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輻輳調節不一致（VAC）、別名調節輻輳不一致は、脳が眼の輻輳と調節に関する不一致な情報を受け取ったときに発生する視覚現象です。これは、仮想現実デバイス、拡張現実デバイス、3D映画、その他の立体視ディスプレイやオートステレオスコピックディスプレイでよく発生します。この現象は不快で、眼精疲労を引き起こす可能性があります。
VACは、3Dディスプレイを見ているときに、2つの主要な視覚系反応、すなわち眼球の輻輳と眼球の調節が一致しないことによって発生します。これらのメカニズムはどちらも立体視において重要です。輻輳、つまり眼球の独立した内外回転は、物体に焦点を合わせ、それらを単一の物体として認識するために行われます。輻輳反応が不適切だと、複視を引き起こす可能性があります。調節は眼の焦点を合わせるメカニズムであり、網膜上に鮮明な像を生成するために行われます。これらのメカニズムはどちらも神経的にリンクしており、眼の調節輻輳反射[ 1 ]を形成します。輻輳距離（両眼が収束している点までの距離距離（水晶体の焦点または屈折力が調整されて網膜上に鮮明な像が生成される空間領域までの距離
通常の状態では、人間の視覚系は輻輳距離と調節距離が一致することを期待します。ほとんどの人工3D画像やディスプレイを見ると、輻輳距離と調節距離はほとんどの場合一致しません。人間の視覚系は、このような人工3D画像を快適に見るように進化していないため、VACは視聴者にとって非常に不快な感覚となる可能性があります。[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]
VACは、立体視、3D映画、仮想現実（VR）を視聴する際によく発生します。短時間で視覚疲労や頭痛を引き起こす可能性があり、仮想現実酔いの主な原因の一つです。この現象により、VR内で目の近くにある物体に焦点を合わせることが不可能になり、VRソフトウェアの開発が制限される可能性があります。[ 5 ]
VACは、新しいタイプの3Dディスプレイを設計する際に克服するのが非常に難しい。[ 5 ]
3Dビデオゲームをプレイした人は、その後眼精疲労を感じたり、3D効果で方向感覚を失ったりすることがよくあります。これはVACが原因です。[ 6 ] VACへの過剰曝露によって視覚障害が発生するかどうかについては、強いコンセンサスはありません。しかし、このような状況にもかかわらず、従来の立体視装置のユーザーは、3Dスクリーンを長時間見続けることができないと報告しています。[ 7 ]
輻輳調節不一致は定量化できます。通常、輻輳距離にある物体に焦点を合わせるのに必要な光学的パワーと、調節距離にある物体に焦点を合わせるのに必要な光学的パワーを比較することによって定量化されます。 [ 2 ]この文脈では、光学的パワーは距離の逆数に等しく、単位はジオプトリー（m −1）です。したがって、輻輳距離の逆数と調節距離の逆数の差がVACの程度を特徴付けます。
仮想現実ヘッドマウントディスプレイの例では、調節距離は仮想像面までの距離に対応します。多くの場合、光学系は仮想スクリーンを2メートルから無限遠の間のどこかに配置するように設計されています。つまり、2メートルの距離にある仮想ディスプレイの場合、ジオプトリーで表される目標調節距離は0.5 Dになります。一方、立体視ディスプレイの輻輳距離は、対象コンテンツの位置に基づいて自由に変化させることができます。たとえば、両眼視差を利用した仮想オブジェクトを30 cmの距離に配置することができ、これは3.33ジオプトリーに相当します。このような場合、正常な視力を持つ人のVACの大きさは3.33 − 0.5 = 2.83ジオプトリーになります。
輻輳調節不一致は、調節反射などの人間の生理機能の要因によって引き起こされます。VACは、人間の脳が輻輳と調節の不一致の手がかりを受け取ったときに発生します。[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]これはしばしば頭痛や視覚疲労を引き起こします。[ 12 ]輻輳調節不一致は、仮想現実酔いの主な原因の1つです。[ 13 ]
ほとんどの人は、目立った悪影響の発現なしに、ある程度のVACに耐えることができます。個人差や視距離によって異なりますが、約0.4ジオプトリーまでのVAC [ 2 ]は、ほとんどの人にとって快適な範囲内です。
輻輳調節矛盾は視力に永続的な影響を与える可能性があります。6歳未満の子供はVACを引き起こす3Dディスプレイを避けることが推奨されています。[ 11 ] Meta Half Domeのプロトタイプは、焦点深度を輻輳立体視深度に合わせる可変焦点レンズでこの問題に対処しました。[ 14 ]最初のプロトタイプは、かさばる機械式アクチュエータを使用してレンズを再焦点しました。3番目のプロトタイプは、6つの液晶レンズ層をスタックし、各層に電圧を印加することでオン/オフを切り替えることができ、これにより64の離散的な焦点面が作成されます。[ 15 ]現在、この技術を使用した製品はありません。
第一世代のVRおよび拡張現実（AR）ヘッドセットはすべて固定焦点デバイスであり、VACを引き起こす可能性があります。これらのデバイスの代表的な例としては、Oculus Quest 2、HTC Vive、Valve Index、Microsoft HoloLensなどがあります。ヘッドセット内で仮想オブジェクトを目に非常に近づけて焦点を合わせようとすると、VACを体験できます。[ 16 ]
すべての3Dディスプレイが輻輳調節の矛盾を引き起こすわけではありません。ホログラフィックディスプレイやライトフィールドディスプレイなど、VACを引き起こさない新しいタイプのディスプレイが開発されています。[ 8 ]
VACは、以下のような他の技術を使用している場合にも発生する可能性があります。
VRおよびARハードウェア企業は、ソフトウェア開発者に対し、デバイス内で仮想コンテンツをユーザーにあまり近づけないように求めることが多い。[ 18 ] [ 19 ]しかし、これはソフトウェアによる緩和策に過ぎず、その影響は依然として感じられることが多い。
VRユーザーがVR内の動きに慣れることができるのと同様に（練習と経験を通して乗り物酔いを克服する）、仮想オブジェクトをゆっくりと顔に近づけながら、遠くの物体に焦点を合わせ続けるように瞳孔を訓練することもできる。
輻輳調節の矛盾に対する唯一の真の解決策は、その現象を引き起こすものを見ないようにすることです。しかし、VRとARでは、2010年代以降、VACを問題にならないレベルまで最小限に抑えたり、完全に排除したりできる新しいタイプのディスプレイが開発されています。これらのディスプレイには、可変焦点、多焦点、[ 20 ]ホログラフィック、ピンミラー、ライトフィールドディスプレイが含まれます。[ 21 ]
可変焦点ディスプレイは、主に VR ディスプレイ ソリューションで研究されている概念です。基本原理は、視線の方向に基づいてディスプレイの焦点距離を動的に調整することに基づいています。この技術には、アイ トラッキング ソリューションとスクリーンの焦点距離を調整する手段が必要です。焦点距離の調整は、たとえば、固定された接眼レンズ光学系に対するスクリーンの物理的なアクチュエーション、または可変焦点[ 22 ] [ 23 ]レンズ要素の使用によって行うことができます。可変焦点アプローチは VAC を軽減または完全に解決しますが、現実的な単眼焦点キューを伝えることはできません。リアリティを追加するために、これらの技術は、焦点キューをシミュレートする画像処理技術に依存しています。[ 24 ]
多焦点ディスプレイは、VAC を克服するもう 1 つの方法です。動作原理は、複数の画像焦点面 (スクリーン) が利用可能であることに依存しており、視聴者の視点から見ると、常に同時に利用できます。これにより、利用可能な焦点距離の範囲内で目を調整し、自然な視聴条件と同様に、現実的な単眼焦点 (画像のぼやけ) の手がかりを知覚することができます。基本的に、多焦点ディスプレイは奥行きの次元を離散化し、利用可能な奥行き平面の構成に従って 3D コンテンツを分割またはスライスして、VAC を最小限に抑えます。多焦点ディスプレイのトピックは、少なくとも数十年にわたって十分に研究されてきましたが、[ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]、市販されている多焦点近眼ディスプレイは限られています。
ライトフィールドディスプレイは、輻輳調節の矛盾を解決する最良の方法の1つです。[ 21 ]これらはインテグラルイメージングディスプレイと共通の特徴を持っています。
ARヘッドセット／メガネ向け近眼ディスプレイメーカーであるCREALは、現実世界に存在する光線を忠実に再現するライトフィールドディスプレイ技術を開発した。これにより、仮想コンテンツに奥行きが生まれ、両眼は仮想オブジェクト間を近距離から遠距離まで自然に焦点を合わせることができる。
3D対応モバイルデバイス向けディスプレイのメーカーであるSeeReal Technologiesは、同社のディスプレイは固定された調節を必要としない映像を生成できると主張している。 [ 28 ]同社はTakee 1スマートフォンで使用されているディスプレイを開発した。[ 29 ]しかし、SeeRealのソリューションはアイトラッキングを必要とするため、 3D効果の視野など、ディスプレイの3D機能が制限される可能性がある。
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