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2017-2-16 14:56:43 肥帅 管理员 楼主 114056

VR大爆炸第一期|虚拟现实名词大科普

VR大爆炸第一期|虚拟现实名词大科普

很多虎友都是刚刚接触VR的小白,

在看我们评测时遇到很多VR的专有名词都表示很迷茫,

甚至很多虎友看完评测后也不知道到底是说了什么,

因此这期新栏目我们就先科普下虚拟现实的常用名词吧!

让大家更直观、更深刻的了解到VR到底是怎么一回事!


概念名词

虚拟现实(VR)
VR是英语Virtual Reality的简称,中文译为虚拟现实,是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统,它利用计算机生成一种模拟环境,是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中。这是人工构造的,存在于计算机内部的环境。用户能够以自然的方式与这个环境交互(包括感知环境并干预环境),从而产生置身于相应的真实环境中的虚幻感,沉浸感,身临其境的感觉。

沉浸感
沉浸感是评价 VR 体验的最重要条件。沉浸感即感觉到自己真的在虚拟世界的程度。好的 VR,必然是让体验者感觉真的在一个虚拟世界,而非在眼前放了一块巨大的屏幕。沉浸感来源于很多方面,视觉是很重要的一块。VR 头显的主要作用,就是把虚拟世界以立体的方式显示在人的眼前。当一个虚拟物体在眼前,你离它近,它就显得大些,离它远就小些,从左边看能看到它的左面,从右边能看到它的右面,它冲到你眼前,你会下意识的躲开,这就是视觉上的沉浸感。除了视觉,沉浸感还应该包含多种感觉。一种是听觉。听到背后有人喊我,回头刚好看到这个人,听觉感受到的声源位置能看到声源。VR 下的听觉需要声场技术。一种是力反馈。虚拟世界里受到了力的作用时,身体能感受到对应的力。这需要力反馈和一些运动模拟设备。还有一些其它感觉,如温度、嗅觉等。调用的感觉越多,沉浸感越好,但成本也越高。目前即便单纯视觉也可以做到不错的沉浸感。

眩动症
眩动症是VR设备带来的副作用之一,它由大脑和身体处理信息的不一致引起。人体由眼睛和内耳平衡器官来判定是否在运动中,正常情况下,二者传送给大脑的信息是统一的。但是在VR中,眼睛所见到的景象告诉大脑“我在运动”,但是内耳器官却传递给大脑静止的状态信息。Science杂志表明(Science Magazine),大脑对这种差异的解释是:“我中毒了,这都是幻觉!”而人体会本能地产生反应来将“毒素”排出体外,也就导致了呕吐。对于很多人来说,使用VR设备时,想要跳跃或者飞其实都不是好的想法。但是这种症状也因人而异。每个人的承受能力都不同,所以并不是所有人都会眩晕呕吐。
眩动症对于开发者来说也是难题之一,他们要找到方法使人们玩儿得开心而又不会引起眩晕。

技术名词

FOV(视场角)

VR大爆炸第一期|虚拟现实名词大科普

VR大爆炸第一期|虚拟现实名词大科普
视场角,英文 Field of View,简称 FOV。在显示系统中,视场角就是显示器边缘与观察点(眼睛)连线的夹角。如上图所示,AOB 角就是水平视场角,BOC就是垂直视场角。也就是说:请大家睁开你们的双眼,在不转动头部的情况下四周转动眼球,是不是可以发现我们的眼睛可以看向上下左右四个方位呢?那么在头部保持静止且不翻白眼的范围内,往上看到的极限到往下看到的极限就是垂直视场角,而往左看到的极限到往右看到的极限这个范围就是水平视场角啦!而 VR 头显的视场角通常指水平视场角。从VR体验方面来讲,FOV越大,越不容易产生眩晕,沉浸感也越强(这点在玩一些第一人称视角的枪战射击游戏中也能体验到),所以在选购PC VR的时候我们完全可以选择一些大FOV的产品,不过这并不适用在手机VR上,因为如果你的VR设备视野太过开阔,手机屏幕尺寸又过小那么在体验的时候你就会发现手机的边框,从而降低沉浸感,所以在购买手机VR产品的时候一定要看好自己手机尺寸大小以及设备FOV大小后再进行购买(下方我们也准备了常见手机屏幕尺寸适配的FOV角度)。

VR大爆炸第一期|虚拟现实名词大科普

VR大爆炸第一期|虚拟现实名词大科普

刷新率和帧数
所谓的刷新率说的就是显示器每秒刷新的速度,60Hz就是指显示器每秒刷新60次;帧数指的是显卡每秒传输图片的数量,也可以理解为显卡每秒刷新次数(玩儿LOL的时候右上角的FPS显示的就是帧数),显卡性能越强悍,帧数就越高,画面稳定性就越好,说的再直白一点,屏幕决定刷新率、显卡决定帧数。
但是因为最后还是需要通过显示器来传输给我们的双眼,所以如果帧数超过屏幕刷新率则以屏幕刷新率为基准,比如用GTX970显卡玩LOL,最高帧数会跑到400+,但是显示器刷新率只有60HZ,那我们双眼看到的刷新次数其实也只有60Hz,超过的不予显示。可一旦显卡性能太差,游戏帧数太低,那画面就会出现卡顿,这种情况下也更容易眩晕。对于VR设备来说,玩游戏的时候60FPS就是最低标准,所以头显刷新率最低也不能低于60Hz。

余晖
余晖指人眼在观察景物时,光信号传入大脑神经,需经过一段短暂的时间,光的作用结束后,视觉形象并不立即消失,这种残留的视觉称“后像”,视觉的这一现象则被称为“视觉暂留”。由于人眼的视觉暂留效应,刷新率足够高就不会察觉到屏幕只有每一帧很短时间发光。但是为了弥补亮度的不足,每一帧内像素发光的强度要大大提升。低余晖显示对VR头显的意义在于,头动时物体的轨迹更加接近于物理世界的真实轨迹:这时头部运动带来的拖影会大大降低,同时也就大大减轻了晕眩感。
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畸变
畸变用通俗的话来说就是图像扭曲变形,给人以中间凸出(桶形畸变)或是凹陷(负畸变)感觉,这也属于像差的一种,是由于人眼处于光学系统中的前后位置不同造成的。

VR大爆炸第一期|虚拟现实名词大科普

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为了让用户在视觉上拥有真实的沉浸感,VR设备就要尽可能的覆盖人眼的视觉范围,因此就需要在VR设备里装一个特定的球面弧度镜片。但利用弧形镜片将传统的图像投射到人的眼中时,图像是扭曲的,人眼就没有办法获得虚拟空间中的定位,即在虚拟现实中你的周边都是哈哈镜的空间,四周都是扭曲的图像。对球面镜片来说,出现畸变是不可避免的,而且随着FOV(视场角)的增大,边缘图像畸变会更加明显。不过通过特定的算法生成畸变镜片对应的畸变图像,然后这些畸变图像在经过畸变镜片投射到人眼之后,就会变成正常的图像,类似于“负负得正”吧。当然,这种方法也有一定缺陷,由于图像在显示时边缘的图像就已经被压缩了,因此经过透镜后虽然消除了畸变,但空缺的信息无法恢复,会出现清晰度下降的问题。北并且因为每一帧都要经过软件的后处理,对硬件性能的要求也更高,这也是为什么HTC VIVEOculus对电脑配置要求比较高的原因。


延迟
VR“延迟”(delay)是指从人的头部移动开始一直到头显设备(HMD)的光学信号映射到人眼上面全部的等待时间(latency time)。其中需要经过的全步骤如下图所示。

VR大爆炸第一期|虚拟现实名词大科普

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延迟会影响玩家的注意力,延迟较大的时候会产生晕动症,也就是俗称的晕车晕船。其原理是视觉接受的自身的身体状态,与负责感知身体状态的中耳前庭器官不一致,中枢神经对这一状态的反馈就是恶心,来提醒身体状态的异常。简单来说,戴上VR头显移动头部的时候,由于延迟,视觉观察到的变化比身体感觉到的慢慢,产生冲突继而造成晕眩。这个延迟只有控制在20ms以内,人体才不会有排斥反应。同时超过20ms也不一定就会造成晕眩恶心,就像有些人晕车有的人不晕,每个人的体质对延迟的敏感度和排斥反应的大小不同。

物距和瞳距
物距调节,调节屏幕和眼睛之间的距离,类似于近视/远视调节。对于VR设备的物距调节主要是前后调节,大部分的VR设备都兼容0-600度近视。
瞳距调节则是对两眼之间的距离进行调节,主要的作用是减少重影,对于VR设备的物距调节主要是左右调节。

VR大爆炸第一期|虚拟现实名词大科普

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所谓的物距调节,就是调节屏幕和眼睛的距离,也叫作近视/远视调节,适合不同眼镜度数的用户。

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而瞳距调节则是对两眼之间的距离进行调节,主要的作用是减少重影,看上方的动图其实就已经完全明白了(请自行忽略广告词汇)。

VR算法
反畸变:由于显示屏上的图像在透过透镜放大时,图像会被畸变。为了抵消这个畸变,就需要对图像进行拉伸扭曲,这样投射到视网膜上的就是没有变形的图像。不难理解,既然透镜会造成图像的变形,那么只要以毒攻毒,在透镜之前对透镜做一次变形,出来的图像就是没有畸变的。
反色散:高中物理课上都学过三棱镜的实验,让一束白光穿过三棱镜,从三棱镜射出的是一道彩虹。那是因为不同颜色的光线折射率不同。采取类似反畸变的做法,利用光路是可逆的原理,既然经过透镜的时候会发生色散,那何不在进入透镜之前先将图像做一次色散,这样经过透镜出来的就是正常图像了。
Timewarp:作用在于降低延迟,Timewarp在图像显示之前,额外获取一次旋转信息,然后对图像做处理,就能减少从旋转到最终图像输出之间的延迟。理想状况下,这样的延迟可以减少到几个毫秒,任何人都无法感觉到这个延迟的存在。



硬件名词

Cardboard/手机VR盒子
谷歌在2014年IO大会上发布了这个由纸板制成的手机头戴支架。使用者可以将手机固定在支架的前端,然后手持该设备罩在眼前。Google Cardboard仅仅由纸板、此贴、橡皮筋等基础材料组成,它没有内置任何传感器而是依赖于手机的加速器、陀螺仪、摄像头等。由于缺少硬件的驱动,一些观点抱怨其较低的成像质量。但是另一方面,其低廉的价格使得体验虚拟现实的门槛变得相当低。而最新版的Google Cardboard可以支持最大6英寸的手机,这使得更多人可以很容易地体验到VR。使用者可以在Google Play下载到相应的app进行体验。而目前市面上大部分的手机VR眼镜都属于Cardboard,它们之间的区别只在于外观、材质、镜片,而从整体的体验上来说,没有太大的区别,因此这里也统称这些设备为手机VR盒子。

三大头显
三大头显指索尼PSVR、 HTC Vive以及Oculus CV1,这三款VR代表目前VR设备的最高水平,并且它们都属于主机端设备,需要一台PC或者特有的主机系统的支持,并且它们都用于空间定位技术,且都拥有独占平台的支持。因此不论是显示、体验、内容上都是目前最顶尖的,当然价格也是现目前VR设备里最顶尖的。

VR大爆炸第一期|虚拟现实名词大科普

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外置IMU头戴
外置IMU也就是大家常常说的九轴传感器(3轴加速传感器、3轴陀螺仪和3轴地磁传感器),而拥有自带传感器的手机VR设备被称之为外置IMU头戴。外置传感器的作用是在您使用VR时进行实时采样,并利用复杂的融合运算提高精度减小误差,极大提高了VR的体验效果,尤其在体感交互、游戏等方面优势更加突出。目前手机端VR设备上使用了外置传感器的设备有小米VR正式版、暴风魔镜5、华为VR、极幕VR、三星gearvr

VR一体机
简单的来说VR一体机就是将VR盒子和手机组合在了一起,和手机VR盒子不同的是大部分的一体机都是带有外置传感器,另外部分一体机还在系统底层进行了算法优化,这使得VR一体机的体验相较于手机VR盒子会更好一些。目前VR一体机中体验较好的有大朋M2、暴风一体机Matrix、IDEALENS K2等。

主机端VR
主机端VR的特点是需要一台强大处理性能的主体配合使用,且都拥有空间定位装置,需要一定的空间施展,价格也比较昂贵,代表作就是上文提到的三大头显(索尼PSVR、 HTC Vive以及Oculus CV1)。作为真正意义上的VR设备,如果你是想要体验真正能惊艳到你的VR,那么主机端VR就是你的目标了。

LCD屏幕和OLED屏幕

VR大爆炸第一期|虚拟现实名词大科普

VR大爆炸第一期|虚拟现实名词大科普
普通的液晶显示屏(LCD)是一种介于固态与液态之间的物质,本身是不能发光的,需借助要额外的光源才行。当每一帧像素总是在发光的时候,就会出现余晖,所以,LCD 也被称为“全余晖”显示。而 OLED 显示技术与传统的 LCD 显示方式不同,无需背光灯,具有自发光的特性,所以,OLED可以做到低余晖显示,并且它的响应时间是 LCD 的千分之一,显示运动画面绝对不会有拖影的现象。而LCD屏幕相比OLED屏幕在VR中的表现就是响应速度较慢,头部转动的时候,画面慢半拍才反应。然后就是拖影严重,导致整个画面的清晰度更加下降,晕眩感更强烈。

VR大爆炸第一期|虚拟现实名词大科普

VR大爆炸第一期|虚拟现实名词大科普
总的来说,OLED 屏幕材质在使用虚拟现实头盔玩游戏的时候,作用尤其大,可以很大程度上解决拖影、模糊、延迟等问题,增强沉浸感。目前市面上使用OLED屏幕的设备有大朋M2、HTC VIVE、Oculus rift、PS VR、蚁视二代、IDEALENS K2。而三星gearvr虽然是手机盒子,但是因为其适配的手机都是采用的OLED屏幕,因此也属于OLED 屏幕的VR设备。而使用LCD屏幕材质的VR设备则清晰度较高,画面显示效果好,适合于2D、3D和静态VR视频的观影,目前市场上使用LCD屏幕材质可以达到较高清晰度的VR设备以暴风一体机Matrix、酷开一体机、蓝珀S1为代表。

空间定位

通过各类光源捕捉来自人体的动作并且投射到VR设备显示的虚拟世界中,实现空间定位。目前主要有三种定位技术,分别来自HTC Vive的激光定位技术、Oculus Rift 主动式红外光学定位技术、PS VR的可见光定位技术,三种技术各有优缺点,不过目前体验最好的是HTC ViveLighthouse定位技术。




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好贴,怎么没人留言呢?这么大的沙发让我坐了?顶!学习了!
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