VR显示技术与4维光场解读:VR设备真正的杀手锏

2016-5-26 13:39| 发布者: VR先知| 查看: 1582 |来自: baiduvr

摘要: 双目视差你的左右眼分别看到不一样的景象,当你的大脑处理这两个影像的时候,双目的视差会给你带来景象的深度信息。动态视差当你左右摇晃脑袋的时候,离你近的景物比离你远的景物会移动地更迅速一些,因此VR显示器可 ...

双目视差

你的左右眼分别看到不一样的景象,当你的大脑处理这两个影像的时候,双目的视差会给你带来景象的深度信息。


动态视差

当你左右摇晃脑袋的时候,离你近的景物比离你远的景物会移动地更迅速一些,因此VR显示器可以利用此特性将深度信息加入进来。


双目遮挡

某个景物在场景的前方,因此会遮挡住后方其他的景物,这就造就了景物根据距离的自然排列。因此,假如一部分遮挡信息同时进入双眼,大脑就会产生相应的深度信息。


视觉辐辏

当你的眼镜注视某个物体时,离你越近的景物,越会被眼睛向内翻转(收敛),以保证其在视域的中心;离你远的景物,会被眼睛向外翻转(发散),直到无限远。翻转量使得大脑可以计算出景物的深度信息。


为了更好地利用以上特性,大多数VR显示器分别对每只眼睛显示单独的图像。假如这些图像与头部的运动同步地调整与显示,则可以创造人眼可以承受的视觉深度信息。



然而,即使像上述那样欺骗大脑创造出了有深度信息的图像,你的大脑依旧会发现一些地方不对劲。视觉辐辏与另一个深度要素息息相关:焦点调节。当你聚焦于近处的景物,晶状体收敛性调节;当你聚焦于远处的景物,晶状体发散性调节。大多数VR头显并没有将焦点调节考虑到其中,导致全部的图像一直处于某一个聚焦的状态,但是你的晶状体却会随着立体影像不断聚散。



你的大脑极其反感这种情况,这种所谓“视觉辐辏调节冲突”便会导致视疲劳、重影、头疼、恶心等一系列症状,最严重的是,这还有可能导致儿童发育中的视觉系统的病变。


那么此时,有个方法可以解决这些问题:4维光场技术。


什么是光场?

简单的说,光场是空间中同时包含「位置」和「方向」的四维光辐射场的参数化表示,是空间中所有光线光辐射函数的总体。其两个主要应用方向是「光场拍摄」和「光场显示」,第一种需要记录下来整个空间的所有信息,第二个则是需要将这些信息完整地复现出来。通俗地说就是在空间内任意的角度、任意的位置都以获得整个空间环境的真实信息,用光场获得的图像信息更全面,品质更好。


什么是4维光场?

空间中一束光的「位置+方向」信息,需要5个维度的坐标来确定---位置需要「X,Y,Z」三个维度(三维坐标系中的点),方向需要「θ,φ」两个维度(三维坐标系中,θ角是某点与原点构成的直线在XY平面的投影与X轴的夹角,φ角是某点与原点构成的直线在XZ平面的投影与Z轴的夹角)。在计算中,每多一个维度,就会将计算量大大提高,因此要尽量降低维度,所以使用了一个简单的模型,即利用某条光线与其穿过的两个平面的交点,来表示这条光线的位置与方向,假设这两个交点在各自的平面的坐标是(u,v)和(x,y),则这条光线的坐标就是(u,v,x,y),巧妙地从5维降为4维。



为了理解什么是4维光场,以及它何如工作,我们可以从它的实际应用聊起,即4维光场相机,简称“光场相机”。Lytro是光场相机品牌中最优秀的之一,对于Lytro相机原理的解释,有个有趣的比喻:它就好像把一大簇迷你相机捆在一起,同时从一个场景的多个视角捕捉光线信息,当捕捉到每束光线的方向信息后,使用一系列数学方法重建一个数字光场,还原出一个趋近于真实世界的光场。


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2016-4-26 19:39 上传


现在你可以使用光场相机从各个角度捕捉图像了,将光场信息从VR头显输出,便可以有效缓解“视觉辐辏调节冲突”和“晕动症”等等这些问题了。不过,仅仅是“缓解”,而不是“解决”。光场技术仍属于起步阶段,从各个方面还不够成熟,从「捕捉」到「显示」,要解决的问题还太多太多,任重而道远。

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