VR头盔产品镜片评测_乐鱼官网

日期:2021-05-27 00:45:02 | 人气: 47739

本文摘要:虚拟现实设备自去年以来,仍然是消费电子领域受欢迎的产品,特别是在Oculus被facebook以低20亿美元收购后,完全所有的科技巨头都开始涉及虚拟现实领域,国内各种类型的虚拟现实眼镜(头盔)公司也像雨后竹笋一样转入人们的视野,这些公司除了少数独立的国家显示器外,大部分都以手机为媒体值得注意的是,国内已经有公司发售的不仅仅是独立的国家显示器,还有手机模块的VR头盔,也就是淘宝筹措的星云Nebula。

虚拟现实设备自去年以来,仍然是消费电子领域受欢迎的产品,特别是在Oculus被facebook以低20亿美元收购后,完全所有的科技巨头都开始涉及虚拟现实领域,国内各种类型的虚拟现实眼镜(头盔)公司也像雨后竹笋一样转入人们的视野,这些公司除了少数独立的国家显示器外,大部分都以手机为媒体值得注意的是,国内已经有公司发售的不仅仅是独立的国家显示器,还有手机模块的VR头盔,也就是淘宝筹措的星云Nebula。当然,笔者之所以不关注星云Nebula,主要是因为使用了非球面双凸透镜和弯曲型透镜双镜的透镜组方案。现在VR头盔的价格差距相当大,从几美元的谷歌Cardboard到预计销售价格为350美元的Oculus消费者版本,他们的原理基本相同,最主要的部件包括屏幕、陀螺仪、光学镜头和塑料部件。

其中对用户沉浸在感觉影响仅次于的部件是两对光学透镜。在各种类型的智能硬件中,大多数部件都是电子部件,很少包括光学部件。更困难的是,评价其质量的指标不能用罕见的存储器大小、主频强弱、核数等直观的指标。看起来非常简单的两个圆形镜,想要超越理想的光学效果,也包括深度学问。

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笔者体验过很多VR头盔,对这个领域感兴趣。此外,光学专业班级出身,工作中经常需要设计各种类型的光学系统,在研究了现在国内外罕见的VR头盔产品后,对VR头盔中最重要的部件镜头进行了非常简单的分析,得到了自己的意见,期待VR爱好者在产品中混合。

简而言之,虚拟现实头盔的两个镜头可以被视为两个完全相同的放大镜。如下图1光路剖面图的右图所示,人的眼睛位于左侧实线和光轴的焦点,中间是双凹镜头,右侧是屏幕。由于镜头有刀柄的光,人的眼睛看到了屏幕的最上面的x方向,给人的感觉是沿着虚线从更高的方向转移到人的眼睛,好像把屏幕缩放到了x的大小。

虚拟现实头盔特别强调沉浸在感觉中,一方面不同的屏幕大小,另一方面,不同的屏幕有不同的能力。因此,引进了视角(FOV)的概念,这也是很多VR制造商经常宣传的参数。

FOV目前主要制造商主张的FOV统计资料显示,大部分制造商的FOV都在100°左右,但笔者指出这个参数没有什么实际价值。首先,与存储器和硬盘的大小不同,FOV没有具体的测量方法,制造商是否不能确认虚拟用户,其次,当人们仔细观察不在视野中心的目标时,不是斜视而是倾向于转身。提到百度一张人眼视角的示意图2,人眼水平仅次于视角,达到180度,单眼舒适度的视角约为60度,在这个方向上人眼视力最脆弱,达到这个范围的人本能地转身。

因此,我们不必太纠结这个参数的大小,而是应该更加注意60度中心区域的图像清晰度和实际应用于佩戴的感觉。一般来说,透镜尺寸越大,人眼就越难注意透镜的边缘,沉浸感越好,用户可以更直观地比较这个参数,现在大部分VR头盔透镜的尺寸在50mm左右。清晰度作为VR界的基准,DK1初期镜头边缘图像的清晰度经常受到用户的谴责,这是因为光学设计中轴外像不好。

为了正确测试DK1镜头光学设计的质量,本人多次委托浙江大学光学系的老师作为测量镜头光学质量的设备,通过功能(MTF)测量仪测量其光学质量,从分析结果来看,离中心区域不远,其光学质量大幅度提高。这只是我们用于质量一般的放大镜时发现的,边缘图像模糊的原因是受轴外像劣质的影响。目前,大多数公司的处理方法是将透镜前后两面设计为非球面,如下图的右图所示,尽量减少轴外像的劣化,提高边缘图像的像质。

目前,塑料透镜的压模技术已经成熟,可以压制光学质量非常低的塑料透镜,因此DK2等使用双面非球面设计,用户可以关注VR头盔的透镜使用非球面设计,清晰度不远高于非球面。当然,意味着有优秀的光学设计也太过分,生产技术行业对透镜质量的稳定性也有很高的影响,因此VR制造商要求大型代理厂加工透镜,也是产品质量的保证之一。色差现在大部分VR头盔在使用时,在边缘区域(边缘方向)经常出现红绿色的边缘,也就是色分散现象,在低折射率材料中容易出现,白光通过边缘镜看起来分为五色六色的光。

在DK1中,这种现象显着。从光学设计的角度来看,为了避免色彩分散,需要两种以上的材料,原理上单镜头(一种材料)无法解决问题,DK2为了解决问题,在显示图像之前,使用软件进行了无视的颜色补偿,如图4的右图所示该方法在软件水平上进行了修正,但对图像的清晰度没有影响,图像上的所有像素都必须进行偏离色散的处理,减少硬件费用,不减少图像的帧率。

最差的方法是使用多组材料不同的透镜构成消色差透镜组,用光学的方法避免颜色边缘。这在镜头设计中已经是一个非常成熟的时期,比如复消色差镜,几乎需要避免图片的色差。畸形变通常是图像变形变形,中间的一半(桶形变形)和凸起(胜畸形)流出,这也是劣质的一种,是因为瞳孔(即人眼)在光学系统的前后方向不同,对球面镜像来说,这种劣质是不可避免的。下图左侧图右图,随着FOV的减少,边缘图像的畸形不会变得显着。

为了解决问题,目前罕见的方法是使用非球面设计,如下图的右右图,可以大幅度降低图像的畸变,也可以大幅度降低镜子的重量,这也是目前高度数眼镜片仍然像瓶底一样薄的原因。但是,由于单片式透镜需要优化的参数极为有限,因此在提高清晰度、减少FOV的同时,很难避免畸形。如何折衷于三者之间的利害,成为镜头设计者的重点。

由于现在的VR头盔方案与DK2相结合,其方案依然类似于避免色彩分散的方法,在图像出现在使用者面前,通过分析DK1的SDK,其内部设置了4个畸形系数(k0~k3),构成了畸形补偿方程,通过控制这4个量的大小来兼容不同的变化程度的镜头但是,这种方法也有一定的缺失,图像在表示中边缘的图像已经传输,通过镜头避免畸变,但缺失的信息不能完全恢复,没有明确的上升问题,所以每个框架都要通过软件的后处理,硬件性能的拒绝更高。最坏的方法是不要让透镜变形,省略这个预处理步骤。白内障调整目前中国白内障发生率已达33%,高中以上人口约达70%,VR头盔用于人群集中在高学历人群中,如果他们不戴眼镜,往往看不到屏幕上的文字,体验所谓的沉浸感目前国内VR头盔主张不影响400度以上的白内障。

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根据本人的深入推测,Oculus解决问题的方法是3组和2组不同度数的透镜,光学原理上相当于3组视力不同的眼镜,国内的VR头盔只有1组,多用2种方法解决问题的白内障问题。一种是戴眼镜,戴头盔,这种方法更非常简单霸道,明显解决了白内障问题,但沉浸在感觉大大巩固中,因为眼睛不能接近透镜,戴眼镜的方法也很僵硬。另一种是不戴眼镜,而是将屏幕或手机附近的镜片,等于白内障者靠近屏幕看屏幕上的东西,这也不会减少沉浸感,因为屏幕边缘的图像等于移动到屏幕上,白内障者看不到中间部分的图像,外侧的图像被切断,这种方法的另一是白内障者更容易看到像素但是你知道没有别的更好的方法吗?笔者指出,否则,这种方法早就用于许多单反相机,如图7右图右图所示,单反目镜侧面有一个称为屈光度调节的旋钮,通过旋转该旋钮,在一定范围内的白内障用户也可以看到照相机的图像,需要戴眼镜。

其原理如图7右图右图所示,取景器内部由多个独立国家的透镜构成,旋转旋钮相当于调节某两个透镜之间的距离,超过转换到人眼中的光线收敛或聚集在一起的程度,可以EOS变焦透镜。这种透镜的设计方法最迟是百年的历史,是非常成熟的时期,VR头盔的透镜也包含在一张以上的透镜中,设计也超过了调节屈光度的效果,用户不必戴眼镜。笔者经过多年的光学设计工作,意识到优秀的光学设计者必须在各种允许因素中实现最差的权衡。

例如,上述FOV、清晰度、色差、畸形等,包括材料、体积、重量、价格、公差、加工性等因素。另外,即使再次进行优秀的设计,所有的指标也不能同时超过计划,必须对场合进行一定的权衡、无数次的实验、与软件设计者合作。

往往设计者必须有非常丰富的经验。优秀的VR头盔镜头往往与用户体验的优劣有关。笔者指出,目前销售的所有VR头盔的透镜都是单镜头,但仅限于优化的参数过少,透镜的光学质量难以提高,色散畸变等劣质透镜完全不可避免。

因此,透镜组的方案是未来VR头盔中透镜的发展趋势,不仅可以大幅度提高光学质量,还可以构筑左右透镜分别调节屈光度,使左右眼白内障度数不同的人体验虚拟现实的真实感。最近,微软公司的研究越是Oculus设计了新的透镜,使用了4张2组的构造,可以大幅度提高图像的清晰度,避免色散和畸形,如下图所示。当然,由于镜头数量的激增,设计的可玩性不会更大。

微软公司的设计方案之一是减少了FOV,但这并不一定。通过更好的设计方案,FOV可以减少。另外,多镜头的成本似乎不低于单镜头,微软公司的镜头价格达到200美元,DK2总价格只有350美元,笔者相信随着光学设计方案的成熟期,价格有相当大的上涨馀地。

此外,可以意识到多组镜片的安装公差不会更严格,如同轴度、变焦槽精度等。,这将拒绝具有更高精度的模具和更精细的安装步骤,成本投入更好的设计时间和经费。但是,这一切为了提高用户体验,一定是VR头盔透镜的发展方向之一。

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这篇文章意味着对虚拟现实头盔中的镜头进行了非常简单的分析,影响虚拟现实产品给用户带来良好体验的技术因素包括屏幕分辨率、跟踪算法、佩戴舒适度和内容承载等。看起来非常简单的产品只包括极高的文化基础,这也是Oculus沉默了两年才发布消费版的原因。目前,国内VR头盔类产品处于爆炸性发展阶段,后手机时代有着非常低的希望,这个方向肯定是未来消费类互联网智能硬件的领导者。但是,从技术的角度来看,国内VR产品的问题也很多,例如产品的接近度高,质量也有偏差。

可以意识到,随着Oculus消费版的上市,许多技术水平低的公司肯定不会离开,留给少数确实有研发能力和VR内容积累的公司。从用户的角度来看,笔者指出,现在的各种VR产品应该合理看待,实际参加体验很多,但是很难通过非常简单的文字说明来体验虚拟现实。原始文章允许禁止发布。下一篇文章发表了注意事项。


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