ヘッドマウントディスプレイ

Head-mounted_display

航空用途にヘルメットマウントディスプレイを参照して
ヘッドマウントディスプレイ（HMD ）は、ヘッドに装着するか、ヘルメットの一部として装着するディスプレイデバイスです（航空用途については、ヘルメットマウントディスプレイを参照）。1つ（単眼HMD）またはそれぞれの前に小さなディスプレイ光学部品が目（両眼HMD）。HMDには、ゲーム、航空、工学、医療など、さまざまな用途がバーチャルリアリティヘッドセットは、 IMUと組み合わせたHMDです。光学ヘッドマウントディスプレイ（OHMD）もこれは、投影された画像を反射してユーザーが透視できるウェアラブルディスプレイです。
イギリス国防義勇軍の兵士が
バーチャルリアリティヘッドセットを実演

コンテンツ
1 概要
2 光学HMD
3 アプリケーション
3.1 航空および戦術、地上 3.2 エンジニアリング 3.3 医学と研究 3.43.4 ゲームとビデオ 3.5 バーチャルシネマ 3.6 リモコン 3.7 スポーツ 3.8 トレーニングとシミュレーション
4 パフォーマンスパラメータ
5 3Dビデオフォーマットのサポート
6 周辺機器
7 も参照してください
8 参考文献
9 参考文献

概要

目の動きを測定するためのLEDイルミネーターとカメラを
備えた視線追跡HMD
一般的なHMDには、1つまたは2つの小さなディスプレイがあり、レンズと半透明のミラーが眼鏡（データグラスとも呼ばれます）、バイザー、またはヘルメットに埋め込まれています。ディスプレイユニットは小型化されており、ブラウン管（CRT）、液晶ディスプレイ（LCD）、 LCOS（Liquid Crystal on Silicon）、または有機発光ダイオード（OLED）が含まれる場合が一部のベンダーは、全体の解像度と視野を向上させるために複数のマイクロディスプレイを採用しています。
HMDは、コンピューター生成画像（CGI）のみを表示できるか、現実世界からのライブ画像のみを表示できるか、またはその組み合わせで表示できるかどうかが異なります。ほとんどのHMDは、コンピューター生成画像（仮想画像と呼ばれることもあります）のみを表示できます。一部のHMDでは、CGIを実際のビューに重ね合わせることができます。これは、拡張現実（AR）または複合現実（MR）と呼ばれることも実世界観とCGIを組み合わせるには、部分反射鏡を通してCGIを投影し、実世界を直接表示します。この方法は、しばしば光学シースルーと呼ばれます。実世界観とCGIの組み合わせは、カメラからビデオを受け取り、それをCGIと電子的に混合することによって電子的に行うこともできます。

光学HMD
光学ヘッドマウントディスプレイ
光学ヘッドマウントディスプレイは、部分的に銀色の鏡でできている光学ミキサーを使用しています。人工画像を反射し、実像をレンズに交差させ、ユーザーに透視させることができます。シースルーHMDにはさまざまな方法があり、そのほとんどは球面鏡または導波路に基づいて2つの主要なファミリにまとめることができます。曲面鏡は、Laster Technologiesと、VuzixのStar1200製品で使用されています。さまざまな導波管法が何年も前から存在しています。これらには、回折光学、ホログラフィック光学、偏光光学、および反射光学が含まれます。

アプリケーション
主なHMDアプリケーションには、軍隊、政府（消防、警察など）、および民間商業（医療、ビデオゲーム、スポーツなど）が含まれます。

航空および戦術、地上
ヘルメットマウントディスプレイ

スコーピオンの
ヘルメットに取り付けられた統合ターゲティングシステムを
テストする米空軍の飛行装置技術者
1962年、ヒューズエアクラフト社は、テレビ信号を透明な接眼レンズに反射するコンパクトなCRT（長さ7インチ）のヘッドマウント単眼ディスプレイであるElectrocularを発表しました。頑丈なHMDはますます増えています現代のヘリコプターや戦闘機のコックピットに統合されています。これらは通常、パイロットの飛行ヘルメットと完全に統合されており、保護バイザー、夜間視界装置、その他の記号の表示が含まれる場合が
軍隊、警察、消防士はHMDを使用して、実際のシーンを見ながら地図や熱画像データなどの戦術情報を表示します。最近のアプリケーションには、落下傘部隊のためのHMDの使用が含まれています。 2005年、Liteye HMDは、標準のUS PVS-14軍用ヘルメットマウントにクリップで留める頑丈で防水性のある軽量ディスプレイとして、地上戦闘部隊に導入されました。自己完結型のカラー単眼有機発光ダイオード（OLED）ディスプレイは、NVG管に取って代わり、モバイルコンピューティングデバイスに接続します。LEにはシースルー機能があり、標準のHMDまたは拡張現実アプリケーションとして使用できます。設計は、カバーモードまたはシースルー動作モードで、すべての照明条件下で高解像度データを提供するように最適化されています。LEの消費電力は低く、4本のAA電池で35時間動作するか、標準のユニバーサルシリアルバス（USB）接続を介して電力を受け取ります。
国防高等研究計画局（DARPA ）は、永続的近接航空支援（PCAS）プログラムの一環として、拡張現実HMDの研究に資金を提供し続けています。Vuzixは現在、ホログラフィック導波路を使用して、わずか数ミリメートルの厚さのシースルー拡張現実ガラスを製造するPCASのシステムに取り組んでいます。

エンジニアリング
エンジニアと科学者は、HMDを使用して、コンピューター支援設計（CAD）回路図の立体視ビューを提供します。バーチャルリアリティは、エンジニアリングとデザインに適用される場合、デザインに人間を統合する上で重要な要素です。エンジニアが実物大のスケールで設計を操作できるようにすることで、物理的なプロトタイピングまでは見えなかった可能性のある問題について製品を検証できます。VR用のHMDの使用は、VRシミュレーション用のCAVEの従来の使用を補足するものと見なされています。HMDは主に、設計との1人の対話に使用されますが、CAVEは、より協調的なバーチャルリアリティセッションを可能にします。
ヘッドマウントディスプレイシステムは、システム図や画像などのコンピュータグラフィックスを技術者の自然なビジョン（拡張または変更された現実）と組み合わせることにより、技術者にシミュレートされたX線ビジョンを提供できるため、複雑なシステムのメンテナンスにも使用されます。

医学と研究
放射線データ（ X線コンピューター断層撮影（CAT）スキャンと磁気共鳴画像法（MRI）画像法）の組み合わせが、外科医の手術の自然な見方、および患者がいる麻酔と組み合わされる手術の用途も重要な兆候は、常に麻酔科医の視野内に
研究大学は、視力、バランス、認知、神経科学に関連する研究を実施するためにHMDを使用することがよく2010年の時点で、軽度の外傷性脳損傷を特定するための予測視覚追跡測定の使用が研究されていました。視覚追跡テストでは、視線追跡機能を備えたHMDユニットは、オブジェクトが規則的なパターンで動いていることを示します。脳損傷のない人は、スムーズな追跡眼球運動と正しい軌道で動く物体を追跡することができます。

ゲームとビデオ
参照：
バーチャルリアリティヘッドセット
低コストのHMDデバイスは、3Dゲームやエンターテインメントアプリケーションで使用できます。最初の市販のHMDの1つは、 1994年のConsumer Electronics Show（CES）で発表されたForte VFX1でした。 VFX-1は、立体視ディスプレイ、3軸ヘッドトラッキング、およびステレオヘッドフォンを備えていました。この分野のもう一つのパイオニアは、1997年にグラストロンをリリースしたソニーでした。オプションのアクセサリとして、ユーザーが周囲を見ることができる位置センサーがあり、頭が動くと遠近法が動き、深い没入感が得られました。このテクノロジーの新しいアプリケーションの1つは、ゲームMechWarrior 2でした。これにより、SonyGlasstronまたはVirtualI / OのiGlassesのユーザーは、自分の目を視覚として使用し、戦場を見て、航空機のコックピット内から新しい視覚的視点を採用できました。彼らのクラフト自身のコックピットを通して。
多くのブランドのビデオグラスを最新のビデオカメラやDSLRカメラに接続できるため、新しい時代のモニターとして利用できます。周囲の光を遮断するメガネの機能の結果として、映画製作者や写真家は、ライブ画像のより鮮明なプレゼンテーションを見ることができます。
Oculus Riftは、OculusVR社が仮想現実シミュレーションとビデオゲーム用に開発したPalmerLuckeyによって作成された仮想現実（VR ）ヘッドマウントディスプレイです。 HTC Viveは、バーチャルリアリティのヘッドマウントディスプレイです。ヘッドセットは、 ValveとHTCのコラボレーションによって製造されており、その特徴は、精密な室内スケールの追跡と高精度のモーションコントローラーです。PlayStation VRは、PlayStation4専用のゲーム機用バーチャルリアリティヘッドセットです。 Windows Mixed Realityは、Microsoftが開発したプラットフォームであり、HP、Samsungなどが製造したさまざまなヘッドセットが含まれており、ほとんどのHTCViveゲームをプレイできます。コントローラには裏返しの追跡のみを使用します。

バーチャルシネマ
一部のヘッドマウントディスプレイは、仮想映画館で従来のビデオおよびフィルムコンテンツを表示するように設計されています。これらのデバイスは通常、50〜60°の比較的狭い視野（FOV）を備えているため、バーチャルリアリティヘッドセットよりも没入感が低くなりますが、それに応じて1度あたりのピクセル数が高くなります。2011年にリリースされたSonyHMZ-T1は、片目あたり1280×720の解像度を備えていました。2015年頃、NibiruのソフトウェアをベースにしたVRWorld、Magicseeなどのさまざまなブランドを使用して、スタンドアロンのAndroid 5（Lolipop）ベースの「プライベートシネマ」製品がリリースされました。2020年にリリースされた、片目あたり1920×1080の解像度を特徴とする製品には、GoovisG2 とRoyoleMoonが含まれていました。また、片目あたり720Pの網膜投影を組み込んだAvegant Glyph と、片目あたり2560×1440の解像度と66°FOVを備えたCineraPrimeも利用できました。かなり大きなCineraPrimeは、標準のサポートアームまたはオプションのヘッドマウントのいずれかを使用していました。2021年後半に利用可能になると予想されたのはCineraEdge で、以前のCinera Primeモデルと同じFOVと1眼あたり2560×1440の解像度を備えていますが、フォームファクターははるかにコンパクトです。2021年に利用可能な他の製品は、片目あたり870×500の解像度のCinemizer OLED 、片目あたり1280×720の解像度のVISIONHMD Bigeyes H1 、片目あたり1920×1080の解像度のDream Glass4K でした。ここで説明するすべての製品には、Goovis G2、Cinera Prime、VISIONHMD Bigeyes H1、および代わりにオーディオヘッドホンジャックを提供するDream Glass 4Kを除いて、オーディオヘッドホンまたはイヤホンが組み込まれています。

リモコン

FPVゴーグルを着用した
ドローンレーサー
一人称視点（FPV）ドローン飛行は、一般に「FPVゴーグル」と呼ばれるヘッドマウントディスプレイを使用します。アナログFPVゴーグル（Fat Sharkによって製造されたものなど）は、ビデオの待ち時間が最も短いため、ドローンレースに一般的に使用されます。しかし、デジタルFPVゴーグル（DJIによって作成されたものなど）は、ビデオの解像度が高いため、ますます人気が高まっています。
2010年代以降、FPVドローン飛行は航空写真や航空写真で広く使用されています。

スポーツ
HMDシステムは、KopinCorp.とBMWGroupによってF1ドライバー向けに開発されました。HMDは重要なレースデータを表示し、ピットクルーが双方向無線を介してドライバーに送信されるデータとメッセージを制御するため、ドライバーはトラックに集中し続けることができます。 Recon Instrumentsは、2011年11月3日に、スキーゴーグル用の2つのヘッドマウントディスプレイ、MODおよびMOD Liveをリリースしました。後者は、Androidオペレーティングシステムに基づいています。

トレーニングとシミュレーション
HMDの主要なアプリケーションは、トレーニングとシミュレーションです。これにより、実生活で再現するには高すぎるか危険すぎる状況に研修生を仮想的に配置できます。HMDを使用したトレーニングは、運転、溶接、スプレー塗装、飛行および車両シミュレーター、降車した兵士のトレーニング、医療処置のトレーニングなど、幅広いアプリケーションを対象としています。ただし、特定のタイプのヘッドマウントディスプレイを長期間使用すると、多くの望ましくない症状が発生します。これらの問題は、最適なトレーニングとシミュレーションを実行する前に解決する必要が

パフォーマンスパラメータ
立体画像を表示する機能。双眼HMDは、それぞれの目に異なる画像を表示する可能性がこれは、立体画像を表示するために使用できます。いわゆる「オプティカルインフィニティ」は、一般的に航空医とディスプレイの専門家によって約9メートルと見なされることに留意する必要がこれは、平均的な人間の目の範囲ファインダーの「ベースライン」（目の間の距離または瞳孔間距離（IPD））が2.5〜3インチ（6〜8 cm）の場合、その距離でのオブジェクトの角度が次のようになる距離です。それぞれの目から本質的に同じです。より狭い範囲では、各目からの視点は大幅に異なり、コンピューター生成画像（CGI）システムを介して2つの異なる視覚チャネルを生成する費用は価値が
瞳孔間距離（IPD）。これは、瞳孔で測定された2つの目の間の距離であり、ヘッドマウントディスプレイの設計で重要です。
視野（FOV）–人間のFOVは約180°ですが、ほとんどのHMDはこれよりはるかに少ない値を提供します。通常、視野が広いほど、没入感が高まり、状況認識が向上します。ほとんどの人は、引用された特定のFOVがどのように見えるか（たとえば、25°）をよく理解していないため、メーカーは見かけの画面サイズを引用することがよくほとんどの人はモニターから約60cm離れて座っており、その距離での画面サイズについてはかなり良い感じがします。メーカーの見かけの画面サイズをデスクトップモニターの位置に変換するには、画面サイズをフィート単位の距離で割り、2を掛けます。消費者レベルのHMDは通常、約110°のFOVを提供します。
解像度– HMDは通常、ピクセルの総数または1度あたりのピクセル数のいずれかを示します。総ピクセル数（たとえば、1眼あたり1600×1200ピクセル）のリストは、コンピューターモニターの仕様がどのように表示されるかから借用しています。ただし、通常は1度あたりのピクセル数または1ピクセルあたりの分数で指定されるピクセル密度も、視力を決定するために使用されます。60ピクセル/°（1分角/ピクセル）は通常、目の制限解像度と呼ばれ、それを超えると、通常の視力を持つ人々は解像度の向上に気づきません。HMDは通常10〜20ピクセル/°を提供しますが、マイクロディスプレイの進歩によりこの数を増やすことができます。
両眼オーバーラップ–両眼に共通する領域を測定します。両眼のオーバーラップは奥行き感とステレオ感の基礎であり、人間はどのオブジェクトが近くにあり、どのオブジェクトが遠くにあるかを感知できます。人間の両眼の重なりは約100°（鼻の左に50°、右に50°）です。HMDによって提供される両眼のオーバーラップが大きいほど、ステレオ感が大きくなります。オーバーラップは、度（74°など）で指定されることもあれば、各眼の視野のどの程度が他の眼に共通であるかを示すパーセンテージとして指定されることも
遠方焦点（コリメーション）。光学的方法を使用して、離れた焦点で画像を提示することができ、これは、現実の世界では遠くにある画像のリアリズムを改善するように思われる。
オンボード処理およびオペレーティングシステム。一部のHMDベンダーは、Androidなどのオンボードオペレーティングシステムを提供しており、アプリケーションをHMDでローカルに実行できるようにし、ビデオを生成するために外部デバイスに接続する必要をなくしています。これらは、スマートゴーグルと呼ばれることもHMD構造を軽量化するために、生産者は処理システムを接続されたスマートネックレスフォームファクターに移動することができます。これにより、より大きなバッテリーパックの追加の利点も提供されます。このようなソリューションにより、デュアルビデオ入力またはより高い周波数の時間ベースの多重化に十分なエネルギー供給を備えたライトHMDを設計できます（以下を参照）。

3Dビデオフォーマットのサポート

フレームシーケンシャル多重化

サイドバイサイドおよびトップボトム多重化
HMD内の奥行き知覚には、左目と右目で異なる画像が必要です。これらの個別の画像を提供する方法は複数
デュアルビデオ入力を使用して、各目に完全に別個のビデオ信号を提供します
時間ベースの多重化。フレームシーケンシャルなどの方法では、連続するフレームで左右の画像を交互に表示することにより、2つの別々のビデオ信号を1つの信号に結合します。
サイドバイサイドまたはトップボトム多重化。この方法では、画像の半分を左目に割り当て、残りの半分を右目に割り当てました。
デュアルビデオ入力の利点は、各画像に最大の解像度と各目に最大のフレームレートを提供することです。デュアルビデオ入力の欠点は、コンテンツを生成するデバイスから個別のビデオ出力とケーブルが必要になることです。
時間ベースの多重化は、各画像ごとにフル解像度を維持しますが、フレームレートを半分に減らします。たとえば、信号が60 Hzで提示される場合、各目は30Hzの更新のみを受信します。これは、動きの速い画像を正確に表示する場合に問題になる可能性が
サイドバイサイドおよびトップボトム多重化は、各アイにフルレートの更新を提供しますが、各アイに提示される解像度を低下させます。ESPNなどの多くの3Dブロードキャストは、サイドバイサイド3Dを提供することを選択しました。これにより、追加の送信帯域幅を割り当てる必要がなくなり、時間ベースの多重化方式に比べてペースの速いスポーツアクションに適しています。
すべてのHMDが奥行き知覚を提供するわけではありません。一部のローエンドモジュールは、基本的に両眼デバイスであり、両方の目が同じ画像で表示されます。3Dビデオプレーヤーは、使用する3D形式の選択肢をユーザーに提供することにより、HMDとの最大の互換性を可能にする場合が

周辺機器
最も基本的なHMDは、着用者のバイザーまたはレチクルに画像または記号を投影するだけです。画像は現実の世界に縛られつまり、着用者の頭の位置に基づいて画像が変化することはありません。
より洗練されたHMDには、着用者の頭の位置と角度を追跡する位置決めシステムが組み込まれているため、表示される画像または記号は、シースルー画像を使用して外界と一致します。
ヘッドトラッキング–画像のバインド。ヘッドマウントディスプレイは、角度と向きの変化を検出する追跡センサーとともに使用することもできます。そのようなデータがシステムコンピュータで利用可能である場合、それを使用して、特定の時間の視角に適したコンピュータ生成画像（CGI）を生成することができます。これにより、ユーザーは、画像の角度を変更するための別のコントローラーを必要とせずに、頭を動かすだけでバーチャルリアリティ環境を見回すことができます。無線ベースのシステム（ワイヤーと比較して）では、着用者はシステムの追跡制限内で動き回ることが
アイトラッキング–アイトラッカーは視線のポイントを測定し、ユーザーがどこを見ているかをコンピューターが感知できるようにします。この情報は、ユーザーインターフェイスナビゲーションなどのさまざまなコンテキストで役立ちます。ユーザーの視線を感知することにより、コンピューターは画面に表示される情報を変更したり、追加の詳細に注意を向けたりすることができます。
手の追跡– HMDの観点から手の動きを追跡することで、コンテンツとの自然な相互作用と便利なゲームプレイメカニズムが可能になります

も参照してください
コンピュータ媒介現実
アイタップ
ヘッドアップディスプレイ（HUD）
Lumus-光学
ポジショニングテクノロジー
スクリーンレスビデオ
立体視
仮想網膜ディスプレイ
スマートグラス
光学ヘッドマウントディスプレイメーカーのリスト

参考文献
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