VR头显是如何骗过你大脑的

2016-5-26 13:34| 发布者: VR先知| 查看: 1578 |来自: 为之网

摘要: VR设备是如何构造出一个虚拟的世界?可穿戴的高科技设备是如何欺骗你的大脑,当你撞上厨房的柜台的时候却让你觉得你是站在火星上?在这里我们将向您解释VR头显是如何在现实环境下构造出一个虚拟的世界。让我们从一些 ...

VR设备是如何构造出一个虚拟的世界?

可穿戴的高科技设备是如何欺骗你的大脑,当你撞上厨房的柜台的时候却让你觉得你是站在火星上?

在这里我们将向您解释VR头显是如何在现实环境下构造出一个虚拟的世界。让我们从一些基础设备开始讲起。


主流头显市场已经被Oculus, Sony, Sumsang 和Google等大公司占据,此类头显通常需要三部分协同工作使它运转起来:


第一,PC或者智能手机运行APP;
第二,固定在你的眼前的头显(或是手机屏幕);
第三,其他输入设备——头部追踪设备,控制器,手部追踪设备,声音输出设备,或是触控板等等。

VR沉浸式体验设备大体上是朝着这样的方向努力的——将虚拟现实的体验变得尽可能真实,以至于让我们忘记我们在使用着电脑,头显和配件,忘记我们在真实世界中的真实感受。我们不禁发问,他们是如何做到的呢?


基础设备


VR智能硬件的目标是模拟出身体的形状以及无边界限制的3D虚拟环境,我们通常把电视或者电脑屏幕和VR智能硬件设备连接起来,因此无论你往哪个方向看,电脑屏幕都会在你眼前。这不同于AR设备,AR设备让你看到的画面是真实的世界。


视频通过与高清晰度多媒体接口连接的导线从计算机传输到像HTC Vive和Oculus Rift头显设备中,而对于Google Cardboard和Samsung Gear VR已经把智能手机内嵌到头显设备中。


在VR头显设备结构中,你的眼睛和外面显示的画面中间会有一个镜头,这就是VR头显的镜头通常被称作护目镜的原因。在某些情况下,眼睛和护目镜之间的距离可以根据个人的情况或是喜好而调整。


这些镜头焦点通过角度加工的方式把2D平面图像做成3D立体图像,并且模拟人眼的工作方式和观察方式使得我们看到的世界和真实的世界稍有不同。你可以尝试闭上一只眼睛,然后看别人从这个角落走到另一个角落里去,你就能感受到VR头显的效果。


VR头显可以增强沉浸效果的一个重要的方法就是增加VR眼镜的视野。一个可以看到360度的显示屏可能对于VR头显来说太昂贵并且意义不大。而最顶级的头显是让用户能够有100度或者110的视野就好,这样的视野足够来模拟一个虚拟的情景。


用户实际观察到的VR图像是最具有说服力的,为了避免VR设备工作延迟和用户感觉不适,图像的最小帧速率大约为60帧/秒,而现在的VR头显的性能远远超过了这个最低要求,Oculus可以达到90帧/秒的水平,PS VR可以达到120帧/秒的水平。


头部追踪设备


头部追踪设备作用是,当你戴上VR头显时,你眼前的画面会随着你向上下看、左右看、转头看而移动。一款叫6DoF (6 degrees of freedom)的系统可以根据你头部的运动情况和视野情况来绘制视线中的X,Y,Z轴。


有一些内部组件可以在头部追踪设备中使用,例如陀螺仪、加速度计和磁力计。PS VR使用9个发光二极管安装在头显的周围,得益于外部PS4摄像头监控这些信号,发光二极管会感应到用户头部的活动信息并且能够得到360度的视野。Oculus公司研发的头部追踪设备有20个二极管,但它们都没有光亮。


头部追踪技术需要的低延迟率还是有效的,我们通常说当我们转头或是画面的环境变化时,在50毫秒以内的延迟我们一般都能检测得到。Oculus Rift可以将延迟降低到30毫秒。延迟也可能是任何运动追踪输入设备的通病,例如PS移动式控制器,可以用来测量我们的手和手臂动作。


最后,耳机可以用来增加沉浸感。APP和游戏开发人员研发的头部追踪技术有效地利用了3D音效,并且这个能让VR设备穿戴者感觉到声音从后面从侧门或是从远处传来。


运动跟踪设备


头部追踪设备的一大优势就是,尚未发行的优质头显有超过Google Cardboard的潜质。然而,喜欢大型VR设备的玩家仍然更偏爱运动追踪设备。 当你戴着VR头显向下看时,你可能想要做的第一件事就是在虚拟的空间中看看你的手掌的模样。


曾经有一段时间,我们见过Leap Motion的配件——它使用一个红外传感器来跟踪手部动作,绑在Oculus公司开发套件的前面。我们也做过使用2个Kinect摄像头来跟踪我们身体摇摆的实验。但是有了一些令人感到兴奋的输入设备,比如说Oculus Rift,HTC Valve和Sony系列等。


Oculus Touch是一套无线控制器,该设计会让你觉得你在使用自己的双手实现VR操作。你抓住每一个控制器同时使用按钮、摇杆,在vr游戏中触发相应的事件。因此,举例来说,扣动手枪扳机这个动作,该设备上会设计出一系列的矩阵来检测你的手势动作,例如用枪指的动作和移动枪等一系列动作。


与Valve Lighthouse位置追踪系统非常类似的是为HTC Vive头显所设计的HTC的控制器。它涉及到2个可以使用激光进行扫描的设备。根据发射的激光被安装在头显和手持控制器上的光电传感器所感应到的时间,我们可以检测出用户的头和手的精确位置。跟Oculus Touch一样,这些还配置了物理按钮,令人不可思议的是你可以在同一个空间中使用两套Lighthouse系统来追踪多个用户。


眼动追踪设备


眼动追踪设备可能是VR设备中的最后一块拼图。它对Rift, Vive 或者 PS VR都不适用,但是它在日本FOVE公司推出的设备中起到十分重要的作用,并且前景令人十分看好。那么问题来了,它是如何进行工作的呢?


事实是这样的,头显内部的红外线传感器监控用户眼睛的运动以便于FOVE设备能及时检测到用户的目光朝向。这么做的主要好处是可以更精确地反馈你目光朝向的地方,这就使景深更逼真。


头显还需要高分辨率的显示器,以避免用户会看到一些模糊不清的网格棱角。因此我们应该致力于尽可能地把VR图像变得更加栩栩如生。如果没有眼动追踪设备,那么我们只能通过头部的转动来改变视野中的景象,这种场景模拟的效果可能差一些,因为这样并不能把人类眼睛转动的生理和心理状态表现出来。


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