Wen Qiao, da Universidade de Soochow. “A lente plana nanoestruturada que projetamos tem apenas 100 mícrons de espessura e tem uma profundidade de foco muito grande, o que permite que uma cena 3D virtual de alta qualidade seja vista de mais longe.”
Na Optica, os pesquisadores relatam que seu protótipo de exibição exibe alta eficiência e alta fidelidade de cores em distâncias de visualização de 24 cm a 90 cm. Todas essas características se combinam para criar uma experiência de visualização mais realista.
“Desenvolvemos esta nova tecnologia na esperança de criar displays que possam permitir que as pessoas se sintam como se estivessem realmente juntas durante uma videoconferência”, disse Qiao. “Com o desenvolvimento contínuo da nanotecnologia, prevemos que as telas 3D sem óculos se tornarão uma parte normal da vida cotidiana e mudarão a maneira como as pessoas interagem com os computadores”.
Como criar várias visualizações
As exibições de campo de luz criam imagens realistas projetando diferentes visualizações que permitem que a cena 3D tenha a mesma aparência quando vista de diferentes ângulos. A distância focal das lentes usadas para criar essas vistas é o fator limitante quando se trata da distância de visualização.
Para superar isso, os pesquisadores projetaram cuidadosamente uma nova lente plana difrativa padronizando nanoestruturas em uma superfície plana de uma maneira que focaliza a luz. O entrelaçamento de várias dessas lentes permitiu que eles criassem um modulador de visão pixelizada, o componente óptico que cria as várias perspectivas de uma cena em uma exibição de campo de luz. Uma tela 3D que cria quatro visualizações, por exemplo, usaria quatro dessas lentes, cada uma das quais converge a luz em uma visualização única.
“Como as lentes planas fornecem capacidade superior de manipulação de luz em comparação com as lentes de vidro tradicionais, elas podem ser usadas para resolver problemas formidáveis, como paralaxe de movimento limitado, diafonia, fadiga visual e distâncias de visualização limitadas em telas 3D”, disse Qiao.
Testando o protótipo
Depois de mostrar que a lente atingiu alta resolução ao focar a luz vermelha, verde e azul usada pelos LCDs para criar imagens, os pesquisadores as incorporaram em um protótipo de tela de campo de luz 3D de 4 polegadas com distâncias de visualização entre 24 e 90 centímetros.
A tela formou uma paralaxe horizontal suave com uma diafonia abaixo de 26% em todas as distâncias de visualização, o que significa que havia poucos erros que causassem fadiga ocular ou fizessem a imagem parecer irreal. A tela também exibiu uma eficiência de luz que atingiu 82%, muito maior do que outros sistemas de exibição 3D semelhantes que foram relatados. A alta eficiência de luz é importante para criar uma imagem virtual brilhante, especialmente para aplicações em que o consumo de energia é importante, como eletrônicos portáteis.
Embora o protótipo exibisse um ângulo de visão de apenas 9 graus, os pesquisadores dizem que isso pode ser ampliado para quase 180 graus, otimizando o design das nanoestruturas usadas para fazer as lentes planas. Além de estudar isso, eles planejam melhorar ainda mais a eficiência da luz desenvolvendo um algoritmo de design mais sofisticado para manipular o feixe de luz em cada pixel. Eles apontam que formas mais fáceis de fabricar as nanoestruturas também seriam necessárias para que esse tipo de display fosse prático de fabricar.
Publicado em 12/03/2022 09h11
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