Leichtere holographische Displays für Mixed Reality

Ein Schritt in Richtung leichtere, schlankere Mixed-Reality-Displays Gordon Wetzstein, Professor für Elektrotechnik an der Stanford University, hält in seiner Labor ein neues Projekt in der Hand: ein virtuelles Realitäts-Display, das kaum größer als normale Brille ist. „In der Zukunft werden die meisten VR-Displays holographisch sein“, sagt er. „Holographie bietet Fähigkeiten, die wir mit anderen Display-Techniken nicht erreichen können, und passt in eine viel kleinere Form als aktuelle Geräte.“ Holographie ist eine 3D-Display-Technik, die mit der Intensität und der Phase des Lichts arbeitet, um realistische dreidimensionale Bilder zu erzeugen. Wetzsteins neuestes holographisches Display, das in einer neuen Studie in Nature Photonics beschrieben wird, bringt die Forschung näher an eine neue Ära von leichtgewichtigen, immersiven und realistischen Mixed-Reality-Brillen. Diese Geräte projizieren lebensechte 3D-Bilder auf die reale Umgebung des Nutzers. Das Display ist nur 3 Millimeter dick, was es ideal für den alltäglichen Gebrauch macht. Die Forscher glauben, dass solche Technologien Bildung, Unterhaltung, virtuelle Reisen, Kommunikation und andere Bereiche revolutionieren könnten. Im Vergleich zu aktuellen stereoskopischen LED-Displays bietet Holographie eine realistischere 3D-Erfahrung, sagt Wetzstein. Zudem ist die Form der Brille weit entfernt von den schweren VR-Headsets, die heute üblich sind. Allerdings ist die Umsetzung nicht einfach. Die Forscher bezeichnen es als „Mixed Reality“, um die nahtlose Kombination von holographischen Bildern und der realen Welt zu betonen. Wetzstein prognostiziert, dass eines Tages digitale Bilder und reale Szenen nicht mehr voneinander zu unterscheiden sind. Das aktuelle Prototypenmodell sei jedoch ein „wichtiger Schritt“ in diese Richtung. Suyeon Choi, Postdoktorandin in Wetzsteins Labor und Erstautorin der Studie, nennt das Ziel der Forschung den „Visuellen Turing-Test“, eine Analogie zum berühmten Turing-Test in der KI. Ein visueller Turing-Test bedeutet, dass man nicht zwischen einem physischen Objekt und einem digitalen Bild unterscheiden kann, das auf das Display projiziert wird. Das neueste Headset-Design der Gruppe erreicht Fortschritte in der Bildrealismus und Benutzerfreundlichkeit durch eine benutzerdefinierte Wellenleiter-Technik, die das Bild direkt auf den Blickpunkt des Nutzers richtet. Ein neues KI-basiertes Kalibrierungssystem optimiert die Bildqualität und die 3D-Effekte. Das Ergebnis ist ein Display mit einem großen Sichtfeld und einem großen „Eyebox“ – der Bereich, in dem sich die Pupille bewegen kann, ohne das Bild zu verlieren. Diese Kombination aus großem Sichtfeld und Eyebox, in der Forschung als „Étendue“ bezeichnet, ist besonders wertvoll. Es ermöglicht ein scharfes 3D-Bild, das den gesamten Sehbereich des Nutzers abdeckt und so eine intensivere und realistischere Erfahrung schafft. Das Display ist extrem kompakt, betont Wetzstein. Es kann stundenlang getragen werden, ohne dass der Nutzer Schmerzen oder Ermüdung im Nacken oder den Augen spürt. „Wir wollen, dass es kompakt und leicht ist, damit es den ganzen Tag getragen werden kann“, sagt er. „Das ist das größte Problem.“ Die anderen Herausforderungen liegen in der Realismus und Immersion. KI hilft dabei, die Bildauflösung und die 3D-Eigenschaften zu verbessern. Die Immersion wird durch das große Sichtfeld und Eyebox erreicht. „Es fühlt sich an, als hätte man einen größeren und realistischeren Bildschirm in einem Heimkino“, sagt Wetzstein. „Das Auge kann sich frei bewegen, ohne das Bild zu verlieren oder die Qualität zu verlieren.“ Die aktuelle Forschung ist der zweite Teil einer wissenschaftlichen Trilogie. Im letzten Jahr stellte Wetzsteins Labor einen holographischen Wellenleiter vor, der die hohe Bildqualität in einem kompakten Format ermöglicht. Jetzt wurde in Teil zwei ein funktionierendes Prototypenmodell entwickelt, das die technischen Details lebendig werden lässt. Der dritte Teil, der schließlich zu einem kommerziellen Produkt führen könnte, sei noch Jahre entfernt, räumt Wetzstein ein. Doch die Technologie verspricht, die Art und Weise, wie die Welt virtuelle Realität oder Extended Reality betrachtet, zu verändern. „Die Welt hat noch nie ein Display wie dieses gesehen – mit großem Sichtfeld, großem Eyebox und so hoher Bildqualität in einer holographischen Technik“, sagt er. „Es ist das beste 3D-Display, das bisher geschaffen wurde, und ein großer Fortschritt – aber es gibt noch viele offene Herausforderungen.“ Bewertung und Hintergrund: Die Forschung von Wetzstein und seinem Team wird von Branchenexperten als wegweisend angesehen, da sie die Grenzen der Mixed-Reality-Technologie erweitert. Die Technologie könnte in Zukunft in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden, wie z. B. in der Medizin, im Gaming oder in der Bildung. Die Stanford University ist eine führende Institution im Bereich der Technologie und Forschung. Die Entwicklung von holographischen Displays könnte den Weg für künftige, kompakte und leistungsstarke VR- und AR-Geräte ebnen.