虛擬現實的頭戴式設備的視野(FOV)原理


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對於VR,它做得最好的就是它對生活的變化,有一些關鍵因素需要調整的恰如其分。如果做得正確,開發者可以傳送。也就是說,把你帶到你現實所在位置以外的能力,並欺騙你的頭腦去相信它。

因素包括但不限於,高幀率、高屏幕刷新率、高分辨率、高像素填充密度、低持久性和視野(FOV)。本文將重點研究視野。

 

視野(FOV)是什么?

視野,或者是在任何給定的時間內觀察環境的程度,是虛擬現實的很重要的方面之一。現在更多用戶有可能在體驗中感受到更廣泛的視野。FOV的兩種類型(單眼視野和雙眼視野)共同構成了人類的視野。

①單眼視野描述我們其中一個眼睛的視野。對於一個健康的眼睛,水平單視野在170°- 175°之間,角度是由瞳孔到鼻子構成,鼻角通常是60°- 65°,並且對於大鼻子的人鼻角比較小,而且從我們的瞳孔向我們頭側的普遍視野是更廣泛的,通常是100°- 110°。

有趣的事實是,我們對不同的顏色有不同的視野。

②雙眼視野被大多數人認為是兩個單視野的組合。當他們結合后給人類提供的可視面積為200°- 220°。在兩個單目視野重疊的部分為立體雙目視野約114°,在那里我們能夠感知東西處於3D。

在每天發生的大部分行為和虛擬現實頭戴式設備中,沉浸式和現場式的立體雙目視野有一個更廣闊的視野是重要的。

 

深度知覺如何工作?

我們的大腦理解我們周圍世界的深度有3個極好的巧妙方法。如果我們對事物的大小有了解,我們可以根據它看上去有多大來了解它有多遠。例如,你站在旁邊的一輛車會顯得比在停車場的一輛車大。此外,在距離我們視網膜的距離更遠的東西比那些靠近的東西移動更慢。

如果你看你的車窗,遠處的樹看起來幾乎是靜止的,但路標移動卻很快,如果你眨眼你將錯過它們。最后,我們的眼睛之間距離約64毫米,發送不同的圖像到我們的大腦將把它們結合成一個單一的三維圖像。二眼發送的圖像之間的不一致越大,影響就越大,因此,靠近顯示的對象有很多的深度而遠離顯示的對象可以顯示為平面。

 

頭戴制造商的對FOV的考慮

VR 視野(FOV)的限制因素是鏡頭,不是瞳孔。為了得到一個更好的視野(更大的FOV),你要么移近鏡頭要么增加鏡頭的大小。

像Oculus和HTC這樣的公司出於人體工程學的原因,希望生產最輕、最小的頭戴。

增加FOV的方法一 :移近鏡頭

A:你可以在你的vr頭戴里使用薄鏡片,使得頭戴變輕,但是這將增加從鏡頭到vr頭戴顯示器的距離,從而增加頭戴的大小。

B:你可以使用厚點的鏡頭並且使鏡頭和顯示器的距離變近(厚鏡頭焦距較短,放大效果更強)。但是這些較厚的鏡片增加了新的工程挑戰,控制幾何畸變和色差。

  由於放大效果較強,因此也需要更高分辨率的顯示器,以避免或減少紗窗效應(紗窗效應是由於分辨率不足,人眼直接看到顯示器的像素點,就好像隔着紗窗看東西)。

C:如果你想讓頭戴保持固定大小,另一個選擇是在VR頭戴鏡頭和用戶眼睛之間增加更多距離

D:這減少了視場,也是不可取的,所以我們現在看到的大多是較小的頭戴,鏡片較厚,離用戶的眼睛相當近。

增加FOV的方法二: 使用直徑更長的鏡片

  ①較大的鏡片需要中間更厚,這使它們更重,這個問題可以通過使用Fresnel透鏡被克服。

  ②不管使用什么鏡頭,鏡頭越大就需要使用越多的光學畸變

當您構建虛擬現實頭戴時,您需要考慮所有這些因素,以使FOV最大化,而不會使頭戴太大或太重,並為用戶保持最佳的視覺體驗。

 

Oculus, HTC and Pimax當前使用的解決方案:

Oculus在很大程度上被認為是VR頭戴游戲的領先者,它在開發工具上使用了標准放大鏡,它允許大約90度的視場,用大量的圖像畸變使得當你移動你的眼睛時眼睛遠離中心。

他們已經投入了大量的時間和金錢到自定義混合式的透鏡。他們增加了機械的瞳距(IPD),無論他們的眼睛之間的距離,使每個人都得到最清晰的圖像成為可能。

這篇文章中寫到的HTC尚未展示出他們的頭戴式設備的消費者版本,但他們在原來的開發包和更新預開發工具包中也使用了Fresnel透鏡。

 

Fresnel鏡片是凸的,它產生光線的方法是從脊反射到屏幕並且在圖像上創造了一種光環。在早期的包中有一個方法被稱為Mura,使圖像看起來被超薄黑色亞麻材料覆蓋。

而光線偽影仍然在新的預開發工具包中,HTC已經增加了一些被稱為Mura的方法用來修正圖像銳化。似乎很有可能他們將帶來更多的改進為他們的最終的消費類型包,但時間會說明一切。Vive Pre和合適的最終消費者Vive提供約90度的水平視野。

一家名為Wearality的公司,不從事電腦頭戴式設備游戲(至少不是這樣寫),帶來了被譽為一種在透鏡技術上有突破的Kickstarter並把鏡片放在支持VR設備的緊湊的手機上。他們的突破是彎曲fresnel鏡片以增加視野到150度。報告的有效性不同,但大多數是積極的,但聲稱光線偽影是很明顯的。

最后,游戲制作公司Starbreeze.Starbreeze購買了一家名為Infiniteye使用兩個屏幕代替一個屏幕的VR頭戴式設備的公司。

設置在風景模式下的屏幕上的風景在中心角並且伸展到佩戴者頭部的側面。一些高度定制的鏡片可以允許用戶的眼睛觀察到這些額外的視野。

雖然這給了Starbreeze更多逼真的視野,但它也有一些平衡。更多的屏幕空間意味着達到相同的結果需要更多的渲染力。

鑒於Oculus和HTC需要頂尖的電腦去啟動頭戴式設備,按理說,實現和Starbreeze頭戴式設備相同的質量水平將需要一個更強大的計算機。雖然目前還沒有在發布日期提到Starbreeze頭戴式設備,但是這只是他們准備把它推向市場的時間問題。

 

 


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