导读
关键字 背景 VR 和 AR,都是当下非常热门的前沿科技,广受业界关注与追捧。但是,也许很多朋友还是不太熟悉这两个概念,有必要先为大家科普一下,以便大家后续更好地了解今天所要介绍的创新科技。 VR(Virtual Reality)即虚拟现实,就是用计算机模拟创建出一种三维虚拟世界,让用户沉浸于其中,产生视觉、听觉、触觉等感官模拟,并与虚拟环境进行实时交互。 AR(Augmented Reality)即增强现实,就是用计算机技术,将虚拟世界的信息与真实世界相结合,让虚拟环境和真实环境同时叠加到一个画面中,并进行实时互动。 一般来说,VR,是让用户沉浸在完全虚拟的世界中(通常会采用封闭式的头戴设备);AR,则会让用户看到真实世界的画面,并在此基础上叠加虚拟环境(通常会采用具有一定透明度的眼镜)。 如今,许多科技巨头和创业公司都纷纷推出自己的VR/AR产品。例如,微软推出的头戴设备HoloLens,之前笔者在《“瞬间转移”?微软新的AR技术holoportation给你一种全新体验》一文中,也介绍过利用这款设备与微软新开发的技术,用户可以和远方朋友的全息影像进行互动,体验一种远在千里,却近在咫尺的实时互动效果。
另外,谷歌推出了廉价的VR设备 Cardboard,三星推出了Gear VR,索尼推出了PlayStation VR,Oculus 公司推出了Rift,HTC 推出了Vive。还有消息称,苹果也在研发自己的AR眼镜。除了以上这些,笔者也曾在多篇文章中介绍过VR/AR相关的技术和产品,有兴趣的朋友可以参考一下历史文章。 虽然目前市场上充斥着各式各样的VR/AR产品,但是很长时间以来,用户使用VR/AR产品时,都存在着一个明显的痛点:眼睛的疲劳和不适,甚至会有眩晕感。这个问题非常影响用户的佩戴体验,同时也妨碍了VR/AR产品进一步走向成熟。如果能解决好此问题,对于VR/AR技术的发展来说,意义十分重大。 创新 最近,美国伊利诺伊大学香槟分校科研人员提出了一种创新方法,旨在解决上述的老大难问题。他们开发出一种新型三维显示设备,可以大幅提升使用VR/AR设备时的视觉舒适度。该校的科研人员 Liang Gao 称:
Gao 和Wei Cui 在光学会(OSA)的《光学快报》杂志上,描述了他们设计的这种光学映像的新型三维显示设备。这种新型显示模组的尺寸是1 x 2英寸,通过制造深度线索(这种感知与我们在真实世界中看到的深度大致相同), 提高观众的观看舒适度。 技术
如今的VR头盔和AR眼镜在展示二维图片时,都会为观看者的大脑提供一种“暗示”,将这些图片组合成一幅三维场景的印象。这种立体显示会引起著名的“视觉辐辏调节冲突”(vergence-accommodation conflict),随着时间的推移,观看者融合图像的难度将增加,从而造成眼部的疲劳和不适。 对于视觉辐辏调节冲突,我通过以下这幅图片为大家简单介绍一下。 (图片来源:参考资料【3】) 在这幅图中,分别体现了观看真实物体和三维显示器上的虚拟物体时的情况,(A)(B)分别表示出不同情况下的视线聚合距离和焦点距离。(C)(D)分别表示视网膜中的观测点和其两侧图像的清晰度对比。由这幅图可以看出:(D)表示观测三维显示器上的虚拟物体时,观测点和其两侧的图像同样清晰,这与(C)中观测真实世界物体的情况是不同的,(C)的两侧图像是模糊不清的。 因此我们可以看出,三维显示器屏幕所发出的光线,并没有体现出这种深度信息。换句话说,它并没有因为各个虚拟对象的深度不同,发出具有差异的光线,而是和平面图像一样,相互基本上是一致的。然而,眼睛的焦点调节与这种深度是不匹配的,从而会产生视觉辐辏调节冲突。它与人类的正常生理规律相违背,会带来视觉疲劳和不适感。 上面这些只是简单粗略地为大家介绍一下这种现象,如果有读者想深入了解,可以阅读参考资料【3】。
这种新显示设备使用了一种光学映像技术显示三维图像。它通过将数字显示器拆分为子面板,每个子面板都可以创建出一幅二维图像。子面板图像被移至不同的深度,而所有这些图像的中心都相互对齐。这样一来,当用户使用目镜观看时,每张图像就像位于不同的深度。同时,研究人员也创建出一种融合图像的算法,使得深度看上去具有连续性,从而创造出一幅统一的三维图像。 这个新型系统的关键组件就是空间多路复用单元,它将子面板图像轴向地移动到制定的深度,同时侧向地移动子面板图像的中心到视轴上。在目前的装置中,空间多路复用单元由空间光调制器组成,空间光调制器可以根据研究人员开发的特定算法改变光线。 (图片来源:Liang Gao / 伊利诺伊大学香槟分校 ) |
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