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聊聊VR技术背后的原理

聊聊VR技术背后的原理

有幸拿到了Pico 3 企业版本和L同学的Oculus Quest 2,在体验之余不妨写一篇杂文来聊聊VR这个看着不新但是又很新的东西。

我想在具体的聊使用体验这些东西之前,先来看看设备的参数,如果有可能的话还想写一些原理的东西。

我觉得对于VR来说,我们想到的,最直观的也就是镜头了,所以先写镜头:

非球面透镜可有效解决球差问题,在早期VR头显应用较多

传统透镜在 VR 应用以非球面透镜为主,体积/重量较大,应用逐渐减少。

透过菲涅尔透镜形成更大视觉范围,呈现出近似于 120° 的视角,接近于我们观看世界的角度。瞳距有三档可调,掰动其中一边便可调节双瞳距离。

“瞳孔距离简称瞳距,正常值范围在58-64mm之间,本身是个人的遗传和发育决定的。瞳孔距离指的是双眼瞳孔正中心之间的长度,

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自己量下?

对于这个眼参数也需要这些参数

瞳距就是瞳孔的距离,正常人的双眼注视同一物体,物体分别在两眼视网膜处成像,并在大脑视中枢重叠起来,成为一个完整的、具有立体感的单一物体,这个功能叫双眼单视。但是,婴幼儿在双眼单视形成过程中,很容易受外界因素影响,致使一眼注视目标,另一眼偏斜而不能往同一目标上看,于是就产生了斜视。医学上将眼球注视物体时向内侧斜视,称为内斜,也就是人们俗称的“斗鸡眼”。

配戴眼镜时需要测量瞳距,瞳距分为:远用瞳距,近用瞳距,常用瞳距。测定时,是按一定的距离测出这三种瞳距的。

虚拟现实眼镜一般都是将内容分屏,切成两半,通过镜片实现叠加成像。往往情况就像下图一样,眼镜的瞳距和我们的眼睛不一样。

最理想的瞳距应该是这样的,如下图:

可以用透镜覆盖人眼瞳距范围,然后使用软件调节画面中心和人眼对齐来保证3点一线:

这就是调节瞳距的基本原理

在不久的将来,眼动技术的使用,这个调节的过程是集成到眼镜内部的,就像pico4给出的电动调节一样:

就是这样

基于凸透镜基本原理,如果想使其焦距变短,满足近眼成像模组体积缩小的需求,主要有两种路径:

1)增加透镜厚度:通过增加透镜中央与边缘厚度差,增强透镜对光线的折射能力;

2)多组透镜叠加:缩短整体透镜模组焦距。

但是,无论采用哪种方式,短焦距与轻薄化的设计诉求在传统透镜上必然存在严重冲突。

菲涅尔透镜本质是扁平版凸透镜,因体积较小且工艺成熟被目前市场上多数 VR 头显采用。

光传播的方向在介质中不会改变(除非是散射光),而是在介质的表面偏离。因此,透镜中心的大部分材料只会增加系统内的重量和吸收量。基于此原理,菲涅尔透镜在传统透镜的基础上去掉直线传播的部分,而保留发生折射的曲面,从而达到省下大量材料同时又达到相同的聚光效果。

很明显就是光路的变短

Pancake 光学方案设计以偏振光原理为基础,利用反射偏光片(Reflecting polarizer)对于不同偏振光选择性反射和投射的特性,配合 1/4 相位延时片(Quarter waveplate)调整偏振光形态,实现光线在半透半反镜(Half-mirrorlens)和反射偏光片之间的来回反射,并最终从反射偏光片透射出去。方案进一步压缩了模组厚度,提升了用户的舒适度和沉浸感。

以下图为例,圆偏振光在通过 1/4 相位延时片后变为线偏振光到达反射偏光片并被反射,接着第二次通过 1/4 相位延时片变回圆偏振光被半透半反镜反射并第三次通过 1/4 相位延时片,再次变为线偏振光,因为本次相比第一次光线旋转 90°,得以通过反射偏光片完成成像。

多次的反射过程

Pancake 方案为组合透镜,通常可通过控制其中一片透镜位置进行屈光度调节。对于近视用户而言,过往佩戴 VR 头显进行屈光调节

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