科普贴:虚拟现实头显和传感器原理详解

科普贴:虚拟现实头显和传感器原理详解

虚拟现实头戴显示器是目前最热门的数码设备,Oculus Rift已经上市,HTC Vive即将发货,索尼Playstation VR也将于夏天正式发售,不论是PC、游戏主机用户都可以体验到虚拟现实游戏的震撼。当然,智能手机也可以通过外设来实现入门级的虚拟现实体验,如谷歌纸板眼镜、三星Gear VR等等。

虽然虚拟现实头戴显示器是下一个消费电子热点,但大家对于其复杂的硬件构造、运行原理可能并不是十分了解。今天,我们就来看看虚拟现实头戴中究竟藏着什么秘密。

基本技术特性

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科普贴:虚拟现实头显和传感器原理详解

首先,可以肯定的是虚拟现实头戴是一种显示器,头戴型的显示器,它本身并不是能够独立运行某种系统的便携电脑。一个典型的例子便是微软的增强现实眼镜HoloLens,很多朋友会把它与头戴显示器混淆;但实际上,它不是显示器,而是一个完整的计算机硬件,内置处理器、RAM、显卡,可独立运行应用程序,Oculus Rift们却不行。

科普贴:虚拟现实头显和传感器原理详解

大部分虚拟现实头戴显示器的主要购置其实都很相似,首先需要两块镜片、镜片后设置OLED屏幕,两者配合来实现沉浸式的3D画面感。其中,桌面级产品(Oculus Rift、HTC Vive和索尼Playstation VR)都内置了屏幕,需要通过HDMI连接主机(PC、PS4);而三星Gear VR等手机端的产品则仅有镜片,需要将手机作为屏幕和主机实现显示、运行应用。

至于视觉效果方面,镜片配合屏幕可以实现100度或是110度的视野率,以此实现沉浸式体验。360度视野?暂时是不必要的。另外,60fps帧速率是虚拟现实头戴的入门标准,这是为了避免卡顿、眩晕等问题。

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看看虚拟现实VR的发展历史

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    头部追踪

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    为了模拟人类自然的视角转换效果,虚拟现实头戴们都内置了头部运动追踪功能,即6轴追踪,可以实现X、Y、Z轴及前后侧面追踪。另外,头戴们也内置了诸如陀螺仪、加速度计和磁力计来模拟转动速度等细节,我们可以在Oculus Rift、HTC Vive和索尼Playstation VR上看到一些LED或是激光传感器,可以降低信号延迟。

    运动追踪

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    运动追踪方面,基本上都是通过配件来实现,毕竟虚拟现实显示器只是头戴型显示器而已。在这方面,每家公司的实现形式略有差异。

    其中,Oculus Rift需要通过Touch手柄来实现控制,手柄上内置了大量传感器,可以监测手部运动,实现特定操作。索尼Playstation VR则是通过PS Camera和Move手柄来实现运动追踪操作,相对来说稍微落后一些,毕竟这套解决方案早已存在。HTC Vive的运动追踪功能最为全面,通过在房间设置两颗激光追踪镜头来扫描头戴上、手柄上的激光传感器,以此实现场景式的追踪效果。

    眼动追踪

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    除了主流的头部、运动追踪,还有一些厂商另辟蹊径,希望带来更酷的、更逼真的虚拟现实体验,FOVE便是一个例子,它能够实现眼动追踪功能。具体来说,是通过在头戴显示器中加入红外追踪传感器,来追踪眼球移动,这意味着用户可以不必转头来移动视角,更符合现实生活中的感觉。

    另外,FOVE的眼动追踪还能够实现景深式体验,简单来说就像你的眼睛可以变焦(看愿景近景模糊、反之亦然),这种感觉无疑更加逼真,对于虚拟现实技术提升临场感具有巨大意义。

    小结

    虚拟现实技术目前尚处发展期,目前的第一代产品们还有巨大的改善空间。未来,头戴显示器必将更加轻便、逼真,可穿戴式的全身运动追踪系统也是一个值得期待的部分,超越现实,可能是虚拟现实技术的终极目标。

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