VR究竟是如何工作的?

时间:2017-05-15 http://www.longtuedu.com.cn 作者:中清龙图教育

也许这一两年你听了很多关于VR的传说,比如当你带上VR设备时,你就能够置身Bigbang演唱会现场,你就能够“亲临”欧冠,是不是听起来很厉害的样子。对于这是如何实现的相信大家都不太了解,那么今天我们就来研究一下VR究竟是怎样工作的。

我们将从最基础的部分说起,和大家聊聊,VR究竟是如何工作。

Oculus、索尼、HTC、三星和谷歌的VR设备通常需要三个部分:1台PC/游戏机/手机(用于运行应用或游戏)、一个VR头盔(自身带屏幕或使用手机屏幕充当屏幕)、一个交互工具(有可能是手柄、手套、语音)。

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真正的沉浸感是指,我们体验VR游戏或者其他VR內容的时候,它给我们的感觉非常真实,能够让我们忘记VR头盔以及手柄这些配件。真正的沉浸感怎么实现?像Oculus Rift和PS VR等这些VR设备,也叫做HMD头戴显示器。即使在这个时候,没有音频,没有追踪设备,将一部智能手机放到像Google Cardboard中,戴上它,你也能够感受到半沉浸的感觉。

硬件的目标是再现现实,没有任何边界阻隔的3D虚拟环境,你不会再被电脑屏幕或者电视机屏幕阻隔在外。无论你看哪个方向,你都能够看到接近现实的环境。像HTC Vive和Oculus Rift等这些VR设备,视频是从PC或者游戏主机发送到头盔上。而像三星Gear VR和谷歌即将到来的Daydream VR,它们所需要的內容则全都在智能手机上。这时候的智能手机同时承担了PC和VR屏幕的功能。

VR头盔有的时候会用一块屏幕,有的时候会使用两块LCD屏幕。用户的眼睛和像素之间通常有镜片隔离,这就是为什么VR设备也被称为护目镜。在某些情况下,眼镜可以进行调节,以匹配不同用户使用。这些镜片会聚焦或者重塑每只眼睛看到的图片,并通过调整两张2D图片来创建一个立体3D图像。

另一个增强沉浸感的办法是,增加视野,也就是说,你戴上眼镜后能够看到的画面尺寸。一个360度屏幕价格可能太贵,而且没有必要。当前大部分VR设备提供的是100度或者110度视野。

说到视野,顺便说一下刷新率,要减少运动症和避免掉帧,那屏幕刷新率至少达到60fps。Oculus Rift为90fps,索尼PS VR目前刷新率最高,达到120fps。

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【头部追踪】

头部追踪是指,当你佩戴VR设备时,无论你是抬头、低头、向左、向右看,画面都会非常自然的跟随你的头部发生转移。

与一个系统叫做6DoF(6度自由?)将你的头部标绘在XYZ轴上,然后追踪你的所有头部运动,包括前伸、后缩、左右转动、抬头、低头等全部动作。一般情况下,头部追踪系统需要用到以下几个零部件:陀螺仪、加速计以及磁强计。索尼PS VR的周边设置了9个LED追踪器来进行360度位置追踪。

头部追踪对低延迟要求非常高,最好在50ms以下,延迟低意味着我们转头的时候,画面切换迅速,不需要我们等待。Oculus Rift的延迟为30m,令人印象深刻。如果延迟长的话,也会影响到运动追踪设备的输入。

最后,耳机也能够增加沉浸感。3D音频能够让人感觉到声音传来的方向,究竟是从左边还是右边传来,或者从头顶上传来。

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【运动追踪】

许多科技公司目前正在研发运动追踪技术,我们在玩VR的时候,第一件事是想在虚拟世界里找到自己的手。就像我们使用电脑,首先会想找到鼠标光标。

我们曾经见过一些Leap Motion配件,它主要是使用红外传感器来追踪手部运动。我们也曾经使用Kinect 2摄像头来追踪我们摇摆的身体。现在,索尼、HTC以及Oculus给我们带来了新的输入交互方式。

Oculus提供了Oculus Touch无线手柄,HTC提供了HTC Vive手柄,通过这些手柄,你变能够与VR世界交互,比如玩射击游戏,你可以按下手柄上的按键即可发射子弹。

对了,顺便提一下,HTC Vive还有一个房间追踪系统,原理也很简单:在房间的对角线上安装好两个小小的黑盒子 Lighthouse ,当你戴着头显转动时,Lighthouse 发射出来的激光与头显以及手柄上无数个传感器相接收,经过高精度的计算后,准确的探测你的位置和动作变化。

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【眼部追踪】

眼部追踪是一项目前大多数VR设备还无法达到的技术水平,除了 FOVE VR之外。FOVE VR配备有一个红外传感器追踪你的眼睛,感知你眼睛正在看的方向,正在聚焦的对象。这会更大程度的增加你的沉浸感和临场感。

如果在VR头戴设备中虚拟世界,一切都很清晰,这不符合我们在现实中看物体的情况。在现实中,如果我们聚焦某一个物体对象,那么背景就会虚化、模糊。如果以后实现了眼部追踪,那就意味着我们在VR中看画面将更加接近真实世界。

通过上面对VR原理的介绍,是不是我们一下就恍然大悟。其实高大上的VR也不是传说中那样神奇。




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