Displayglasögon: vad du faktiskt får

Vi har arbetat med stereoskopisk 3D i många år, och nästan varje dag får vi samma fråga: Är dessa kompakta glasögon med en enorm virtuell skärm värda att köpa, och vilken modell bör du välja?

En vanlig människa förstår inte de underliggande principerna inom optik och kan inte korrekt utvärdera bildkvaliteten hos sådana enheter. Detta utnyttjas av alla möjliga bedragare för att sälja produkter av låg kvalitet. Vi kommer att förklara hur vem som helst enkelt kan utvärdera bildkvaliteten hos dessa glasögon. Istället för att svara på samma fråga om och om igen, bestämde vi oss för att skriva denna recension.

Nedan kommer vi att ta en lugn och objektiv titt på tekniken utan hype eller känslor. Endast optik, fysik, biologi och matematik, baserat på vad vetenskapen faktiskt vet. Du kan själv verifiera alla slutsatser med en miniräknare. Personer som redan har köpt sådana enheter säger att de känner sig lurade. Läs om vad du faktiskt får innan du köper, inte efteråt, när dina pengar redan är borta.

Tillverkare och marknadsföringsbloggare kommer att berätta en väldigt söt honungssaga för dig. Deras mål är att sälja enheten till dig till högsta möjliga pris, eller att få betalt för en recension eller en video. Vad som händer efteråt är inte deras bekymmer, det blir ditt problem.

Formellt sett är alla siffror i deras reklam sanna. Men det de annonserar är tekniska specifikationer, inte vad användaren faktiskt kommer att se i verkligheten. Men vad du verkligen vill ha är en bild av hög kvalitet, inte en massa siffror i en annons, eller hur? Skärmen kan verka enorm. Men 'stor' och 'skarp' är två helt olika saker, och den andra egenskapen utelämnas bekvämt i reklamen. Annars skulle de förmodligen inte sälja särskilt bra...

Hur det är uppbyggt

Inuti alla sådana glasögon finns en liten mikro-OLED-panel, vanligtvis mellan 0,5 och 1,0 tum, och en lins som projicerar och förstorar en virtuell bild. Ditt öga ser inte själva panelen, det ser en förstorad optisk projektion av den.

Det finns två fundamentalt olika klasser av glasögon på marknaden, och de blandas ständigt ihop.

Birdbath, optiska AR-glasögon.
Layouten är en lins, en plan polariserande stråldelare och en krökt halvtransparent spegel. Du ser den verkliga världen genom glaset. Så här är XREAL, VITURE, Rokid Max och deras kloner uppbyggda.

Pancake, i huvudsak ett VR-headset i en glasögonbåge.
Den optiska vägen viks genom polarisation mellan två filmer. En sådan modul kan inte vara transparent, eftersom en ogenomskinlig panel sitter bakom optiken. Du ser den verkliga världen genom kameror, på en skärm. Så här fungerar Meta Quest i passthrough-läge, och även de senaste URXR One.

Denna skillnad är viktig. Om en produktbeskrivning använder orden "spatial", "AR" och "se-igenom", ta reda på om det innebär att titta genom glas eller att titta på en kamerabild. Det är två helt olika enheter.

Nyckelparametern de inte kommer att visa dig

Vad PPD är
Glöm tum, glöm panelupplösning, glöm ordet "4K". Glasögon har exakt ett mått på skärpa, och det kallas PPD, pixlar per grad, antalet pixlar som ryms inom en grad av ditt synfält.

Varför just detta? För att skärpa varken bestäms av enbart pixelantalet eller enbart bildstorleken, utan av förhållandet mellan dem. Samma 1920x1080-bild kan visas på en skärm i din handflata eller på en husvägg. Mängden detaljer förändras inte, bara storleken på varje pixel i ditt synfält.

Formeln är enkel:
PPD = horisontella pixlar / horisontellt synfält i grader
En person med normalt seende urskiljer detaljer på ungefär en bågminut. Det motsvarar cirka 60 PPD. Under denna tröskel börjar du se att bilden består av separata punkter, av pixlar.

Låt oss nu beräkna verkliga enheter.
Det är hela hemligheten. Även de nyaste och dyraste displayglasögonen levererar två till tre gånger mindre PPD än en vanlig 150 dollar-skärm. Varje modell av mini-displayglasögon har ett PPD-värde som är minst två gånger under tröskeln där det mänskliga ögat börjar uppfatta enskilda pixelstrukturer. Som ett resultat kan bildkvaliteten du ser genom glasögonen vara flera gånger sämre än vad du skulle få från en vanlig smartphone för 50 dollar.

Leker med siffrorna.
Tillverkaren av glasögonen i den sista raden i tabellen anger cirka 36 PPD. Det är inte en lögn, det är den vertikala siffran, 2064 dividerat med 56 grader. Men det är inte vad du behöver. Du behöver något helt annat, den HORISONTELLA siffran, axeln längs vilken du läser text eller arbetar med fin grafik. Och där blir det cirka 31 PPD, en siffra de helst inte trycker. Kontrollera alltid vilken axel en angiven siffra avser, och gör räkneexemplet själv. Båda siffrorna, upplösning och synfält, måste finnas i specifikationen. Om de saknas, försöker någon vilseleda dig.

Låt oss jämföra bildkvaliteten hos huvudmodellerna


Samma panel, vidare vinkel, större pixlar. Reklam säljer ett brett FOV som en fördel, men kvalitetsmässigt är det en ren nackdel! Nästan alla sju modeller använder en panel med 1920 pixlar horisontellt. Exakt samma. Skillnaden mellan en modell för 400 $ och en för 900 $ är bara storleken på synfältet � det vill säga hur långt dessa samma pixlar sträcks ut. XREAL 1S lovar 500 tum och levererar 43 PPD, XREAL One lovar 70 tum och levererar samma 43. Siffran i annonsen skiljer sig med en faktor sju, kvaliteten är lika dålig.

Varför "en 130, 200 eller 300... tum större skärm" är ett bedrägeri

Detta är den vanligaste manipulationen i branschen, och den fungerar eftersom tum låter bekant medan grader inte gör det.

En virtuell skärm har ingen storlek i tum.


Den har endast en vinkelstorlek. Frasen "en 200-tumsskärm" är meningslös utan den andra halvan av meningen, betraktningsavståndet. 200 tum på 10 meter och 200 tum på 3 meter är helt olika bilder kvalitetsmässigt. Tillverkare väljer vanligtvis det avstånd som får tum-siffran att låta mest imponerande.

Den styrande regeln: att förstora en bild med en lins tillför inte en enda bit information. Optik kan sträcka ut en bild över vilken vinkel som helst, men om panelen hade 2000 pixlar i en rad, har den fortfarande 2000. Att sträcka skärmen från "100 tum" till "200 tum" ger dig inte mer detalj eller skärpa. Det ger dig pixlar som är dubbelt så stora och en PPD-siffra som är dubbelt så dålig.

En analogi som alla kan följa: ta ett 2-megapixelfoto från en gammal telefon och sträck ut det över väggen på ett hus. Det blir större. Det blir aldrig skarpare eller bättre.

Det är därför "förstora skärmen"-läget i sådana glasögon bara försämrar kvaliteten, aldrig förbättrar den. Alla som har provat dem vet att för att läsa text bekvämt måste skärmen göras mindre. Och sedan kisar du mot mikroskopiska bokstäver, vilket är precis där dina ögon ger upp snabbast.

Var 85-90% av ljuset tar vägen

Ingen närögonoptisk lösning levererar panelens fulla ljuseffekt till ditt öga. Ljuset passerar genom en polarisator, som direkt kostar 50% av intensiteten, reflekteras sedan mot en stråldelare, och sedan mot en halvtransparent spegel. Varje steg kostar optisk effekt. Mätningar från optiklaboratorier ger följande siffror:
Detta har praktiska konsekvenser som aldrig framgår i reklamen.

Mörka linser
För att göra bilden synlig överhuvudtaget blockerar birdbath-glasögon ungefär 70-75% av ljuset från den verkliga världen. Det är nivån av mörka solglasögon. Du förstärker inte verkligheten, du tittar på världen genom ett filter. Utomhus i dagsljus blir bilden genomskinlig, urtvättad och livlös.

Svart är inte svart
Micro-OLED har i sig utmärkt kontrast, men i en birdbath-layout når rummets ljus ditt öga rakt igenom den halvtransparenta spegeln. Det svarta i en film blir grått. Och återigen blir du listigt vilseledd. Den annonserade kontrasten på 100000:1 avser panelen, inte vad du faktiskt kommer att se.

Spatial-glasögon: du ser världen genom en kamera

Den nya vågen av enheter med pancake-optik förtjänar en separat diskussion. De säljs med orden spatial computing, 6DoF och högfient video see-through.

Tekniskt sett är detta ärligt: 6DoF-spårningen finns verkligen, och fönster kan verkligen fästas vid en punkt i rummet. Men frasen video see-through betyder bokstavligen detta: en ogenomskinlig panel sitter framför dina ögon, och du ser världen omkring dig som en videoström från kameror på höljet. Dessa är inte AR-glasögon. Detta är ett VR-headset i en glasögonbåge.

Vad det innebär i praktiken.

Världen i låg upplösning
Dina händer, ditt tangentbord, ansiktet på personen du pratar med, allt omkring dig kommer med samma dåliga PPD som den virtuella skärmen. Få människor uppskattar det.

Kamerans dynamiska omfång är långt under ögats
Ett fönster i dagsljus blir en vit klump, och ett mörkt hörn av rummet blir ett kokande brus.

Latens
Tillverkare anger 10 ms eller något mindre, vilket är en bra siffra, men det är långt ifrån 1 ms. När du vänder på huvudet släpar världen efter och flyter. Den kommer aldrig att passa perfekt.

Geometri
Kamerorna sitter inte där dina pupiller är. På grund av detta kommer du att missbedöma avstånd till föremål. Att hälla te, plocka upp verktyg eller gå nerför trappor med sådana glasögon är inte att rekommendera. Du kan skada dig.

Skarp endast i mitten

Perfekta linser existerar inte. Bra sådana kostar hundratals dollar. En billig lins som väger några gram, inbyggd i en glasögonbåge, är per definition en allvarlig kompromiss. Som ett resultat får du hela uppsättningen optiska defekter, varav ingen någonsin anges i specifikationerna.

Kromatisk aberration
Runt linjer och vita bokstäver nära kanterna ser du flera färgade falska konturer. Programvarukompensation för denna defekt är partiell och inte särskilt effektiv. Linsen splittrar ljuset i dess spektrala komponenter och du ser resultatet. Tänk på ett prisma som delar ljus i en regnbåge. Mekanismen här är densamma.

Distorsion och pupillvandring
Raka linjer nära bildens kanter böjs, och böjningens karaktär ändras när ditt öga rör sig. Hjärnan uppfattar detta som en lätt vandring av världen.

Liten ögonzon
Den skarpa zonen vid pupillen är bara några millimeter bred. Om glasögonen glider en halv centimeter ner på näsan, blir bilden omedelbart suddig. Det är därför människor ständigt trycker tillbaka sådana glasögon på plats. Du måste sitta stilla som en staty, vilket är mycket obekvämt.

Du kan inte läsa med ögonen, bara med huvudet
På en vanlig skärm färdas din blick längs textraden. Här, så snart ögat roterar, lämnar pupillen den skarpa zonen, och du tvingas vrida på huvudet istället. En timmes läsande på detta sätt tröttar ut nacken mer än ett träningspass på gymmet.

Pupillavstånd
Människor har olika huvudstorlekar, och därför olika pupillavstånd (IPD). Om ditt IPD inte matchar linsernas optiska centrum, tvingas dina ögon att konvergera onaturligt. De flesta billiga modeller av displayglasögon har ingen IPD- justering alls.

Du måste helt enkelt acceptera det avstånd som tillverkaren ger dig. Detta kan leda till förlust av fokus och betydande bildförvrängning. Linsernas optiska centrum måste vara exakt inriktade mot dina pupiller.

Glasögon över glasögon
Om du redan bär receptglasögon behöver du anpassade optiska insatser, vilket innebär extra pengar och veckors väntan, eller en inbyggd dioptrijustering. Astigmatism kan för övrigt inte alltid korrigeras med insatser.

Kommer du verkligen kunna titta och arbeta medan du reser?

Oroa dig inte - det kommer du inte... Åtminstone inte bekvämt. Textarbete är helt enkelt uteslutet. Det finns ett annat stort problem som säljare sällan nämner, och som köpare vanligtvis upptäcker först när de redan är på väg. Och detta problem förstör en av de viktigaste drömmarna som människor köper dessa glasögon för från första början: att titta på filmer på tåg, buss, i bil eller på flygplan.

Huvudproblemet är mekaniskt, inte elektroniskt
Kom ihåg den lilla eyeboxen vi diskuterade ovan. Den skarpa fokuszonen runt din pupill är bara några millimeter bred. Ändå vilar glasögonen på din näsa och öron, mjuk vävnad, och väger 100 gram, med en kabel som drar dem nedåt och i sidled. Varje gupp, rälsskarv eller potthål får hela konstruktionen att röra sig i förhållande till din skalle. Din pupill lämnar den skarpa fokuszonen.

Bilden skakar inte bara. Den förlorar skärpa och ljusstyrka: den blir suddig, mörknar mot kanterna och utvecklar färgade fransar och geometriska förvrängningar. En sekund är glasögonen tillbaka i position; två sekunder senare har de rört sig igen. Dina ögon försöker ständigt hitta ett fokus som helt enkelt inte finns där.

Detta är fundamentalt annorlunda från att använda en telefon. När du håller en telefon i handen medan du rör dig, skakar den med dig men förblir i fokus, och dina ögon kan lätt följa den eftersom skärmen är relativt långt borta. Med glasögon kan även en liten rörelse på bara några millimeter kasta displayen ur fokus. Det är helt olika situationer.

I slutändan kan det kännas som att titta genom sådana glasögon under resor som att titta på en skärm på ett vibrationsbord: även små yttre vibrationer kan orsaka spökbilder, dubbelbilder och konstant omfokusering.

Det enda verkliga sättet att lösa detta är att fästa enheten stelt på huvudet, i princip med ett huvudband istället för skalmar. Men då är de inte längre riktiga glasögon, de är ett headset. Och hela poängen med en lätt ram går förlorad. Det finns ingen mjukvarulösning för detta problem. Optiken har inget sätt att veta exakt var din pupill är och dynamiskt justera bilden för att matcha den. Vid det här laget är det enda som verkligen skulle hjälpa en läderkorg, som den man sätter på en hund.

Det andra problemet är att den virtuella skärmen driver
Gyroskopet och accelerometern inuti glasögonen mäter rörelse relativt marken på planeten, inte relativt din plats i ett flygplan. De kan helt enkelt inte fysiskt skilja mellan att du vänder huvudet och att fordonet självt svänger. Positionsspårningskameror löser inte problemet heller. De spårar kabinen runt omkring dig, men kabinen själv rör sig. Den virtuella skärmen, som är tänkt att förbli fixerad i rymden, börjar driva i sidled varje gång fordonet svänger, accelererar eller bromsar. Detta kommer att göra dig galen inom cirka 15 minuter.

Allvaret i problemet beror på driftläget. Om bilden är stelt fäst vid ditt huvud finns det ingen drift, men det finns ingen virtuell monitor heller. Problemet uppstår i Anchor-, 3DoF- och 6DoF-lägena, precis de lägen som människor köper dessa enheter för i första hand.

Tillverkarna själva erkänner problemet. Apple introducerade ett dedikerat resläge för Vision Pro. Utan det, om spårningen förloras, blir displayen helt enkelt mörk med en varning om "Spårning misslyckades".

Apples officiella rekommendationer täcker specifikt flygplan och tåg. Bilresor anses vara för oförutsägbara, medan tunnelbanor och pendeltåg lider av samma problem på grund av deras frekventa stopp och starter.

VITURE marknadsför sitt billäge med påståendet att "skärmen förblir stationär oavsett fordonsrörelse, vilket förhindrar åksjuka." Det är i huvudsak ett direkt erkännande av att utan ett sådant läge, förblir skärmen inte stationär.

Du kommer att kräkas
Även om du lyckas stabilisera bilden finns det fortfarande en konflikt med ditt vestibulära system. Dina ögon ser en stationär skärm medan din inneröra känner acceleration, bromsning, svängar och vibrationer. Detta är den klassiska mekanismen bakom åksjuka, och med glasögon kan det vara betydligt värre än att helt enkelt läsa en bok.

Med en bok kan du fortfarande se den verkliga världen omkring dig. Med glasögon kan du inte det. Den virtuella världen framför dina ögon kan röra sig på ett helt annat sätt än vad din kropp faktiskt upplever. Efter ett tag kommer du att må illa.

Ansträngning för ögonen: vad som är fastställt

Vad som är bevisat och allmänt accepterat

Vergens-ackommodationskonflikt, VAC.
Detta är det centrala fysiologiska problemet med alla sådana enheter. I naturen, när du tittar på ett närliggande föremål, vrids dina ögonglober inåt, vilket är vergens, och samtidigt spänns ögats lins för att fokusera, vilket är ackommodation. De två processerna är fast kopplade från barndomen. I displayglasögon fixerar optiken fokalavståndet i ett enda plan, vanligtvis 2 till 6 meter, medan konvergensen av dina ögon beror på det skenbara avståndet till det virtuella föremålet. Hjärnan tar emot motsägelsefulla signaler. Detta är en erkänd orsak till visuell trötthet, huvudvärk och illamående vid långvarig användning.

Minskad blinkfrekvens och torra ögon.
När du stirrar intensivt på en ljus källa sjunker din blinkfrekvens och tårfilmen förnyas inte. En sandig känsla och rodnad är vanliga. Det är samma mekanism som att arbeta vid en bildskärm, men mer uttalad.

Mätbara kortsiktiga effekter.
Studier på barn och ungdomar registrerar trötthet efter VR-pass, ökad esofori, minskad synskärpa på nära håll och en tillfällig närsynt förskjutning. Dessa effekter går över strax efter att enheten tas bort.

Slutsatsen om hälsa
Sådana glasögon kommer nästan säkert inte att förstöra din syn snabbt, men de kommer mycket troligt att orsaka trötthet, ömhet och huvudvärk efter 30 till 60 minuters användning. Det är just därför de flesta köpare använder dem ett fåtal gånger och sedan lämnar dem på en hylla för gott.

En direkt jämförelse med en vanlig bildskärm

De enda saker en bildskärm inte kan göra: få plats i fickan, fungera på ett flygplan och hålla din skärm privat. Det är de ärliga fördelarna med displayglasögon. Allt annat i deras reklam handlar om liten storlek, inte om kvalitet.

Det verkliga priset: vad prislappen inte visar

Den låga vikten på sådana glasögon uppnås inte genom teknisk briljans utan genom ett enkelt knep: processorn och batteriet har tagits bort från höljet. En vikt på 90 till 100 gram innebär en båge utan någon form av signalbehandling. Enheten behöver fortfarande en kraftfull processor för att driva videon, och du måste fortfarande bära den på dig.

DisplayPort Alt Mode
Anslutningen sker över USB-C i detta specifika läge. Stödet för det är långt ifrån universellt bland telefoner och bärbara datorer. Kontrollera din specifika enhet med modellnummer, inte genom närvaron av en USB-C-kontakt. Det finns inget Wi-Fi här: glasögonen innehåller varken en processor eller ett batteri, och trådlös överföring skulle kräva båda, samt tillföra komprimering och latens.

Externt batteri
Telefoner kan inte leverera den ström som ljusa skärmar och denna typ av belastning kräver. Tillverkarna säljer batteripaketet som ett separat betalt tillbehör, vanligtvis runt 70 dollar, och det innebär ytterligare 300 gram i fickan och en andra enhet som behöver laddas.

Kablar
Ingenting fungerar utan kablar, vilket borde vara självklart för alla. Du kommer ständigt att fastna med kabeln i saker runt omkring dig, och glasögonen kommer att dras av huvudet och skadas. Du kommer inte heller att kunna titta liggandes, eftersom kontakten trycker mot kudden och skjuter glasögonen av näsan. Det finns bara ett alternativ kvar: att sitta stilla som en staty.

Tillverkarens applikation
Hela funktionsutbudet fungerar ofta bara genom den, och bara på vissa plattformar. iOS- och Android-versioner utlovas vanligtvis till senare. När pengarna väl har samlats in, glöms dock dessa löften ofta bort.

De små tillbehören
Receptinsatser, ett huvudband, ett fodral, adaptrar – allt detta läggs till på notan. Räkna den slutliga summan, inte siffran på banderollen.

Frågor att ställa innan köp

Ställ dessa frågor till säljaren. Om det inte finns något vettigt svar, så är det också ett svar.

Vad är upplösningen och det horisontella synfältet?
Dela det ena med det andra så får du PPD. Under 45 blir text svår att läsa. Acceptera inte ordet "4K", fråga efter det fysiska pixelantalet per öga.

Är genomskinligheten optisk eller genom kameror?
En enda fråga som skiljer AR-glasögon från ett VR-headset i en båge.

Vad är ljusstyrkan vid ögat, inte ljusstyrkan på panelen?
Inomhus behöver du runt 300 nits, utomhus runt 1200.

Finns det IPD-justering?
Och vilket intervall av pupillavstånd som stöds. Du behöver linsernas optiska centrum för att rikta in sig exakt mot avståndet mellan dina pupiller.

Vad med receptbelagda glasögon?
Ingår insatser, säljs de separat, eller finns de inte alls.

Stöds just min bärbara dator eller telefon?
Och kräver den det extra batteripaketet.

Finns det riktiga fotografier tagna genom linsen?
Inte renderingar, inte en skärmdump av vad du förväntas se, utan ett faktiskt fotografi taget med en kamera placerad där ögat skulle vara. Om varken tillverkaren eller granskarna har sådana bilder, är det en tydlig varningsflagga. Köp inte.

Vilka är returvillkoren och returperioden?
Komfort i dessa enheter är mycket individuell, och det finns redan gott om klagomål. Rätten att returnera produkten efter en timmes användning är värd mer än någon rabatt.

Ett separat ord om crowdfunding
Kickstarter är inte en butik. Ingen garanterar dig ett resultat. I många fall får du en lågkvalitativ, halvfärdig enhet utan möjlighet att få tillbaka dina pengar.

Slutsats

Displayglasögon är ingenjörskonst full av kompromisser, och de säljs med nackdelarna lämnade onämnda, utan några garantier. De förlitar sig till stor del på köparnas tekniska okunnighet. De kan se att bildkvaliteten är dålig, men de kan inte förklara exakt vad som är fel med den.

Optikens lag som allt annat följer lyder så här: att förstora en bild med en lins skapar inte information som inte finns i panelen. En enorm virtuell skärm är inte en stor högkvalitativ skärm som en biograf, och inte ens jämförbar med en vanlig display.

Köp dem inte om du vill:
Få TV-liknande bildkvalitet - du får det inte
Ersätta din monitor för arbete med text och kod - det fungerar inte
Använda glasögonen bekvämt i flera timmar åt gången - du kommer inte
Titta på media när du reser eller i ett fordon i rörelse - du kommer inte att kunna
Få en skarp bild över hela bildrutan - det får du inte heller

Du kan köpa dem om du behöver
Titta på filmer medan du sitter i en fåtölj, ha en privat skärm i ett delat utrymme, eller experimentera med denna teknik med förståelse för dess begränsningar. De kan också vara vettiga om du har möjlighet att returnera produkten snabbt.

Om ditt mål är högkvalitativ bild, inklusive 3D
En vanlig display slår alla displayglasögon på varje mätbar parameter, förutom portabilitet. Detta är inte författarens personliga åsikt. Det dikteras av optikens lagar och matematiken för PPD. Vill du argumentera med matematiken? Varsågod och försök...

Källor
KGOnTech, birdbath-optik nedmontering och ljusförlustmätningar
Information Display SID, optisk effektivitet hos AR- och MR-arkitekturer
Systematisk granskning, virtuell verklighet och närsynthet
Road to VR, specifikationer för nuvarande glasögon med pancake-optik