Väitös: Uusien kuvantamismenetelmien ansiosta uuden sukupolven lähinäytöt tarjoavat miellyttävämmän 3D-katselukokemuksen
Kaupoissa myytävien päähän puettavien näyttöjen, kuten virtuaalilasien, avulla voimme uppoutua realistisilta vaikuttaviin kolmiulotteisiin katselukokemuksiin ja näyttäviin 3D-ympäristöihin. Tällaisille lähinäytöille on kysyntää paitsi viihdekäytössä myös ammattisovelluksissa, esimerkiksi työkoneiden etäkäytössä ja 3D-mallinnuksessa. Valitettavasti nykyiset lähinäytöt väsyttävät silmiä ja aiheuttavat käyttäjilleen jopa pahoinvointia. Diplomi-insinööri Jani Mäkinen tutki väitöskirjassaan kuvantamismenetelmiä, joiden avulla nämä koetut ongelmat vähenevät.
Nykyaikaisten lähinäyttöjen käyttömukavuutta ja niiden tarjoamaa immersiivistä kokemusta heikentävät niiden tekniset vajavaisuudet. Lähinäytöt tuottavat ristiriitaisia visuaalisia vihjeitä, jotka vaikuttavat käyttäjän silmän liikkeisiin aiheuttaen vergenssi-akkommodaatioristiriitana tunnetun tilan. Vergenssi tarkoittaa silmien kääntymistä kohti toisiaan, kun katsomme lähellä olevaa kohdetta. Akkommodaatio taas tarkoittaa linssin muodon muutosta, joka auttaa meitä katseen tarkentamisessa. Vergenssi-akkommodaatioristiriidassa nämä silmän mekanismit eivät toimi luonnollisesti yhdessä. Tästä johtuu lähinäytön käyttäjän kokema epämukavuus, silmien väsyminen ja jopa pahoinvointi.
Vergenssi-akkommodaatioristiriidan ratkaisemiseen on kaksi merkittävää tapaa. Ensimmäinen tapa on käyttää akkommodaatioinvarianttia näyttöä. Näytössä akkommodaatio ja epätarkentuminen erotetaan toisistaan, jolloin katsoja näkee kuvan tarkkana akkommodaatiosta riippumatta. Kun vergenssi ohjaa akkommodaatiota, niiden välinen ristiriita poistuu.
Toinen tapa on käyttää akkommodaation mahdollistavaa näyttöä, jossa kaikki visuaaliset vihjeet esitetään tarkasti ja johdonmukaisesti suhteessa toisiinsa. Näyttö luo epätarkentumisen luonnollisella tavalla, mikä mahdollistaa akkommodaation ja vergenssin toiminnan yhdessä ilman ristiriitaa.
Diplomi-insinööri Jani Mäkinen osoittaa väitöskirjassaan, että molemmat tavat tehostuvat ja vähentävät paremmin vergenssi-akkommodaatioristiriitaa, kun näytöt valaistaan koherentilla valolla. Koherentti valo sisältää ajallisesti muuttumattomia valoaaltoja ainoastaan yhdellä aallonpituudella. Tällaista valoa voidaan tuottaa esimerkiksi laserilla.
Koherentin valon hyödyt ja haitat
Koherentin valon käyttö lähinäytöissä voi parantaa niiden syvätarkkuusaluetta, mikä tukee näytön tarkkuuden säilyttämistä eri etäisyyksillä. Tämä on hyödyllistä akkommodaatioinvariantissa näytössä. Lisäksi koherentti valo mahdollistaa luonnollisemmalta näyttävien 3D-kuvien luomisen akkommodaation mahdollistavassa näytössä.
Koherentin valon käyttö näytöissä voi aiheuttaa myös ongelmia. Kuvaan voi ilmaantua korkean kontrastin pilkkukohinaa ja 3D-kuvien luominen voi olla laskennallisesti vaativaa.
3D-kuvia luodaan holografisen kuvantamisen avulla. Sen nykyiset menetelmät usein heikentävät tarkoituksellisesti hologrammien muodostamiseen käytettävien aaltomallien tarkkuutta, jotta tietokoneen laskennallinen taakka kevenisi ja suorituskyky paranisi. Tästä syystä kuvan resoluutio kaukana näytöstä heikkenee. Myös heijastavien ja osittain läpinäkyvien kohteiden pintojen mallintamisessa voi esiintyä epätarkkuutta. Mäkinen ehdottaa väitöstutkimuksessaan uudenlaista menetelmää visuaalisesti tarkan hologrammin laskemiseen minimaalisilla valon mallinnusapproksimaatioilla. Lisäksi hän tarkastelee menetelmän nopeuttamista koneoppimisen avulla.
Mäkisen kehittämillä menetelmillä pilkkukohinaa pystytään vähentämään, jolloin havaittu kuvan laatu paranee. Menetelmissä hyödynnetään koherentin valon aaltomallinnusta yhdessä signaalinkäsittelyn kanssa. Mäkinen esittelee myös koneoppimispohjaisen lähestymistavan koherentisti valaistun akkommodaatioinvariantin näytön optisten elementtien suunnitteluun.
“Koherentin valon käyttö akkommodaatioinvariantissa näytössä on lupaava ratkaisu, joka vähentää laskennan tarvetta ja ratkaisee vergenssi-akkommodaatioristiriidan. Lisäksi neuroverkkojen avulla voidaan tuottaa visuaalisesti tarkkoja hologrammeja tehokkaasti reaaliajassa. Nämä tulokset ovat merkittäviä uuden sukupolven immersiivisten lähinäyttöjen kehittämisessä”, Mäkinen summaa.
Väitöstilaisuus torstaina 21. joulukuuta
Diplomi-insinööri Jani Mäkisen signaalinkäsittelyn alaan kuuluva väitöskirja Coherent and Holographic Imaging Methods for Immersive Near-Eye Displays tarkastetaan julkisesti Tampereen yliopiston Informaatioteknologian ja viestinnän tiedekunnassa torstaina 21. joulukuuta 2023 kello 12 alkaen Sähkötalon salissa SA203 (osoite: Korkeakoulunkatu 3, Tampere).
Vastaväittäjinä toimivat professori Tomasz Kozacki Varsovan teknillisestä yliopistosta Puolasta ja tohtori Ali Özgür Yöntem Cambridgen yliopistosta Isosta-Britanniasta. Kustoksena toimii professori Atanas Gotchev Tampereen yliopiston Informaatioteknologian ja viestinnän tiedekunnasta.
Avainsanat
Yhteyshenkilöt
Jani Mäkinen
040 596 3776
jani.makinen@tuni.fi
Kuvat
Linkit
Tampereen yliopisto kytkee yhteen tekniikan, terveyden ja yhteiskunnan tutkimuksen ja koulutuksen. Teemme kumppaniemme kanssa yhteistyötä, joka perustuu vahvuusalueillemme sekä uudenlaisille tieteenalojen yhdistelmille ja niiden soveltamisosaamiselle. Luomme ratkaisuja ilmastonmuutokseen, luontoympäristön turvaamiseen sekä yhteiskuntien hyvinvoinnin ja kestävyyden rakentamiseen. Yliopistossa on 22 000 opiskelijaa ja henkilöstöä yli 4 000. Rakennamme yhdessä kestävää maailmaa.
Tilaa tiedotteet sähköpostiisi
Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.
Lue lisää julkaisijalta Tampereen yliopisto
Tampereen yliopistoon valittiin lähes 3700 uutta opiskelijaa1.7.2025 10:55:00 EEST | Tiedote
Tampereen yliopiston suomenkielisiin koulutuksiin on valittu yhteensä lähes 3700 uutta opiskelijaa yhteishaun, avoimen väylän haun ja siirtohaun kautta. Hakijamäärä ja hyväksyttyjen määrä kasvoivat edellisvuodesta. Tampereen yliopisto oli Suomen toiseksi suosituin yliopisto ensisijaisten hakemusten perusteella.
Rasvan kantasolut muistavat lihavuuden – kyky hillitä tulehduksia palautuu vasta vuosien päästä painonpudotuksesta25.6.2025 08:45:00 EEST | Tiedote
Lääketieteellisiin syihin perustuvassa painonpudotuksessa huomio kiinnittyy usein sen positiivisiin terveysvaikutuksiin. Uusin tutkimus kuitenkin osoittaa, että lihavuuden aiheuttamasta yleisestä tulehdustilasta palautuminen voi kestää vuosia.
290 000 viestiä vihapuheesta – tutkimus selvitti, millaista on keskustelu vihapuheesta somessa24.6.2025 09:15:00 EEST | Tiedote
Tutkijat ovat julkaisseet ensimmäisen vihapuhetta metatasolla käsittelevän, laajaan keskusteluaineistoon pohjautuvan tutkimusartikkelin. Tutkimuksen mukaan vihapuheen käsitteen avulla käydään kamppailua tiedosta, totuudesta ja yhteiskunnallisista valta-asetelmista. Keskusteluissa vihapuhetta normalisoitiin ja oikeutettiin samalla väheksyen sen vaikutuksia sekä yhteiskuntaan että vihapuheen kohteisiin.
Väitös: Koulun keskustelukulttuuri ja sosiaalinen pääoma vahvistavat ruotsinkielisten nuorten luottamusta poliittisiin kykyihinsä19.6.2025 10:21:48 EEST | Tiedote
Valtiotieteen maisteri Venla Hannuksela selvittää väitöskirjassaan, miksi ruotsinkieliseen vähemmistöön kuuluvat suomalaisnuoret luottavat kykyihinsä ymmärtää politiikkaa ja vaikuttaa siihen enemmän kuin suomenkieliset nuoret. Tutkimus tunnistaa kaksi selitystä: ruotsinkielisten koulujen avoimemman poliittisen keskusteluilmapiirin ja ruotsinkielisten vahvemman sosiaalisen yhteisön. Vaikka vähemmistöasema osaltaan selittää ruotsinkielisten tilannetta, koulujen poliittiseen keskusteluun ja nuorten yksinäisyyden torjumiseen panostamalla voidaan vahvistaa kaikkien nuorten poliittisen osallistumisen edellytyksiä.
Doktorsavhandling: Skolans diskussionskultur och socialt kapital stärker svenskspråkiga ungdomars förtroende för sin politiska förmåga19.6.2025 10:20:10 EEST | Tiedote
Politices magister Venla Hannuksela undersöker i sin doktorsavhandling varför finländska ungdomar som tillhör den svenskspråkiga minoriteten har större tilltro till sin förmåga att förstå och påverka politik än finskspråkiga ungdomar. Forskningen identifierar två förklaringar: ett öppnare politiskt diskussionsklimat i svenskspråkiga skolor och starkare sociala gemenskaper bland svenskspråkiga. Även om minoritetsstatus delvis förklarar situationen för svenskspråkiga ungdomar, kan satsningar på politiska diskussioner i skolor och på att motverka ungas ensamhet stärka alla ungdomars möjligheter till politiskt deltagande.
Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.
Tutustu uutishuoneeseemme