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“VR眼镜”原理和结构大揭秘!小小镜片如何制造立体感和沉浸感

2023-02-05 19:57:49 1387

摘要:不同的虚拟现实眼镜不断的改进,从有线到无线,分辨率由低到高,一个像眼镜一般的装置为何能给我们带来立体感和沉浸感呢?视差是我们感知真实世界深度的重要基础。人两眼之间的间距,造成两眼的视角存在细微的差别。分别捂住你的左眼和右眼,望向同一个乒乓球...

不同的虚拟现实眼镜不断的改进,从有线到无线,分辨率由低到高,一个像眼镜一般的装置为何能给我们带来立体感和沉浸感呢?

视差是我们感知真实世界深度的重要基础。人两眼之间的间距,造成两眼的视角存在细微的差别。分别捂住你的左眼和右眼,望向同一个乒乓球,你会发现,看到的乒乓球位置并不同。同时睁开两只眼睛,才能对乒乓球的位置有更为准确的判断,立体感随之产生。

机器无法实现人眼的功能,却能模仿人眼的方式,将虚拟的世界呈现在人眼前。

如果把相机放在一个广场上,拍摄一远一近的两个人,当镜头对焦在不同的人身上,就能拍到两张只有一个人清晰,而其他部分虚化的照片。如果在这个场景里再加一个人,这个场景中就出现了三个远近不同的人,镜头对焦到不同人身上时,我们就能拍到三张只有一个人清晰,而其他部分虚化的照片了。如果不断的在斜后方增加人数,这个相机就能拍摄出无数张只有一个人清晰,而其他部分虚化的照片。如果把这些照片叠在一起,它们实际上就粗略地组成了在这个角度上,很多人站在广场上这样一个立体场景。

换句话说,相机在这个点上能够“看到”的整个立体场景,可以被竖着切成无数张切片,也就是这无数张照片。如果我们再模仿人的双眼,以及在不同位置上的视角,再把眼前的场景,从各个角度都切片,那么整个场景里,所有角度的切片叠加在一起,就最终组成了一个完整的立体场景。虚拟现实中的内容就是采集整个场景中的很多切片,甚至是所有切片,来生成一个用来模拟人眼的切片数据库。这个数据库经过处理,就能在显示屏上复现出整个立体场景了。

切片的切换以及存储,及其考验机器的计算能力。切片的更新速度,跟不上你的动作,就会带来新的问题:眩晕感。

在现实世界中,当你转动头部,眼前的画面随之改变,并不是出现延迟。当你戴上头显,假设在0.5秒内头部向右边旋转90度,显示器最终也会呈现右转90度之后的画面。但如果头显存在高延迟的问题,画面的转换会花费1秒的时间,这个0.5秒时间差就是延时。

在早期的虚拟现实系统里面它的计算能力有限,画面渲染速度过慢,头部的每一次运动就会触发一系列新的运算。当你快速转动头部,画面延迟或者带有拖影。这个时候身体并无法适应,中枢神经对这一状态的反馈就是“眩晕和恶心”。如果延时能够限制在20毫秒以内,大脑就无法察觉,不舒服的感觉也就消失了。

虚拟现实眼镜的呈现方式,和我们人眼不同。我们的眼球在亿万年的进化过程中,得到完美的调节焦距的功能。让我们在观察远处物体和近处物体之间自由切换。

人和屏幕的距离保持不变,因此就造成画面反馈的深度和实际人眼和屏幕的距离,并不匹配,人眼将注意力放在虚化的画面上,在没有焦点的情况下,大脑就会重新寻找焦点,多次反复的重新聚焦的过程,就是造成眩晕的罪魁祸首。解决这个问题,就需要在镜片上下功夫。利用可变焦的镜片,显示系统可以变焦,成像在焦平面的不同距离,这样眼睛的转动和对焦距离吻合一致,就不会因为来回寻找焦点,带来眩晕感。

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