ホログラフィ専用プロセッサの開発による次世代VRシステム

使用专用全息处理器开发的下一代VR系统

基本信息

批准号：
20J10202
负责人：
山本洋太
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Chiba University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

ホログラフィは3次元情報を忠実に記録・再生できる手法であり、次世代の3次元映像提示手法として注目を集めている。電子化されたホログラフィを特に電子ホログラフィと呼ぶ。立体視が可能として、現在よく利用されている方式に両眼視差方式がある。システム開発が容易という大きな利点を有しているが、3次元情報を忠実に再現することはできず、長時間の利用により、吐き気や眠気といった3D酔いが発生する。また、子供が使用することで視覚障害が発生する可能性が指摘されるなど、3次元ディスプレイ技術応用への大きな障壁となっている。電子ホログラフィでは、計算機によって3次元情報が記録された2次元的な干渉縞であるComputer-Generated Holograms (CGHs) の計算を行う。CGHをLiquid Crystal Display (LCD) などの液晶ディスプレイに表示し，画面表示を高速に切り替えることで動画の3次元再生も可能である。究極の3次元映像提示手法とも呼ばれる電子ホログラフィであるが、CGHの計算に必要な計算コストを一因として実用へは至っていない。本研究では、読み書き可能なField Programmable Gate Array（FPGA）を使用し、電子ホログラフィ計算に特化した専用計算回路を開発することで、計算の超高速化を目指した。特に、CPUとFPGAをワンチップに搭載したSystem-on-a-chip（SoC）を利用することで、小型で高速なシステム開発を目指した。その結果、組み込み機器向けのGPUと比べ190倍、商用のPC（CPU）と比べ131倍の高速化を達成した。動画として重要なフレームレートは19 fpsである。一般的に10 fps以上あればチラつきのない動画として視聴可能とされており、電子ホログラフィを用いたヘッドマウントディスプレイ実装に必要十分な性能を達成した。

全息图是一种允许忠实记录和复制3D信息的方法，并吸引了作为下一代3D视频演示方法的关注。电子全息图被专门称为电子全息图。双眼视差是一种通常用作立体视觉的方法。尽管它具有易于开发系统的巨大优势，但不可能忠实地复制3D信息，并且长期使用可以导致3D中毒，例如恶心和嗜睡。此外，已经指出，该产品的使用可能导致视觉障碍，这是应用3D显示技术的主要障碍。在电子全息图中，计算计算机产生的全息图（CGHS），是二维干扰条纹，其中计算了计算机记录三维信息的二维信息。通过在液晶显示器（例如液晶显示器（LCD））上显示CGH，并以高速切换屏幕显示屏，您也可以播放3D视频。电子全息图也被称为最终的3D视频演示方法，但由于CGH计算所需的计算成本，这是不可行的。在这项研究中，我们旨在通过开发专门使用可读且可撰写的可编程可编程门阵列（FPGA）的专门用于电子全息计算的专门计算电路来实现超速计算速度。特别是，我们旨在通过使用系统芯片（SOC）开发小型和高速系统，该系统在一个芯片上安装了CPU和FPGA。结果，它的速度比嵌入式设备的GPU快190倍，而商业PC（CPU）的速度快131倍。视频的重要帧速率是19 fps。通常，如果它是10 fps或更多，则可以作为无闪烁的视频观看，以实现使用电子全息图安装头部安装显示器的足够性能。