虛擬現(xiàn)實FOV視場工作原理及給頭顯帶來的挑戰(zhàn)
2016-04-05 11:54:36

當(dāng)虛擬現(xiàn)實到達黃金期時,有些元素需要恰當(dāng)配置。做得好的話,開發(fā)者可以傳遞所謂的臨場感。也就是,讓用戶產(chǎn)生身臨其境的感覺,并讓大腦相信這一切。

這些要素包括但不限于寬視場、高幀率、高屏幕刷新率、高分辨率、高像素密度和低視覺暫留。本文j將著重介紹視場。

什么是視場角?

視場或任意時間周遭環(huán)境的可視物是虛擬現(xiàn)實尤為重要的一個因素。視場越寬,用戶越容易產(chǎn)生身臨其境的感覺。人類視覺是由兩部分視場組成的。

單目FOV指的是單眼的視場。正常來說,單眼視場的水平角度即為鼻子與瞳孔間的角度,介于170°-175°之間。鼻子視場通常是60°-65°,鼻子越大,視場角越小。瞳孔與頭部所形成的顳骨視場更寬,通常介于100°-110°之間。

有趣的是,不同視場的可視顏色不一。

對大多數(shù)人來說,雙目視場是兩個單目視場的組合。組合時,可視角度通常為200°-220°。兩個單目視場重疊立體部分即為雙目視場,我們可以看到3D物體。

寬視場有助于產(chǎn)生沉浸感和臨場感。不管是真實世界,還是虛擬頭顯,大多數(shù)行動都發(fā)生在立體雙目視場中。

深度感知工作原理

大腦可通過三種巧妙的方式感知周圍的深度。得知物體的實際大小,就能根據(jù)眼睛所見的物體大小,推測物體的距離。例如,近處的小汽車會比遠處的停車場的小汽車看起來要大。另外,近處的物體會比遠處的更快進入視網(wǎng)膜。

如果你朝車窗外看的話,遠處的樹木幾乎是靜止不動的,但如果你眨下眼的話,很可能就會錯過看不到路標。最后,眼睛的間距約為64mm, 將不同的物體輸入大腦,組合成一個3D的圖像。圖像的差異越大,效果越明顯。所以近處的物體看起來深度感立體感更明顯,而遠處的物體更為平面。

虛擬現(xiàn)實頭顯制造商要考慮的視場問題

談到虛擬現(xiàn)實視場,限制因素是透鏡,而非瞳孔。為了得到更寬廣的視場,你需要縮短與透鏡間的距離,或增加透鏡的大小。

出于人體工程學(xué)的考量,Oculus 和HTC想要制作最輕最小的頭顯。

虛擬現(xiàn)實頭顯制造商需要考慮以下這些問題。

使用較輕薄的透鏡,透鏡與顯示屏間的距離就會增大,頭顯的大小也隨之增大。

使用更厚的透鏡(放大物體的焦距更短),會縮短與顯示屏間的距離。但透鏡的厚度會增加新的工程挑戰(zhàn),因為會出現(xiàn)幾何失真和色差。因為放大增強,所以需要更高清的顯示屏,避免出現(xiàn)紗窗效應(yīng)(也就是會看到單像素點)。

另一個選擇就是固定頭顯大小,增加透鏡與眼睛的間距。但視場會隨之縮小,這就是目前小型頭顯的通病。采用厚透鏡,但透鏡與眼睛的距離又太近。

當(dāng)然可使用直徑較大的透鏡增加視場,但也會面臨一些新的挑戰(zhàn)。大透鏡的中間也會比較厚,重量也會隨之增加。這個問題可以通過菲涅爾透鏡解決。但第二個問題是不管使用哪種類型的透鏡,大透鏡都會帶來更多的光學(xué)像差。

制作頭顯時,需要考慮以上所有的因素。寬視場,但確保頭顯不會太大太重,同時保持最佳的體驗。

Oculus、HTC、星風(fēng)和Wearality所采取的解決方案

虛擬現(xiàn)實頭顯游戲領(lǐng)導(dǎo)者Oculus在開發(fā)者裝備上采用了標準透鏡,視場角可達90°,但當(dāng)注視點遠離中心時,會出現(xiàn)大量的圖像變形。最新的消費者版Rift采用的是菲涅爾透鏡。

所以制造商投入大量的時間、財力定制混合菲涅爾透鏡,這對早期尚未進入消費者市場的開發(fā)者裝備來說不失為一個解決方案。但也不是說這些透鏡可以最大化增大視場,增大幅度在10 到 20°。它們可以增強圖像的清晰度,減輕頭顯的重量。同時還添加了機械瞳孔調(diào)節(jié)器,不管雙眼間距,用戶都能看到最清晰的圖像。

HTC在開發(fā)者套裝和升級版Pre開發(fā)者套裝上,他們都采用了菲涅爾透鏡。菲涅爾透鏡一面是有螺紋的,將屏幕上的光線折射到螺紋上,圖像會出現(xiàn)光暈。在早期開發(fā)者裝備中,光暈被稱為Mura,感覺像是圖像上覆蓋著一層超薄亞麻黑色材料。但在新的Pre開發(fā)者裝備上,也會出現(xiàn),HTC添加了Mura修正,銳化圖像。

Wearality公司尚未進入PC頭顯游戲市場(至少目前還沒有),帶來了突破性的透鏡技術(shù),并置入可兼容的移動端手機,在kickstarter上進行眾籌。他們帶來了彎曲的菲涅爾透鏡,視場可增加到150°。據(jù)說,效果還不穩(wěn)定,但總的來說還是不錯。

最后是星風(fēng)工作室。游戲制作公司星風(fēng)工作室收購了Infiniteye公司,虛擬現(xiàn)實頭顯配備了兩個顯示屏而非一個。顯示屏采用了橫向模式,在中央傾斜,置于用戶頭部的一旁。一些高定透鏡可帶來更大的視場。也正因此,星風(fēng)工作室?guī)砹俗钫鎸嵉囊晥觯残枰冻鲆欢ǖ拇鷥r。屏幕空間越大,渲染功能要更強大。

Oculus和HTC都需要配備高級電腦去運行頭顯。按理說,要達到星風(fēng)頭顯的質(zhì)量,電腦的功能要更強大。但星風(fēng)頭顯的推出時間尚未公布,但顯然它們已經(jīng)準備進入市場了。

(來源:來源YiViAn       原文鏈接:http://yivian.com/2016/04/05/explore_vr/15322    有改動    封面圖片來自網(wǎng)絡(luò)

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