Datenbrillen Was Sie beim Design eines augennahen Displays beachten sollten

Autor / Redakteur: Carlos Lopez und Dan Morgan * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Virtuelle Realität und die weiterentwickelte Augmented Reality verlangen von den Entwicklern einiges ab, wenn es um die Konzeption eines augennahen oder Near Eye Displays geht. Wir zeigen, worauf Sie achten sollten.

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Datenbrille: Ein augennahes Mikrodisplay erweitert die reale um eine virtuelle Realität. Wir geben Tipps, was bei der Konzeption zu beachten ist.
Datenbrille: Ein augennahes Mikrodisplay erweitert die reale um eine virtuelle Realität. Wir geben Tipps, was bei der Konzeption zu beachten ist.
( Texas Instruments)

Für Virtual-Reality- (VR-) und Augmented-Reality- (AR-)Anwendungen kommen derzeit verschiedene Lösungen in Betracht, um augennahe Displays, oder Near Eye Displays (NED) wie sie im Englischen heißen, zu entwickeln. Insgesamt wachsen die Möglichkeiten zur Realisierung einer visuellen Erfahrung, bei der die digitalen Inhalte organisch mit der realen Welt verschmelzen. Doch worauf muss ein Entwickler beim Design achten, wenn ein augennahes Display auf den Markt gebracht werden soll?

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Es gibt viele Situationen, in denen die technische Verfeinerung einer augennahen Lösung nicht nur einfach nettes Beiwerk, sondern entscheidend für die Brauchbarkeit ist. Hierzu muss man sich nur den Fall vorstellen, dass ein Chirurg oder Notfallmediziner solch eine Lösung als Hilfsmittel bei einer medizinischen Maßnahme nutzt.

In einer solchen Umgebung kommt es auf eine saubere, den Träger nicht behindernde Lösung an. Ein anderer, weniger kritischer Fall wäre ein Videospieler, der ein möglichst verzögerungsfreies Display benötigt, um eine reibungslose Echtzeitdarstellung zu bekommen.

In beiden Fällen hängt eine überzeugende visuelle Erfahrung davon ab, dass die Latenz des dargestellten Bildes minimal ist, dass ein maximaler optischer Kontrast geboten wird und dass das Sichtfeld, im englischen Field of View, der dargestellten Information möglichst groß ist.

Die Display-Latenz entscheidet über das Echtzeit-Seherlebnis

Viele Systemkomponenten wirken sich auf die vom Anwender wahrgenommene Display-Latenz aus. Im Rahmen dieses Beitrags gehen wir auf den Anteil der Displayeinheit ein. Dieser lässt sich in zwei Komponenten gliedern. Display- (Pixel-) Latenz = Pixeldaten-Aktualisierungszeit + Pixel-Umschaltzeit

Bei der Pixeldaten-Aktualisierungszeit handelt es sich um die Zeit, die ein Display benötigt, um einen neuen Datenwert in ein Displaypixel zu laden. Bei vielen Displayeinheit-Architekturen entspricht diese Zeitspanne einer oder mehreren Frame-Intervallen, die vom Eingang zur Engine gemessen wird.

Geht man von einem Frame aus, entspricht das ungefähr 16,67 ms bei einer 60-Hz-Quelle. Das ist ein üblicher Wert, denn viele moderne Displaytechniken enthalten einen Frame-Speicher, um die Bildverarbeitung zu erleichtern. Bei einigen Displayeinheiten kann die Pixeldaten-Aktualisierungszeit jedoch auch zwei oder mehrere Frame-Intervalle betragen.

Unter der Pixel-Umschaltzeit als zweite Komponente versteht man die Zeit, die ein Pixel benötigt, um von seinem aktuellen Zustand (ein oder aus) in den entgegengesetzten Zustand zu wechseln. Das Ende der Pixel-Umschaltzeit ist als derjenige Zeitpunkt definiert, zu dem das Pixel sich soweit stabilisiert hat, dass das menschliche Auge die neuen Daten klar wahrnehmen kann.

Die Summe aus der Pixeldaten-Aktualisierungszeit und der Pixel-Umschaltzeit ergibt die vom menschlichen Auge wahrgenommene Gesamt-Displayverzögerung. Eine Display-Latenzzeit von 16,67 ms wird häufig als sehr gut angesehen. Einige Displays können jedoch Latenzzeiten von 60 ms oder mehr aufweisen.

Die DLP-Pico-Chips von Texas Instruments bieten gute Pixelgeschwindigkeiten und sind in der Lage, jeden Mikrospiegel, also jedes Pixel mehrere tausend Mal pro Sekunde umzuschalten. Das reduziert die Display-Latenzzeit und unterstützt Display-Frameraten bis zu 120 Hz unter Wahrung einer hohen Bildqualität.

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