[翻译]虚拟现实的头戴式设备的视野原理

Posted 2020-08-06 zhangmiao14

文章英文原网址：http://vr-lens-lab.com/field-of-view-for-virtual-reality-headsets/

虚拟现实的头戴式设备的视野原理

对于VR，它做得最好的就是它对生活的变化，有一些关键因素需要调整的恰如其分。如果做得正确，开发者可以现在传递他通常设置。也就是说，把你带到你现实所在位置以外的能力，并欺骗你的头脑去相信它。

 

因素包括但不限于，高帧率、高屏幕刷新率、高分辨率、高像素填充密度、低持久性和视野（FOV）。本文将重点研究视野。

视野是什么？

视野，或者是在任何给定的时间内观察环境的程度，是虚拟现实的很重要的方面之一。现在更多用户有可能在体验中感受到更广泛的视野。FOV的两种类型共同构成了人类的视野。

单眼视野描述我们其中一个眼睛的视野。对于一个健康的眼睛，水平单视野在170°- 175°之间，角度是由瞳孔到鼻子构成，鼻角通常是60°- 65°，并且对于大鼻子的人鼻角比较小，而且从我们的瞳孔向我们头侧的普遍视野是更广泛的，通常是100°- 110°。

有趣的事实是，我们对不同的颜色有不同的视野。

 

双目视场被大多数人认为是两个单视野的组合。当他们结合后给人类提供的可视面积为200°- 220°。在两个单目视野重叠的部分为立体双目视野约114°，在那里我们能够感知东西处于3D。

在每天发生的大部分行为和虚拟现实头戴式设备中，沉浸式和现场式的立体双目视野有一个更广阔的视野是重要的。

深度知觉如何工作

我们的大脑理解我们周围世界的深度有3个极好的巧妙方法。如果我们对事物的大小有了解，我们基于它呈现给我们的大小对如何远离它有一个好的方法。例如，你站在旁边的一辆车会显得比在停车场的一辆车大。此外，在距离我们视网膜的距离更远的东西比那些靠近的东西移动更慢。

如果你看你的车窗，远处的树看起来几乎是静止的，但道路的迹象却很快，如果你眨眼你将错过它们。最后，我们的眼睛之间距离约64毫米，发送不同的图像到我们的大脑将把它们结合成一个单一的三维图像。图像之间的不一致越大，影响就越大，因此，靠近显示的对象有很多的深度而远离显示的对象可以显示为平面。

虚拟现实头戴式设备的视野因素

当VR视野的限制因素是镜头，不是瞳孔。为了得到一个更好的视野，你要么移近镜头要么增加镜头的大小。

像Oculus和HTC公司想让最轻最小的头戴式设备尽可能符合人体工程学原理。

下面是一些VR头戴式设备制造商的考虑。

 

你可以使用薄镜头使你的VR头戴式设备有光，但这将增加你需要从镜头到VR头戴式设备显示的距离，因此是头戴式设备（A）的大小。

你可以使用较厚的镜头（为了更强的放大倍率而具有较短的焦距）移动使显示更接近，但那些较厚的镜头在保持几何失真和色差控制下添加了新的工程挑战。由于强大的放大率，高分辨率的显示同样也需要避免或减少纱门的效果（可以看到单个像素）（B）。

 

另一方面，如果你想保持头戴式设备是固定大小的就需要增大VR头戴式设备镜头与用户的眼睛（C）之间的距离。这将减少视野而且我们现在看到的大多是厚透镜的小型头戴式设备，相当贴近用户的眼睛是不可取的（D）。

增加视野的另一种不同方式是使用更长直径的更大镜片，但这也有它自身的挑战。较大的镜片需要中间厚，这使它们更重。这个问题可以通过使用Fresnel透镜被克服，但第二个问题仍然存在，无论是什么样的镜头，较大的透镜会引入更多的光学畸变。

当你建立一个VR头戴式设备，你需要考虑视野最大化除去头戴式设备太大或太重以外的所有因素，为用户持续提供最佳的视觉体验。

Oculs、HTC 、Starbreeze和Wearality关于视野问题目前使用的解决方案

Oculus，在很大程度上被认为是在VR头戴式设备游戏的领导者，在他们的开发包中使用标准的放大镜，它接受一个接近90度的视野，用大量的图像畸变创建使得当你移动你的眼睛时眼睛远离中心。

他们已经投入了大量的时间和金钱到自定义混合式的透镜。他们增加了机械的瞳距（IPD），无论他们的眼睛之间的距离，使每个人都得到最清晰的图像成为可能。

这篇文章中写到的HTC尚未展示出他们的头戴式设备的消费者版本，但他们在原来的开发包和更新预开发工具包中也使用了Fresnel透镜。

Fresnel镜片是凸的，它产生光线的方法是从脊反射到屏幕并且在图像上创造了一种光环。在早期的包中有一个方法被称为Mura，使图像看起来被超薄黑色亚麻材料覆盖。

而光线伪影仍然在新的预开发工具包中，HTC已经增加了一些被称为Mura的方法用来修正图像锐化。似乎很有可能他们将带来更多的改进为他们的最终的消费类型包，但时间会说明一切。Vive Pre和合适的最终消费者Vive提供约90度的水平视野。

一家名为Wearality的公司，不从事电脑头戴式设备游戏（至少不是这样写），带来了被誉为一种在透镜技术上有突破的Kickstarter并把镜片放在支持VR设备的紧凑的手机上。他们的突破是弯曲fresnel镜片以增加视野到150度。报告的有效性不同，但大多数是积极的，但声称光线伪影是很明显的。

最后，游戏制作公司Starbreeze.Starbreeze购买了一家名为Infiniteye使用两个屏幕代替一个屏幕的VR头戴式设备的公司。

设置在风景模式下的屏幕上的风景在中心角并且伸展到佩戴者头部的侧面。一些高度定制的镜片可以允许用户的眼睛观察到这些额外的视野。

虽然这给了Starbreeze更多逼真的视野，但它也有一些平衡。更多的屏幕空间意味着达到相同的结果需要更多的渲染力。

鉴于Oculus和HTC需要顶尖的电脑去启动头戴式设备，按理说，实现和Starbreeze头戴式设备相同的质量水平将需要一个更强大的计算机。虽然目前还没有在发布日期提到Starbreeze头戴式设备，但是这只是他们准备把它推向市场的时间问题。