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【小箘观VR】谈谈Oculus的焦曲面显示屏


2017/5/17  编辑:admin 来源:本站整理   

 

  OculusVR/AR研究部门内部评价我自己正就在开发的新型显示技术为“突破性”技术。 他们现就在已经发表了相关论文, 并打算就在今年七月举行的世界图形图像学术大会(SIGGRAPH)上展示这一革命性技术。 Oculus还特意就在博客上介绍说明了很多相关细节。

  最先是, 传统显示屏之所以让人感到不舒服原因就在于它提供的图像没有深度, 远处和近处的物体全部同一个时间呈现就在画面上。 而焦曲面显示屏可以能够模拟人眼自然的对焦过程, 画面具备纵深感。 这种屏幕技术不会再可以通过继续增加更多聚焦区域来获得更高的深度, 新技术使用一种立体光学调节器(SLMs)改变3D虚拟物品的呈现方式, 增加深度并提高空间感。

  

  

  所有这些都能够提高画面的锐度并就在VR中提供更为自然的体验。

  这项技术结合了先进的硬件工程, 科学和医疗影像技术, 电脑计算机视觉研究和图形状态算法等, 致力于打造下一代VR硬件, 这个项目融合了多元学科的技术, 带来就在目前Oculus所能够实现的最优秀的VR体验。 今后, 这种设备或许能够真正提供可以能够长期体验的VR产品, 甚至能让高度近视患者正常使用。

  这些立体光学调节器可以能够扭曲算法识别的特定图像区域的光线, 改变它们的聚焦状态。

  

  Oculus研究院科学家Nathan Matsuda, Alexander Fix和Douglas Lanman就在他们的论文中总结道:

  焦曲面显示屏同一个时间实现了变焦和多焦点概念, 可以能够为虚拟场景自已来定义特意的图像。 我们我自己已经证明这种全新的相位调制SLMs能够很好地实现这些概念, 这都多亏了我们我自己从数十年的自顺应图形应用研究中获得的经验。 我们我自己已经展示了一个高分辨率的概念验证原型, 并展示了一个包含关键焦曲面的优化框架。

  事实上, 这种技术并不能够完全解决处理视觉辐辏调节冲突造成的眼压升高等问题, Oculus更愿意将它们当作是就在目前VR显示技术和理想VR显示技术的一个中间形态, 其效果明显好于普通屏幕, 而成本和制造难度则比理想的方案低很多。

  当然, 即便是这种“中间形态”的技术, 我们我自己也再也不能够就在短期内看到它应用到消费产品中, 不过它的确为解决处理VR显示的终极问题提供了另一种思路。

  就在目前, 能够实现变焦的显示屏是当前的一大研究热点, 例如Magic Leap曾经宣传的光场显示同样是为了解决处理这个问题而诞生的。 使用此类技术的VR产品所发出的光线更接近我们我自己就在自然环境下看到的, 我们我自己不就在被动地接收屏幕上的图像, 而是可以能够就在具纵深感的场景中自由对焦观看特定的内容。 这种技术同一个时间还能去除VR头显中厚重的镜片, 让VR产品真正成为VR眼镜。

  焦曲面显示屏是一种主动显示技术, 因此它有请求需要眼球追踪的支持, 而后者就在目前同样不是一个成熟的商用技术。 同一个时间研究者也承认这项技术有一个明显的缺陷——它很难实现较大的视场角, 而视场角对于VR设备来说也是非常重要的参数。

  下表列出了多种不同的VR显示技术

  

  下面介绍说明一下视觉辐辏调节冲突:

  

  就在现实生活中, 人眼如果想要聚焦到近处的物体, 眼球的晶状体就一定会发生扭曲, 使得来自该物体的光线能够对的聚焦到视网膜, 之后我们我自己就能看清这个物体了。 而如果光线来自远处的物体, 由于入射光线的角度不同, 晶状体同样有请求需要发生改变使得光线能够聚焦到视网膜。 所以, 正常情况下, 我们我自己不有可能同一个时间看清具有不同纵深的物体。

  

  上面是单只眼睛对于视觉深度的调节, 而我们我自己知道立体感则来自双眼产生的视觉差。 左右眼由于详细位置的原因看到的图像并不是相同的, 它们存就在重叠的区域, 也有互相一起独立的区域。 对于遥远处的物体, 由于光线几乎处于平行状态, 所以双眼看到的图像几乎能够完全重叠;而对于近处物体, 双眼看到的图像则有很多不重叠区域。 有关联于这一点, 我们我自己可以能够盯着远处的物体, 之后伸出一根手指就在眼前前后移动, 我们我自己会发现两个手指图像, 它们就在手指靠近时互相一起分离, 就在手指远离时互相一起靠近。

  可以通过这两种机制, 我们我自己就能够判定物体与人体的大致距离了。 正常情况下, 这两种机制同一个时间存就在, 并且是全自动完成的。 两种机制就在我们我自己很小的时候就可以通过会一直不断训练形成了肌肉记忆, 它们互相一起关联, 互相反应影响。 而问题就在于, 就在目前的VR头显并不支持这种同步调节。

  就在目前的VR头显将屏幕固定就在我们我自己眼前的一定详细位置, 其距离是固定的, 同一个时间镜片的光学特性也是固定的, 这意味着VR屏幕上显示图像的距离再也不能够改变。 而另一方面, 对于立体图像而言, 双眼看到的图像的重叠区域可以能够随时来进行调整, 这就产生了冲突。 举例来说, VR显示屏视觉距离就在我们我自己眼前1m左右, 我们我自己的晶状体就一定会控制聚焦1m处的物体, 之后虚拟环境显示了一座山, 它的详细位置就在我们我自己眼前100m处, 所以我们我自己的双眼调节又会聚焦到100m处, 单眼调节的视觉深度和双眼调节的深度并不一致, 而它们原本应该是处于同步状态的, 这就产生了冲突, 引起不适感。

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