2021年2月18日木曜日

極座標ディスプレイ

VRが活気づいているが、主にヘッドマウントディスプレイ用に
3次元極座標ディスプレイのアイデアを提起しておく。(または単に3次元ディスプレイ、3Dディスプレイ)
(polar coordinates display)

現在のVR用ディスプレイはPC用ディスプレイをそのまま使ってる。
PC用ディスプレイは直行座標(XY座標)方式である。
(rectangular coordinate system)

直行方式だと例えば4Kであれば3,840x2,160のピクセルを常に演算する
必要がある。

細かく見ると、映像なり3Dモデルなりを最終的な2次元画像に
する演算(グラフィックボード)と、それを忠実に再現する
ディスプレイの性能になってくるのだが、要は暗黙的に共有されているのは
直行座標の2次元画像ということである。

ここに潜んでいる問題点としては
・常に2次元エンコードというオーバーヘッドが働いている
・どんなに頑張っても長方形の「枠」内でしか考えられない
といったところだろう。

そこでこのデメリットを克服するものとして3次元極座標ディスプレイを
発表するのである。

概念的には視覚上の必要な個所に必要なものを描画する、ということ。
SF映画で宇宙船の操縦士が空間に描画された架空キーボードやウィンドウ
みたいなものを操作しているイメージ。

これはユーザを中心に極座標で描画すれば体の周り360度を描画領域として
拡張できる。
(これを実際にどうやって描画するかというディスプレイ/プロジェクター側の
問題はまた別の話)

まずはPCディスプレイの四角い枠を打ち破るアイデアとして。

ーーー
実際の問題点を上げておく。
・極座標の中心から離れるほど、(面で考えた場合)高い解像度が必要になる。→よってやはりプロット方式は面の概念から離れなくてはならない。
・極座標の中心から離れるほど、角度は高い精度が必要になる。→プロット装置の「描画限界距離」とかでスペック表に書かれる。
・実際の使用を想定すると直交座標の中心(人)の「動き」を前提で考慮しておく必要があるが、上記の特性のとおり中心から離れれば離れるほど動きノイズに敏感になる。

また、直交座標ディスプレイとのハイブリッドで、極座標側で四角い(考えを広げれば四角ではなくてもよいのだが)枠だけを定義してそこに二次元ディスプレイ(直交座標ディスプレイ)を当てはめるというアイデア。
(そのためにあらかじめ視界全体をディスプレイで囲っておこうとなると、当初の現在のVRディスプレイに戻る。プロット演算(座標変換)だけの話。)
(プロット演算「だけ」と言ったらしかられそうだが、そもそも話になるが
VRディスプレイは「現在使えるもの=直交座標ディスプレイを使って視界にマッチした
映像体験を実現する」という命題から始まっている。
座標変換でもちろんできるわけではあるが、そこに無駄とかオーバーヘッドとか
限界があるでしょうという問題提起である。
ブレークスルーの余地が多分にあるのでアイデアを発表しておきます、という話。
この辺は理想と現実の話であって、VRの歴史の話とかになってくるのでそちらに
譲るが、一番最初の有名なものとしては任天堂のVRであろう。将来を先取りしすぎて当時の技術=現実側が追いつかずに理想までは残念ながら届かなかった。
VRの歴史の話で今回の波が第何世代かは知らないが(第二世代?)、直交座標ディスプレイの解像度が上がったりグラフィック処理の性能が上がったりして、それをそのまま視界を取り囲むだけで、それなりの没入感は得られる段階になった。(このまま「視界を覆う」方式で突き進んでいけば良いだろうという方向もあるだろう。(人の視覚特性や認識特性とのマッチングの話))
そういう意味で言うとここで発表するのは第三世代の話である。)

ーーー
脱線するが「人の視覚特性や認識特性とのマッチングの話」について、
現在は人用だけだが、人以外用でもよいわけで、これは極端な例で
倫理的な問題をまずは克服しなければならないが、例えば家畜用に
限られた飼育スペースでも空間的ストレスを解消する救済装置として
応用可能である。
(家畜版マトリックス!)
(歩こうとした方向に合わせて地面も動く装置がセット。これはむしろ
現在の人用に早く実現してほしい。(歩いたり走ったりはある程度対応可能だが
難しいのはジャンプにどうやって対応するかが課題))
(これが実現すると家畜はそれぞれ所定の位置に配置されてVRゴーグルを
つけられている光景になる。現在の倫理では絶対に受け入れられないだろう。
(それとも以外とそうでもない?))
(倫理もなにもないかの国だったらすでに実物を使って研究してる
かもしれないが。)

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