Por meio da holografia e da IA, esses óculos podem exibir imagens em movimento 3D coloridas sobre uma visão direta do mundo real. Crédito: Andrew Brodhead
Os engenheiros de Stanford afirmam ter feito um avanço significativo na realidade aumentada, combinando desenvolvimentos em tecnologias de exibição, imagens holográficas e inteligência artificial.
Pesquisadores no campo inovador da computação espacial criaram um protótipo de fone de ouvido de realidade aumentada que projeta imagens dinâmicas em 3D coloridas nas lentes do que parecem ser óculos normais. Este novo modelo oferece uma experiência 3D visualmente envolvente em um design elegante e confortável que é fácil de usar o dia todo, ao contrário dos sistemas de realidade aumentada mais volumosos de hoje.
“Nosso fone de ouvido parece para o mundo exterior como um par de óculos comum, mas o que o usuário vê através das lentes é um mundo enriquecido sobreposto com imagens computacionais 3D coloridas e vibrantes”, disse Gordon Wetzstein, professor associado de engenharia elétrica. e um especialista no campo emergente da computação espacial. Wetzstein e uma equipe de engenheiros apresentam seu dispositivo em um novo artigo na revista Natureza.
Embora apenas um protótipo agora, tal tecnologia, dizem eles, poderia transformar campos que vão desde jogos e entretenimento até treinamento e educação – em qualquer lugar que as imagens computacionais possam melhorar ou informar a compreensão do usuário sobre o mundo ao seu redor.
“Poderíamos imaginar um cirurgião usando esses óculos para planejar uma cirurgia delicada ou complexa ou um mecânico de avião usando-os para aprender a trabalhar no mais recente motor a jato”, Manu Gopakumar, estudante de doutorado no laboratório Stanford Computational Imaging, liderado por Wetzstein, e co-autor do estudo. disse o primeiro autor do artigo.
Barreiras superadas
A nova abordagem é a primeira a percorrer um complexo labirinto de requisitos de engenharia que até agora produziram fones de ouvido desajeitados ou experiências visuais 3D pouco satisfatórias que podem deixar o usuário visualmente cansado ou até um pouco enjoado às vezes.
“Não existe nenhum outro sistema de realidade aumentada com formato compacto comparável ou que corresponda à nossa qualidade de imagem 3D”, disse Gun-Yeal Lee, pesquisador de pós-doutorado no laboratório de imagens computacionais de Stanford e coautor do artigo.
Para ter sucesso, os pesquisadores superaram barreiras técnicas através de uma combinação de imagens holográficas aprimoradas por IA e novas abordagens de dispositivos nanofotônicos. O primeiro obstáculo foi que as técnicas de exibição de imagens de realidade aumentada muitas vezes exigem o uso de sistemas ópticos complexos. Nestes sistemas, o usuário não vê realmente o mundo real através das lentes do fone de ouvido. Em vez disso, câmeras montadas na parte externa do fone de ouvido capturam o mundo em tempo real e combinam essas imagens com imagens computacionais. A imagem mesclada resultante é então projetada estereoscopicamente no olho do usuário.
“O usuário vê uma aproximação digitalizada do mundo real com imagens computacionais sobrepostas. É uma espécie de realidade virtual aumentada, não a verdadeira realidade aumentada”, explicou Lee.
Esses sistemas, explica Wetzstein, são necessariamente volumosos porque usam lentes de aumento entre o olho do usuário e as telas de projeção que exigem uma distância mínima entre o olho, as lentes e as telas, levando a um tamanho adicional.
“Além do volume, essas limitações também podem levar a um realismo perceptivo insatisfatório e, muitas vezes, a desconforto visual”, disse Suyeon Choi, estudante de doutorado no laboratório de imagens computacionais de Stanford e coautora do artigo.
Aplicativo matador
Para produzir imagens 3D visualmente mais satisfatórias, Wetzstein ultrapassou as abordagens estereoscópicas tradicionais em favor da holografia, uma técnica visual ganhadora do Nobel desenvolvida no final da década de 1940. Apesar da grande promessa em imagens 3D, a adoção mais generalizada da holografia tem sido limitada pela incapacidade de retratar sinais precisos de profundidade 3D, levando a uma experiência visual desanimadora, às vezes indutora de náusea.
A equipe de Wetzstein usou IA para melhorar os sinais de profundidade nas imagens holográficas. Então, usando avanços em nanofotônica e tecnologias de exibição de guias de ondas, os pesquisadores foram capazes de projetar hologramas computados nas lentes dos óculos sem depender de óptica adicional volumosa.
Um guia de ondas é construído gravando padrões em escala nanométrica na superfície da lente. Pequenos displays holográficos montados em cada templo projetam as imagens computadas através dos padrões gravados que refletem a luz dentro das lentes antes de serem entregues diretamente ao olho do observador. Olhando através das lentes dos óculos, o usuário vê o mundo real e as imagens coloridas em 3D exibidas na parte superior.
Qualidade semelhante à vida
O efeito 3D é aprimorado porque é criado tanto estereoscopicamente, no sentido de que cada olho consegue ver uma imagem ligeiramente diferente como veria na imagem 3D tradicional, quanto holograficamente.
“Com a holografia, você também obtém o volume 3D completo na frente de cada olho, aumentando a qualidade da imagem 3D realista”, disse Brian Chao, estudante de doutorado no laboratório de imagens computacionais de Stanford e também coautor do artigo.
O resultado final das novas técnicas de exibição de guia de ondas e da melhoria na imagem holográfica é uma experiência visual 3D realista que é visualmente satisfatória para o usuário, sem a fadiga que desafiou as abordagens anteriores.
“As exibições holográficas há muito são consideradas a técnica 3D definitiva, mas nunca alcançaram esse grande avanço comercial”, disse Wetzstein. “Talvez agora eles tenham o aplicativo matador que esperaram todos esses anos.”
Referência: “Exibições holográficas de realidade aumentada 3D coloridas com guias de onda de metassuperfície” por Manu Gopakumar, Gun-Yeal Lee, Suyeon Choi, Brian Chao, Yifan Peng, Jonghyun Kim e Gordon Wetzstein, 8 de maio de 2024, Natureza.
DOI: 10.1038/s41586-024-07386-0
Esta pesquisa foi financiada por uma bolsa de pós-graduação de Stanford em ciência e engenharia, pela Fundação Nacional de Pesquisa da Coreia (NRF) financiada pelo Ministério da Educação, uma bolsa de estudos Kwanjeong, uma bolsa de doutorado em meta pesquisa, o prêmio ARO PECASE, Samsung e Sony. Programa de Prêmios de Pesquisa. Parte deste trabalho foi realizada nas Stanford Nano Shared Facilities (SNSF) e Stanford Nanofabrication Facility (SNF), apoiadas pela National Science Foundation e pela National Nanotechnology Coordinated Infrastructure.
