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【小箘观VR】谈谈Oculus的焦曲面显示屏


2017/5/17 15:10:33 编辑:admin 来源:本站整理 
今天给大家分享【小箘观VR】谈谈Oculus的焦曲面显示屏生活知识文章。喜欢的可以分享【小箘观VR】谈谈Oculus的焦曲面显示屏给你的好友。

 

  OculusVR/AR研究部门内部评价自己正在开发的新型显示技术为“突破性”技术。 他们现在已经发表了相关论文, 并打算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还专门在博客上介绍了很多相关细节。

  首先, 传统显示屏之所以让人感到不舒服原因在于它提供的图像没有深度, 远处和近处的物体全部同时呈现在画面上。 而焦曲面显示屏可以模拟人眼自然的对焦过程, 画面具备纵深感。 这种屏幕技术不再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, 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在他们的论文中总结道:

  焦曲面显示屏同时实现了变焦和多焦点概念, 可以为虚拟场景自定义专门的图像。 我们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, 这都多亏了我们从数十年的自适应图形应用研究中获得的经验。 我们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, 这种技术并不能完全解决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, 我们也无法在短期内看到它应用到消费产品中, 不过它的确为解决VR显示的终极问题提供了另一种思路。

  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在自然环境下看到的, 我们不在被动地接收屏幕上的图像, 而是可以在具纵深感的场景中自由对焦观看特定的内容。 这种技术同时还能去除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, 因此它需要眼球追踪的支持, 而后者目前同样不是一个成熟的商用技术。 同时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

  

  下面介绍一下视觉辐辏调节冲突:

  

  在现实生活中, 人眼如果想要聚焦到近处的物体, 眼球的晶状体就会发生扭曲, 使得来自该物体的光线能够正确聚焦到视网膜, 然后我们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, 我们不可能同时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, 而我们知道立体感则来自双眼产生的视觉差。 左右眼由于位置的原因看到的图像并不是相同的, 它们存在重叠的区域, 也有相互独立的区域。 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。 关于这一点, 我们可以盯着远处的物体, 然后伸出一根手指在眼前前后移动, 我们会发现两个手指图像, 它们在手指靠近时相互分离, 在手指远离时相互靠近。

  通过这两种机制, 我们就能够判定物体与人体的大致距离了。 正常情况下, 这两种机制同时存在, 并且是自动完成的。 两种机制在我们很小的时候就通过不断训练形成了肌肉记忆, 它们相互关联, 互相影响。 而问题在于, 目前的VR头显并不支持这种同步调节。

  目前的VR头显将屏幕固定在我们眼前的一定位置, 其距离是固定的, 同时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无法改变。 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随时进行调整, 这就产生了冲突。 举例来说, VR显示屏视觉距离在我们眼前1m左右, 我们的晶状体就会控制聚焦1m处的物体, 然后虚拟环境显示了一座山, 它的位置在我们眼前100m处, 所以我们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, 引发不适感。

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