Meta研究根据真实环境照明颜色调整VR/MR显示器

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研究如何根据真实环境中的环境照明颜色来调整MR显示器

（映维网Nweon 2023年04月14日）MR是科技行业正在积极探索的一个前沿领域。但由于电子显示器是自发光，从显示器发射的光的光谱组成不随环境照明而变化。这在感知和产品功能仿麦呢都是一个复杂的主题，因为用户不希望自发光显示器的行为与现实世界中的反射对象完全一样。MR不同于在环境照明条件下查看的传统显示器。在MR中，用户在头显中看到与虚拟内容合并的捕获环境渲染。然而，用户不会像在手机和平板电脑等传统消费产品中体验到相同的真实环境照明和显示。

对于MR，我们期望类似的自适应显示器，其颜色随着环境照明而动态变化。另外，MR头显中的近眼显示器通常具有较低的亮度。

为了研究如何根据真实环境中的环境照明颜色来调整MR显示器，以及了解人类的视觉偏好，从而获得更好的浏览体验。Meta在名为《Adaptive Display White Point for Enhancing Viewing Experience of Mixed Reality Headsets》的研究中设置了相关的实验。

实验装置

团队构建了一个旨在模拟MR头显类似的观看条件的模拟器。在两个11通道光谱可调LED照明设备的照明下，通过Munsell N7光谱中性涂料绘制内部的观景亭用于模拟不同环境照明条件下的真实环境。一个下巴托安装在观景亭的外面，以开口为中心，前开口的顶部用黑色毛毡部分覆盖，以防止被试直接看到LED设备。

然后，选择人造物体和熟悉物体的复制品来覆盖不同的色调，并将其放置在观景亭内，如上图所示。

观景亭的内部使用平均反射率为4%的黑色漫射涂层覆盖。在前面板的中心切出一个15厘米×15厘米的开口，下巴托安装在观景亭外，与开口对齐。在实验过程中，被试通过开口观看显示器，视场约为86度（水平）×53度（垂直）。这样的设置是可接受的，而且几乎是所期望的，因为颜色感知可以在一定程度上与3D深度感知分离，因此不需要复杂的三自由度或六自由度头显。

另外，它允许团队实现非常精确的颜色校准、捕获和再现，这对于进行用户研究至关重要。

在研究中，被试将通过这个观景亭浏览不同设置条件下的场景。如上图所示，左边为真实场景，右边为显示器再现的场景。

结果

上面的图6图显示了由九名被试对每种环境照明条件评估的44个白点的图像的平均评级。在9名观察者中，所有360项评估的评分平均标准差为0.29。

如上面图7所示，最佳白点（即平均额定值较低的白点）通常会随着环境照明条件的CCT而变化。可以观察到，3200K的两个光照水平对观察者的评估没有造成太大差异。如果渲染的白点设置为传统的显示白点（即D65），当在低于4000 K的照明条件下观看真实环境时，渲染和真实环境之间的整体色调差异被评为非常大并且不可接受。

特别是，从2700 K增加到3000 K的300 K带来了显著的差异。结果清楚地表明，有必要根据真实环境中的照明条件来改变MR头显的白点，并且当环境照明CCT低于4000K（温暖的照明）时需要特别注意。

根据用户偏好结果，可以直接根据环境照明CCT调整显示白点。更准确地说，通过色度自适应变换（例如CAT02）同时调整整个图像的颜色（不仅仅是白色）。

上面的图8说明了在不同环境照明颜色下，相同物理场景下的这种效果。请注意，团队使用的是图7中绿色区域中突出显示的较高CCT边界。例如，当真实环境的CCT为2700 K时，显示白点设置为4000 K，而不是3100 K（图7中红线后面的值）。这涉及几个原因。一个是对象颜色一致性。捕获的对象颜色需要与真实对象的颜色相匹配。另一个原因是在功率、感知亮度和用户统计数据方面取得平衡的产品选择。

相关论文：Adaptive Display White Point for Enhancing Viewing Experience of Mixed Reality Headsets

总的来说，Meta构建了一个提供与MR头显类似的观看条件的MR模拟器。在CCT和色度（即Duv水平）方面，模拟真实环境的观景亭在大范围的环境照明颜色下照明。这种设置为实验提供了必要的颜色精度，而这在真正的头显中不容易实现。

被试在照明下观察真实环境，然后评估环境的渲染。结果表明，显示器白点和颜色变换应该适应环境光的颜色，而不是固定在D65，特别是当环境光具有较低的CCT水平（即低于4000K）时。实验表明，更简单的基于CCT的彩色自适应显示器代表了一种很好的产品解决方案，可以实现令人愉快的MR颜色体验。