シミュレーションが混合現実をどのように作成するか

物理世界と仮想世界を組み合わせることで得られる多くの利点を備えた標準的な担い手として、シミュレーションは拡張現実（XR）の最新の進歩の中心にあります。これは、仮想現実、拡張現実、複合現実などのテクノロジーに加え、急速に進化するテクノロジーが包含するすべてのウェアラブル、センサー、人工知能（AI）、ソフトウェアを指す包括的な用語です。これは非常に大きな傘であり、エンターテイメント、ヘルスケア、従業員トレーニング、産業製造、リモートワーク、 すでに使用されているものもありますが、今後はさらに多くのものが使用されます。

XRはまだ定義されているため、どの程度の大きさになるかを把握することは困難です。一部のアナリストは、2021年のXR市場を$31 10億ドルで評価し、$300 2024年までに10億ドルに達すると予想しています。^{これらの予測が現実に近いものであれば、大小の企業が現在開発中の新しいXR製品、アプリケーション、および経験を大量に抱えていることは間違いありません1} 。しかし、XRがこのポテンシャルを達成するために必要なものは何でしょうか。

XRという用語を個々の部分に分解すると役立つかもしれません。ここでは、素晴らしいレビューを提供しています。 この記事で説明したように、拡張現実（AR）を使用すると、現実世界のビューの上に仮想イメージを追加できます。一方、仮想現実（VR）は、現実世界から完全に離れ、さまざまなレベルで仮想世界に没頭します。複合現実（MR）とは、その名のとおり、ARとVRの組み合わせです。

混合現実とは

複合現実は、仮想オブジェクトが現実世界とリアルタイムで相互作用できるように、私たちの物理世界とデジタル資産を融合させます。

構造エンジニアと電子エンジニアが同じ部屋に立っていて、お互いを見て、現実世界に浮かんでいるモータの仮想モデルを想像してみてください。回転させたり拡大したりモデルの内部を見たりしてコンピュータの画面と同じようにコンポーネントを確認できますまた、車両の周囲を歩き回ったり、物理的な自動車のエンジンコンパートメントに配置して、実際の空間にどのように適合するかを確認したり、他のシステムコンポーネントとどのように相互作用するかをよりよく理解したり、重要な言語的および非言語的なコミュニケーションの手がかりを失うことなくコラボレーションすることもできます。もちろん、全員が同じ部屋にいる必要はありません。エンジンのインタラクティブな3Dモデルを実際の部屋に投影できる場合は、1,000遠くにある別のエンジニアの3Dホログラムを作成してみてはいかがでしょうか。

教室、手術室、工場の床など、同様のシナリオを想像するのは簡単です。MRの利点を最大限に活用するには、マイクロフォン、カメラ、加速度計、赤外線検出器、アイトラッカーなどのセンサー、さらにはCloud上のデータへの高速接続が必要です。これらのテクノロジーを活用するには、ヘッドセットを着用して効果をフルに体験する必要があります。

光学系が正しいことを確認する

目的のMRを作成するには、光学設計コンポーネントと課題に最初に対処する必要があります。ヘッドセットは、快適でスタイリッシュな装着が可能で、毎日何時間も使用できるように、コンパクトで軽量である必要があります。デジタル画像は、晴れた日を含むすべての照明条件で見るのに十分な明るさである必要があります。高解像度と被写界深度（DOF、または焦点が合っている画像内の最も近い点と最も遠い点の間の距離）を達成することも課題です。

最も本格的で視覚的に正確なMR環境を作成するために、企業は光学システムを設計するために、光学システムを設計するために、光学シミュレーションツール（Ansys Zemax OpticStudio製品やAnsys Lumerical製品など）を使用してい ます。OpticStudioとLumericalは、マクロスケールとサブ波長スケールの両方で完全な統合ソリューションを提供することで、MRアプリケーションの光学設計目標の達成と最適化を支援します。OpticStudioでは、システム全体をマクロスケールでシミュレーションできます。一方、Lumericalでは、性能の向上とシステムのサイズの縮小の両方に使用される回折成分をシミュレーションできます。これには、サブ波長物理が必要です。

OpticStudioとLumericalを同時に使用すると、光源から人間の目まで、デバイス内のすべての光学コンポーネントを設計できます。最適化と公差の機能は、設計を成功させ、製品を製造可能にするのに役立ちます。これはすべて、強力なソルバーを使用して、レイトレーシング、有限差分時間領域（FDTD）、および厳密な連成波解析（RCWA）のためのモデルとツールを使用して行われます。

XRアプリケーションで一般的な導波路設計と「パンケーキレンズ」設計では、XRとOpticStudioを同時に使用する例をLumerical示します。光学では導波管は光の波を導くという意味でその名前に忠実ですフォールド光学とも呼ばれるパンケーキデザインは、レンズとディスプレイをより近づけることで、不要な動きも最小限に抑えながら、よりコンパクトなデザインを実現します。

導波路設計を最適化するために、回折格子を使用する光学系のその部分を通じて光の挙動をシミュレーションできます。コンポーネントは、光を高効率でさまざまな方向に回折または分散するように設計できます。マクロスケールでは、OpticStudioを使用して、光学系全体の光の挙動をシミュレーションできます。

VRパンケーキの設計を強化するには、Lumerical光学フィルター（湾曲偏光器や四分波プレートなど）を、光学フィルター（OpticStudioでシステム全体をシミュレーションしてゴースト画像を検出し、予測できます。

また、ダイナミックにリンクすることで、シームレスで深い統合を実現できますLumerical。この接続されたワークフローは、迅速な設計反復を可能にし、システムの全体的な最適化と公差付けに重要です。許容誤差解析では、予想される製造誤差とアセンブリ誤差の影響を調べて、すべてのモデル仕様が適切にバランスされ、目的の光学設計を達成できるようにします。

明日の変革をシミュレーションする

光学設計を強化してMRの目標を達成するために、光学設計を強化することで、どのようにAnsys役立つのかをご覧になるには、OpticStudioの無料トライアルに登録する か、または、「Lumerical FDTD」の詳細をご覧 ください。