VR設(shè)備是怎么工作的

　　VR越來越受到大家的關(guān)注，你是否想入手一臺呢，下面為大家?guī)鞻R的原理及用途介紹，都是一些購買VR產(chǎn)品前需了解的知識，一起來看看吧。

　　人人都說今年VR會火，肯定會有小伙伴打算購入這類產(chǎn)品，不過為了不跳入“火坑”，我們還是得先了解一些事。

　　什么是VR？

　　VR是Virtual Reality（虛擬現(xiàn)實）的簡寫，是利用電腦模擬產(chǎn)生一個三度空間的虛擬世界，提供用戶關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓用戶如同身歷其境一般，可以及時、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。用戶進行位置移動時，電腦可以立即進行復雜的運算，將精確的三維世界視頻傳回產(chǎn)生臨場感。其有三個基本特征：即三個“I”immersion-interaction-imagination（沉浸—交互—構(gòu)想）。

　　簡單的說VR就是要屏蔽掉你大部分的感官，用再造的信息給你一個新世界，稍微有些類似《黑客帝國》中的場景。就這個概念來說，其實目前市面上鮮有設(shè)備可以達到要求。

　　都有哪些VR產(chǎn)品

　　當下主流的VR產(chǎn)品有三種VR眼鏡（眼鏡盒子）、VR一體機、V

　　VR 的工作原理是什么？這項可穿戴技術(shù)是如何讓你感覺自己好像置身火星，實際上卻要撞上自家的櫥柜的？今天我們就來說說關(guān)于頭戴設(shè)備最基礎(chǔ)的部分。

　　實際上，Oculus，Sony，三星，Google 他們使用的 VR 技術(shù)都離不開三樣東西：PC，游戲主機或者手機來運行應用或者游戲，能夠在你眼前顯示的屏幕（這可以是手機的屏幕），以及用于輸入的設(shè)備——頭部追蹤，控制手柄，手勢追蹤，語音控制，設(shè)備上的按鈕或觸控板。

　　絕佳的沉浸式體驗是每一個 VR 頭戴設(shè)備的制造商，游戲或是應用開發(fā)者的目標——一旦實現(xiàn)就可以讓虛擬世界變得足以以假亂真，以至于我們忘記了電腦，頭戴設(shè)備和其他附件的存在，讓我們在虛擬世界和現(xiàn)實世界言行一致。那么，我們怎樣才能做到那樣？

　　基礎(chǔ)技術(shù)

　　像 Oculus 和 PSVR 一樣的頭戴設(shè)備通常指的是 HMD（Helmet-Mounted Displays，頭盔顯示器），這意味著它們會在頭上附帶顯示器。即使是沒有音頻也沒有頭部追蹤，只拿著 Google Cardboard，將手機屏幕放在你的眼前也足夠在虛擬世界里營造出半沉浸的感覺了。

　　不斷改進硬件的目標是為了創(chuàng)造出和一個實際生活一樣，沒有邊界的 3D 虛擬環(huán)境——通常情況下，我們只能在電視或者電腦屏幕上看到這樣的虛擬環(huán)境。所以，無論你朝哪邊看，掛在在你臉上的屏幕都會跟著你的效果。這和將虛擬影像加入到你在真實世界所看見的景象的 AR 技術(shù)不一樣。

　　VR 設(shè)備中，有些影像是從游戲主機或者電腦上通過 HDMI 數(shù)據(jù)線傳輸?shù)筋^戴顯示器上來的，比如 HTC Vive 和 Oculus Rift。而對于 Google Cardboard 和 三星 Gear VR 而言，它們的影像已經(jīng)呈現(xiàn)在屏幕上了，只需要通過頭戴設(shè)備展示出來。

　　VR 頭戴設(shè)備將信號輸送到一塊屏幕或者兩塊 LCD 顯示上來。但你的眼睛和屏幕之間還隔著鏡片，這也就是為什么這些設(shè)備被稱之為「眼鏡」的原因。在一些設(shè)備中，你還可以調(diào)節(jié)兩個鏡片之間的距離——因為人與人之間的瞳距是不一樣的。

　　這些鏡片通過對焦和二次成像來修正每個眼睛看到的圖像，改變 2D 圖像的角度來模仿立體 3D 影像在不同眼睛里的模樣。你可以試著閉上一只眼睛，然后快速反復地來回切換眼睛觀察物體，你就能明白上述的原理了。

　　VR 設(shè)備增強沉浸感的另一個重要方式是增加可視范圍。比如，圖像的寬度。360 的屏幕太貴且不必要。大多數(shù)高端的設(shè)備都是在 100 到 110 之間，這已經(jīng)足夠使用了。

　　為了讓 VR 設(shè)備顯示的圖像足夠欺騙人腦，至少需要約 60 幀/秒的刷新率，才能夠保證用戶不會眩暈和惡心。而目前的 VR 頭戴設(shè)備則遠超過這個水準——Oculus 能夠保證 90 幀/秒，而 Sony 的 PSVR 則能達到 120 幀/秒。

　　頭部追蹤

　　頭部追蹤意味著當你頭戴一款 VR 設(shè)備之時，你眼前的景象會隨著你上下左右轉(zhuǎn)動頭部而改變。一套名為 6DoF（six degrees of freedom）將你的頭部移動轉(zhuǎn)化成 x，y，z 三個維度，來精確測量頭部的前后左右移動等等動作。

　　運用在頭部追蹤系統(tǒng)內(nèi)的有一系列不同的內(nèi)部組件，比如陀螺儀，加速計和磁力計。Sony 的 PSVR 同樣也在頭盔上用到了 9 顆 LED 燈，輔以 PS4 上的攝像頭監(jiān)視提供 360 頭部追蹤，Oculus 也有 20 顆燈，但是它們不如 Sony 的更有標識度。

　　實現(xiàn)頭部追蹤技術(shù)必須降低延遲——我們說的低延遲是 50ms 或更低，讓我們在移動的時候，能夠感覺不到畫面的異步。Oculus Rift 將延遲降低到了 30ms，讓人印象深刻。降低延遲對于任何動作追蹤輸入的裝置都是至關(guān)重要的。

　　最后，耳機也能用于提高沉浸感。雙耳或 3D 音頻可以被用在應用和游戲中去，與頭部追蹤技術(shù)一塊應用，給予穿戴者以臨場音效感受。

　　動作追蹤

　　相對于 Cardboard 似的設(shè)備而言，至今為止頭部追蹤依然是那些尚未正式發(fā)售的高級頭盔的最大優(yōu)勢。但是 VR 領(lǐng)域的「大玩家」們?nèi)匀恢铝τ陂_發(fā)動作追蹤的功能。當你戴著 VR 頭盔向下看的時候，你想做的第一件事肯定是看看自己的手在虛擬世界中的樣子。

　　我們已經(jīng)見識過 Leap Motion 的配件——使用紅外線傳感器來追蹤你的手部動作。我們也用 Kinect 2 攝像頭做過一些追蹤全身動作的實驗。但目前我們已經(jīng)有的是來自 Oculus，Valve 和 Sony 的輸入設(shè)備。

　　Oculus Touch 是一套無線控制器，設(shè)計的初衷是讓用戶在虛擬空間里如同使用自己的手一般使用它。比如，在射擊游戲中，你可以通過扣下扳機來射擊。在控制器上也還有一系列的傳感器陣列以識別如點按，揮手等動作。

　　這和 Valve 的 Lighthouse 定位追蹤系統(tǒng)以及 HTC Vive 的控制器原型特別相似。它在房間里包括兩個基站，并且將整個房間布滿激光。它能通過你頭部和手上光電管傳感器相互碰撞的時機來準確地檢測到你的頭部和手的位置。和 Oculus Touch 一樣，它也具備有特色的物理按鈕，更難以置信的是，在同一空間內(nèi)用兩套 Lighthouse 系統(tǒng)可以追蹤多個用戶。

　　其他的輸入方式還包括從 Xbox 控制器上的借鑒過來的控制器或者和 PC 連接起來的控制桿，語音控制，智能手套以及如 Virtuix Omni 一樣的跑步機——它能幫助你在虛擬世界里更「優(yōu)雅地」活動。

　　眼部追蹤

　　眼部追蹤或許是 VR 拼圖的最后一塊。Rift，Vive 或者 PSVR 上還見不著這個技術(shù)，但它將會出現(xiàn)在 FOVE 眾籌的 VR 設(shè)備上。那么它是什么原理呢？

　　通過一個內(nèi)置在頭盔里的紅外線傳感器，F(xiàn)OVE 能夠知道你的眼鏡在盯著虛擬世界的哪個地方。除了能讓游戲中的角色能更快地感知到你在朝哪邊看之外，它的另一個的優(yōu)勢就是能提升場景深度的真實性。

　　VR眼鏡的大家都比較熟悉了，諸如谷歌的Cardboard和暴風魔鏡都是這類產(chǎn)品，價格從幾十元到幾百元不等，大家買回來通常就是為了看片。

　　以比較簡單Cardboard為例，其主要材質(zhì)是硬紙板和凸透鏡，通過磁鐵、橡皮筋等零件固定成一個手機盒子，將手機放入其中就可以使用，通過下載一些VR App或者配套的APP，可以觀看一些專門的視頻，以及玩一些小游戲。

　　在標準的 VR 頭戴設(shè)備中，每個事物都是泛焦的，不是我們在現(xiàn)實生活中習以為常的模樣。比如，如果我們的眼睛看遠處的物體，眼前的物體就會模糊掉。通過追蹤我們的眼睛，F(xiàn)OVE 的繪圖引擎可以在 VR 中的 3D 空間中模擬這種效果。沒錯，模糊也有好的一面。

　　我們的眼睛盯著的物體也需要和現(xiàn)實生活中一樣。如果沒有眼部追蹤，那么你的眼睛看向遠方之時，眼前的景象沒有任何變化，會有一種不真實感。同樣，模擬一定程度的惡心也是必要的。不然 VR 就不能給予你身臨其境的感受。最后，頭戴設(shè)備也需要高分辨率的屏幕來避免顆粒感。