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玩具还是高科技?一张图看懂VR透镜原理

为什么市面上的手机VR从几元到几百元不等? 谷歌 Cardboard 为什么仅仅凭几张硬纸板就可以组成VR?VR究竟是高科技产品还是简单的塑料玩具?如果你对VR还不甚了解,请跟小编一道去揭开它并不神秘的面纱。

VR ?“一叶障目” 而已

VR(虚拟现实)说来复杂,但最核心的一点就是要有视觉上的“沉浸感”,让画面内容完全覆盖你的视野,不被现实环境所干扰,仿佛沉浸在另外一个世界当中。

要做到视野全覆盖,最简单的方法就是 “一叶障目”:小小的手机屏幕,只要离眼睛足够近,完全遮蔽视线,保证只能看到屏幕上的内容,就基本达到了这个要求。好了,这就是手机VR了。

你开玩笑呢吧?

呵呵,是的。

这当然还算不上VR。不过让我们先从这里开始,看它是如何演变成VR的。首先,直接把屏幕放到眼镜前面带来的最大问题就是…

咋看不清?!

我去,你还真试啊?!

好了,虽然你的智商捉急,但眼睛还是正常的。人眼瞳孔后有个晶状体,相当于一个透镜,光线通过它的折射在视网膜上成像,这样你就能“看见”了。为了看清不同距离的物体,晶状体需要通过调节厚度来改变焦距。物体离眼球越近,所需焦距就越短,晶状体就需要变得越厚。然而,晶状体的调节范围是有限的,当物体在7cm以内的时候,就很难看清了…

晶状体做不到啊!

9块9的VR,核心部件是什么?

当晶状体无法调节时,就要借助凸透镜。手机屏幕的位置在其焦距F以内时,光线通过透镜和晶状体的2次折射,就可以在视网膜清晰成像了。

这时我们看到的是一个放大的虚像。虚像不是指图像虚化,而是指看到的像并不是由实际光线达到形成,而是其反向延长的焦点,物理名词儿。算了,简单说来…

它就是个放大镜!

没错儿,它确实就是个放大镜。

在某宝上只要花上几块钱,就能买到。对于Carboard,最核心的部件就是这两块放大镜。实际上,VR也会采用更加轻薄的菲涅尔透镜,与普通透镜效果一样,只是表面刻录大小不一的螺纹,减小了厚度。

真的只要9块9!

只是透镜?远远不够…

透镜基本解决了近距离对焦的问题。为了有更好的沉浸体验,使用大透镜可以带来更大的视场角(Fov),即视野范围。

但当我们屏幕大小有限时,透镜过大就会看到屏幕的边缘。因此,在保持透镜一定大小下,采用焦距更小、中间更厚的透镜,也能增大视场角。

镜片越厚,视野越宽!

焦距小了,屏幕离透镜(眼睛)的距离也更近,整个VR头盔的厚度就能减小,这对于实际佩戴体验意义重大。(通常VR采用单片透镜,此处不考虑成组镜片的情况。)

普通的VR头盔可以近似看做一个杠杆,我们头面部感受到的压力不仅和产品的重量有关,也和厚度有关,头盔越厚,我们感受到的实际压力就越大,佩戴越不舒适,体验时间也就更短。

镜片越厚,产品越薄!

然而,小焦距的厚透镜也会带来一个大问题,就是图形畸变和像差。

就像我们使用超广角镜头拍照一样,小焦距的透镜会加大图形的橦形畸变,图像边缘的图像质量也会变差。(通常会用系统算法让屏幕成像时先反向畸变,从而进行修正。)

镜片越厚,畸变越大!

什么才是真 VR ?

以上我们仅仅从透镜的成像角度,简单解释了VR的视觉原理。然而,真正的VR远没有这么简单。它还需要有独立的运动传感装置和系统算法。

当我们体验一个全景画面时,仿佛站在一个球面的中心。眼睛的“四下张望”,看到的就是球面的一个局部。

此时,传感系统可以捕捉头部运动轨迹,再通过算法程序决定抽球面的哪一部分内容,放到屏幕让你看!

如果这个处理时间太长,画面的变化就会有延时,甚至出现明显的拖影现象,让我们感到头晕不适。咳咳,广告一下!多哚VR就采用了高精度9轴传感器,1000Hz采样率,并带有自主研发的预判算法,极大降低延时,有效减轻了眩晕感。

真VR:传感器+算法

所以,如果你的VR只是两块“放大镜”,没有芯片、传感器和预判算法,那你还不算体验过真正的VR。想升级你的“放大镜”吗?快来参加多哚“以旧焕芯”吧!具体内容,详见店铺信息。

责任编辑: 鲁达

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