El conflicto de acomodación-vergencia ( VAC ), también conocido como conflicto de acomodación-vergencia , es un fenómeno visual que ocurre cuando el cerebro recibe señales que no coinciden entre la vergencia y la acomodación del ojo . Esto ocurre comúnmente en dispositivos de realidad virtual , dispositivos de realidad aumentada , películas en 3D y otros tipos de pantallas estereoscópicas y pantallas autoestereoscópicas . El efecto puede ser desagradable y causar fatiga visual.
Se pueden distinguir dos respuestas oculares principales: la vergencia de los ojos y la acomodación. Ambos mecanismos son cruciales en la visión estereoscópica. La vergencia o rotación independiente hacia adentro/afuera de los ojos se activa para fijar la mirada en los objetos y percibirlos como únicos. Una respuesta de vergencia incorrecta puede causar visión doble. La acomodación es el mecanismo de enfoque del ojo y se activa para producir una imagen nítida en la retina. Ambos mecanismos están vinculados neuronalmente y forman el reflejo de acomodación-convergencia [1] de los ojos. Se puede distinguir la distancia de vergencia — distancia de un punto hacia el cual convergen ambos ojos— y la distancia de acomodación — distancia de una región en el espacio hacia la cual se ha ajustado el foco o poder refractivo del cristalino para producir una imagen nítida en la retina.
En condiciones normales, el sistema visual humano espera que las distancias de convergencia y acomodación coincidan. Al ver la mayoría de las imágenes o pantallas 3D artificiales, las distancias de convergencia y acomodación en su mayor parte no coinciden. El sistema visual humano no ha evolucionado para ver este tipo de imágenes 3D artificiales con comodidad, por lo que la VAC puede ser una sensación muy desagradable para el espectador. [2] [3] [4]
El VAC se encuentra a menudo al ver estereogramas , películas en 3D o realidad virtual (RV). Puede causar fatiga visual y dolores de cabeza después de un corto período de tiempo; es uno de los principales contribuyentes al mareo por realidad virtual . El fenómeno puede hacer que sea imposible enfocar objetos cercanos al ojo en la RV, lo que limita el desarrollo de software de RV. [5]
El VAC es muy difícil de superar al diseñar nuevos tipos de pantallas 3D . [5]
Las personas que juegan videojuegos en 3D a menudo informan que sufren fatiga visual después de jugar o que el efecto 3D los desorienta. Esto se debe a la exposición al VAC. [6] No hay un consenso sólido sobre el alcance del daño visual, si lo hay, que puede ocurrir debido a la sobreexposición al VAC. A pesar de que este es el caso, los usuarios de dispositivos estereoscópicos clásicos informan que no pueden mirar la pantalla 3D durante un largo período de tiempo. [7]
El conflicto entre la vergencia y la acomodación se puede cuantificar; por lo general, comparando la potencia óptica necesaria para enfocar objetos a la distancia de vergencia con la potencia óptica necesaria para enfocar objetos a la distancia de acomodación. [8] En este contexto, la potencia óptica es igual al recíproco de la distancia, con unidades de dioptrías (m −1 ). Por lo tanto, la diferencia entre el recíproco de la distancia de vergencia y el recíproco de la distancia de acomodación caracteriza la extensión del VAC.
En el ejemplo de un visor de realidad virtual, la distancia de acomodación corresponde a la distancia del plano de la imagen virtual. A menudo, la óptica está diseñada para colocar una pantalla virtual en algún lugar entre 2 metros y el infinito. Es decir, para una pantalla virtual a una distancia de 2 metros, la distancia de acomodación del objetivo expresada en dioptrías sería 0,5 D. Por el contrario, la distancia de vergencia en una pantalla estereoscópica puede cambiar libremente en función de la ubicación del contenido del objetivo. Por ejemplo, un objeto virtual mediante disparidad binocular se puede colocar a una distancia de 30 cm, lo que corresponde a 3,33 dioptrías. En tal caso, la magnitud del VAC para una persona con visión normal sería 3,33-0,5=2,83 dioptrías.
El conflicto entre vergencia y acomodación se debe a factores de la fisiología humana, como el reflejo de acomodación . El VAC se produce cuando el cerebro humano recibe señales que no coinciden entre la vergencia y la acomodación . [9] [10] [11] [12] A menudo provoca dolores de cabeza y fatiga visual. [13] El conflicto entre vergencia y acomodación es una de las principales causas de la enfermedad de la realidad virtual . [14]
La mayoría de las personas pueden tolerar cierto grado de VAC sin que se observen efectos adversos. Si bien depende de cada persona y de la distancia de visualización, una VAC de hasta 0,4 dioptrías [8] se encuentra dentro de los límites de comodidad para la mayoría de las personas.
El conflicto entre la vergencia y la acomodación puede tener efectos permanentes en la vista. Se recomienda que los niños menores de seis años eviten las pantallas 3D que causan VAC. [12] Los prototipos de Meta Half Dome abordaron el problema con lentes de enfoque variable que combinaban la profundidad focal con la profundidad estereoscópica de vergencia. [15] El primer prototipo utilizó actuadores mecánicos voluminosos para reenfocar la lente. El tercer prototipo utilizó una pila de 6 capas de lentes de cristal líquido donde cada capa se podía encender y apagar aplicando un voltaje, y esto crea 64 planos focales discretos. [16] Actualmente no hay productos de producción que utilicen esta tecnología.
Todos los cascos de realidad virtual y aumentada (RA) de primera generación son dispositivos de enfoque fijo que pueden provocar VAC. Algunos ejemplos populares de estos dispositivos son Oculus Quest 2 , HTC Vive , Valve Index y Microsoft HoloLens . La VAC se puede experimentar acercando un objeto virtual a los ojos en el casco e intentando enfocarlo. [17]
No todas las pantallas 3D causan el conflicto de vergencia-acomodación. Se están desarrollando nuevos tipos de pantallas que no causan VAC, como las pantallas holográficas y las pantallas de campo de luz . [9]
El VAC también se puede experimentar al utilizar otras tecnologías, entre ellas:
Las empresas de hardware de VR y AR a menudo piden a los desarrolladores de software que no muestren contenido virtual demasiado cerca del usuario en los dispositivos. [19] [20] Sin embargo, esto es solo una mitigación de software y, a menudo, el efecto aún se puede notar.
De la misma manera que los usuarios de VR pueden aclimatarse al movimiento en VR (a través de la práctica y la exposición para superar el mareo), también pueden entrenar a sus pupilas para mantener el enfoque a distancia mientras acercan lentamente un objeto virtual a su cara.
La solución al conflicto entre la convergencia y la acomodación es evitar mirar cualquier cosa que provoque el fenómeno. En VR y AR, desde la década de 2010 se han desarrollado nuevos tipos de pantallas que pueden minimizar o eliminar la VAC a niveles que no representan un problema. Estas pantallas incluyen pantallas varifocales, multifocales, [21] holográficas, de espejo de pin y de campo de luz. [22]
Las pantallas varifocales son un concepto que se explora principalmente en las soluciones de visualización de realidad virtual. El principio básico se basa en ajustar dinámicamente la distancia focal de las pantallas en función de la dirección de la mirada. La técnica requiere una solución de seguimiento ocular y medios para modular la distancia focal de una pantalla. La modulación de una distancia focal puede ser, por ejemplo, la actuación física de la pantalla en relación con una óptica ocular fija, o bien puede ser la utilización de elementos de lente varifocales [23] [24] . Si bien el enfoque varifocal mitiga o resuelve por completo la VAC, no puede transmitir señales de enfoque monoculares realistas. Para intentar agregar realismo, estas técnicas se basan en técnicas de procesamiento de imágenes para simular señales de enfoque.
Las pantallas multifocales son otra forma de superar la VAC. El principio de funcionamiento se basa en la disponibilidad de múltiples planos focales de imagen (pantallas), que desde la perspectiva de un espectador están disponibles simultáneamente en todo momento. Esto permite acomodar los ojos dentro del rango disponible de distancias focales y percibir señales realistas de enfoque monocular (desenfoque de la imagen) de manera similar a las condiciones de visualización naturales. Esencialmente, las pantallas multifocales discretizan la dimensión de profundidad y dividen o cortan el contenido 3D de acuerdo con la configuración disponible de planos de profundidad para minimizar la VAC. El tema de las pantallas multifocales ha sido investigado generosamente durante al menos varias décadas, [25] [26] sin embargo, solo existe una oferta limitada de pantallas multifocales de visión cercana disponibles comercialmente.
Las pantallas de campo de luz son una de las mejores formas de resolver el conflicto de vergencia-acomodación. [22] Comparten características con las pantallas de imágenes integrales .
CREAL, un fabricante de pantallas de visión cercana para cascos y gafas de realidad aumentada, desarrolló una tecnología de visualización de campo de luz que proyecta los rayos de luz tal como existen en el mundo real. De esta manera, el contenido virtual tiene una profundidad real y cada ojo puede cambiar el foco de forma natural entre los objetos virtuales, desde cerca hasta el infinito.
SeeReal Technologies , un fabricante de pantallas para dispositivos móviles con capacidad 3D, afirma que sus pantallas pueden generar imágenes que no tienen una ubicación fija. [27] La empresa desarrolló la pantalla utilizada en el teléfono inteligente Takee 1. [28] Sin embargo, la solución de SeeReal requiere seguimiento ocular , lo que puede limitar las capacidades 3D de las pantallas, como el campo de visión del efecto 3D. [ cita requerida ]
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