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VR头盔产品镜片评测-leyu乐鱼全站app

企业新闻 / 2021-11-25 01:14

本文摘要:虚拟现实设备自从去年至今,仍然是消费电子领域炙手可热的产品,特别是在Oculus被facebook以矮小20亿美金并购后,完全所有科技巨头皆开始牵涉到VR领域,国内各类型的VR眼镜(头盔)公司也如雨后春笋般的转入人们视野中,这些公司中除了少数有独立国家显示屏外,绝大部分都以手机作为媒介,这可以更进一步减少价格,从而推展VR产品较慢转入市场。值得一提的是,国内早已有公司发售了不仅具有独立国家显示屏,还带上手机模组的VR头盔,即正在淘宝众筹的星云Nebula。

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虚拟现实设备自从去年至今,仍然是消费电子领域炙手可热的产品,特别是在Oculus被facebook以矮小20亿美金并购后,完全所有科技巨头皆开始牵涉到VR领域,国内各类型的VR眼镜(头盔)公司也如雨后春笋般的转入人们视野中,这些公司中除了少数有独立国家显示屏外,绝大部分都以手机作为媒介,这可以更进一步减少价格,从而推展VR产品较慢转入市场。值得一提的是,国内早已有公司发售了不仅具有独立国家显示屏,还带上手机模组的VR头盔,即正在淘宝众筹的星云Nebula。当然,笔者之所以不会注目到星云Nebula,主要还是因为其使用了非球面双凸型透镜及弯月型透镜双镜片的镜片组方案。

目前VR头盔的价格差距相当大,从只要几美元的谷歌Cardboard,到预计售价350美元的Oculus消费者版本,但他们的原理基本相同,最主要的部件都还包括屏幕,陀螺仪,光学镜片以及一些塑料部件。其中对用户沉浸于感觉影响仅次于的部件是两对光学镜片。在各类型的智能硬件中,大部分元件都是电子元器件,很少包括光学元件。

更为艰难的是,评价其质量的指标无法用少见的内存大小,主频强弱,内核的数量等很直观的指标来取决于。看起来非常简单的两个圆形镜片想超过理想的光学效果,也包括深奥的学问。笔者曾体验过多款VR头盔,对该领域更为有兴趣,加之是光学专业科班出身,工作中常常必须设计各类型的光学系统,在研究综合目前国内外少见的几款VR头盔产品后,对VR头盔中的最重要元件镜片做到非常简单分析,并得出自己的一些看法,期望对VR爱好者在产品时能有所糅合。

非常简单来说,VR头盔的两个镜片可以看作两个完全相同的放大镜,如下图1光路剖面图右图,人眼正处于左侧实线与光轴的焦点处,中间的为双凹镜片,右侧为屏幕,由于镜片有刀柄光线的起到,人眼看见屏幕最上方x方位,而给人的感觉是沿着虚线从更高的方位转入人眼的,好像把屏幕缩放到了x’的那么大,VR头盔特别强调的沉浸于感觉,一方面各不相同屏幕的大小,另一方面各不相同镜片刀柄光线的能力。因此,就引向了可视角(FOV)的概念,这也是广大VR厂商常常宣传的一个参数。FOV目前主要厂商声称的FOV统计资料如下:可以显现出,大部分厂商的FOV都在100°左右,但笔者指出这个参数并没十分大的实际价值。首先,不像内存或硬盘的大小,FOV没一个可以具体测量的方法,厂商否不会虚标用户无法确认;第二,人在仔细观察不正处于视野中心的目标时,更加偏向于转身,而不是斜眼看。

提到百度一张人眼视角的示意图2可见,人眼水平仅次于视角甚至可以多达180度,而单眼舒适度视角只有约60度,在这个方位内人眼视力最脆弱,多达了这个范围人会本能的转身。所以大家不用过于纠葛于该参数的大小,而更加应当注目60度中心区域内的图像的明晰程度,以及实际用于配戴的感觉。一般来说,镜片尺寸越大,人眼不会就越不更容易注意到透镜边缘,沉浸于感觉更佳,用户可以更为直观的较为该参数,目前绝大多数VR头盔镜片的尺寸都在50mm左右。清晰度作为VR界的标杆,DK1在初期镜片边缘图像的清晰度经常被用户诟病,这正是由于光学设计中的轴外像劣所致。

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为了准确的测试DK1镜片光学设计的质量,本人曾多次委托浙大光学系由的老师在专门用作测量镜片光学质量的设备,传递函数(MTF)测试仪上定量的测量过其光学质量,从分析结果上看,离开了中心区域不远一些,其光学质量就大幅度上升。这就只不过我们用于质量一般的放大镜时会找到,边缘图像的会变模糊不清,其原因在于受到轴外像劣的影响。

目前绝大多数公司的处置方法是将透镜前后两个面都做到非球面设计,如下图右图,尽量减少轴外像劣,提升边缘图像的像质。目前塑料镜片的压模工艺早已十分成熟期,可以压制出有光学质量十分低的塑料镜片,因此像DK2等都使用了双面非球面的设计,用户可以注目VR头盔的镜片如果使用了非球面设计,在清晰度上一般不会远高于非球面。当然,意味着有杰出的光学设计也是过于的,生产工艺业对镜片质量的稳定性也有很高的影响,因此,如果VR厂商需要谋求大的代工厂为其加工镜片,也是对产品质量的确保之一。色差现在绝大部分的VR头盔在用于时候都会在边缘区域(边缘方位)经常出现红绿蓝的色边,也就是色散现象,这在用于低折射率材料时很更容易经常出现,就看起来白光在经过棱镜后会被分为五颜六色的光线。

在DK1中,该现象最为显著。从光学设计的角度来说,必须两种或更加多的材料才能避免色散,因此原理上来说单镜片(一种材料)是无法解决问题的,DK2为了解决问题该问题,在图像表明之前,再行用软件做到了一个忽略的颜色补偿,如图4右图,基本解决问题了该问题。该方法意味着是在软件层面做到了修正,但不会对图像清晰度导致一定影响,而且图像上的每一个像素都必须做到一次偏移色散的处置,减少了硬件开销,不会减少图像的帧亲率。

最差的方法是使用多组材料有所不同的镜片构成消色差镜组,用光学的方法避免色边。这在镜头设计中已十分成熟期,如复消色差物镜(Apochromaticobjective),需要几乎避免图像的色差。畸变畸变用通俗的话来说就是图像变形变形,流露出中间半部(桶形畸变)或是凸起(胜畸变),这也归属于像劣的一种,是由于进瞳(也就是人眼)正处于光学系统中的前后方位有所不同导致的,对球面镜片来说,该像劣是不可避免的,如下图左侧图右图,并且随着FOV的减小,边缘图像畸变不会更为显著。为了解决问题该问题,目前少见的方法是使用非球面的设计,如下图右右图,它可以大大降低图像的畸变,而且还能大大减低镜的重量,这也是目前高度数眼镜片仍然如瓶底那么薄的原因。

但由于单片式的镜片需要用来优化的参数极为受限,在符合提升清晰度,减小FOV的情况下就很难同时又符合避免畸变的目的。如何折衷三者之间的利害就沦为了镜片设计者所要重点注目的。鉴于目前的VR头盔方案都糅合于DK2,从它的方案由此可知,它使用的依旧是类似于避免色散的方法,在图像呈现出在使用者之前,再行做到一次桶形畸变借以抵销镜片带给的枕形畸变,如图6右图,从而使使用者感觉将近由于镜片畸变导致的不真实感,经过分析DK1的SDK由此可知,其内部设置了4个畸变系数(k0~k3),构成一个畸变补偿方程,通过掌控这四个量的大小来兼容有所不同畸变程度的镜片,从而超过该SDK标准化有所不同镜片的目的。但这种方法也有一定缺失,由于图像在表明中边缘的图像就早已被传输了,因此经过透镜后虽然避免了畸变,但遗缺的信息无法完全恢复,不会出有清晰度的上升问题,并且因为每一帧都要经过软件的后处理,对硬件性能的拒绝更高。

最差的方式为镜片不要产生畸变,从而省略该预处理步骤。白内障调整目前中国的白内障发生率已多达33%,在高中以上的人口中更高约70%,而VR头盔的用于人群都集中于在高学历人群中,他们在用于时如果不配戴眼镜,往往看不清屏幕上的文字,更加谈不上体验所谓的沉浸于感了,因此不会减少VR设备的普及度。目前国内的VR头盔都声称不影响400度甚至更高的白内障。

回应本人是深表猜测的,Oculus解决问题该问题的方法是配上了3两组有所不同度数的镜片,从光学原理上相等于有配上了三组有所不同视力的眼镜片,而国内的VR头盔大都只有一组镜片,往往使用两个方法解决问题白内障问题:一种是配戴眼镜,然后再行戴着头盔,该方法更为“非常简单蛮横”,显然解决问题了白内障问题,但沉浸于感觉大大巩固,因为人眼无法凑近镜片,而且同时戴着两副眼镜的方案也十分僵硬。另一种是不戴眼镜,而是将屏幕或是手机附近镜片,这相等于白内障者凑近屏幕看屏幕上的东西,这也不会减少沉浸于感觉,因为屏幕边缘的图像相等于被移入了画面,白内障者不能看到中间部分的图像,外侧的被裁掉了,该方法的另一个缺失是白内障者更容易看见像素,经常出现DK1中所谓的纱窗效应,此外,如果使用者左右眼白内障度数有所不同,该方法也无法解决问题。然而知道没别的更佳的方法了吗?笔者指出不然,只不过该方法早就用于在很多单反相机中,如图7右图右图,单反的目镜边上有一个称作屈光度调节的旋钮,通过旋转该旋钮,在一定范围内的白内障使用者也能看清楚取景器里的图像,而需要配戴眼镜。其原理如图7右图右图,取景器内部由多个独立国家的镜片构成,转动旋钮相等于调节某两个镜片之间的距离,从而超过转变转入人眼中光线收敛或聚在一起程度的起到,它可以EOS一个变焦镜头。

而这类型镜头的设计方法最迟百年的历史,是非常成熟期的,如果VR头盔的镜片也由一片以上的镜片包含,则经过设计也可以超过调节屈光度的效果,用户不必须配戴眼镜才可用于。笔者经过多年的光学设计工作,体会到一个杰出的光学设计者必需在各种容许因素中做到最差的权衡,如上文所提及的FOV,清晰度,色差,畸变等,还包括材料,体积,重量,价格,公差,可加工性等等因素。并且无论再行杰出的设计也无法将所有指标同时超过拟合,必须针对用于场合做到一定的权衡,无数次的实验,以及和软件设计者协同工作。很多时候必须设计者有非常丰富的经验。

一款杰出的VR头盔中的镜片往往必要关系到用户体验的优劣。笔者指出,虽然目前在售的所有VR头盔的镜片都是单镜片,但仅限于能用作优化的参数过较少,镜片的光学质量很难提升,像色散畸变这类像劣,单镜片完全是无法避免的,为此,镜片组的方案是未来的VR头盔中镜片的发展趋势,它除了能很大提高光学质量以外,还可以构建左右镜片分别调节屈光度,使得左右眼白内障度数有所不同的人也能体验虚拟现实的真实感。就在近日,微软公司研究越为Oculus获取设计了新的镜片,它就使用了四片两组的结构,可以大大提高图像清晰度,避免色散与畸变,如下图右图。

当然,由于镜片数量的激增,设计可玩性不会更大,微软公司的设计方案的缺失之一就是减少了FOV,但这并不是必定的,通过更加杰出的设计方案可减小FOV。此外,多镜片的成本似乎不会低于单镜片,微软公司的镜片价格高达200美元,而DK2总价只有350美元,笔者坚信随着光学设计方案的成熟期,价格上还有相当大上升余地。

另外可以意识到的是,多组镜片的加装公差不会更加严苛,如同轴度,变焦槽精度等等,这都会拒绝有精度更高的模具与更加精细的加装步骤,成本也不会适当提升,因此必须投放更好的设计时间与经费。但这一切都是为了提高用户体验,必定是VR头盔镜片的发展方向之一。本文意味着对VR头盔中的镜片做到了非常简单的分析,影响一个VR产品给用户带给较好体验的技术因素还包括屏幕的分辨率,追踪算法,配戴舒适度以及否享有充裕的内容承托等等,看起来非常简单的产品只不过包括着极高的文化底蕴,这也是Oculus沉寂了两年才刚公布其消费版的原因。目前国内的VR头盔类产品正处于爆发式发展阶段,在后手机时代被抱有了十分低的希望,毫无疑问该方向是未来消费类互联网智能硬件中的领头羊。

但从技术的角度来看,国内的VR产品问题也很多,例如产品相近度较高,质量也参差不齐。可以意识到的是,随着Oculus消费版的将要上市,必定不会出局一大批技术水平能力较低的公司,留给少数几家确实有研发实力与VR内容累积的公司。

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从用户的角度来说,笔者指出大家应当理性看来目前的各类VR产品,多去实际参予体验,却是通过非常简单的文字阐释很难体会到虚拟现实给人带给震惊体验。原创文章,予以许可禁令刊登。下文闻刊登须知。


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