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VR眼镜
发布时间:2022-3-4 15:29:16 浏览次数:
 


一、基本原理

为了更好的理解这三种分类,我们先从VR的基本原理说起。

其实VR眼镜的概念很简单:


把一个显示器罩在人的眼睛上,人向哪里看,就在显示器里显示对应方向的景物,从而让人感觉自己身处一个无限大的虚拟空间中。


要实现这个概念,需要如下几个基础结构:



  1.  处理器

计算的核心,用来生成图像,根据陀螺仪数据计算姿态定位 等。为了防止眩晕,VR眼镜要求图像刷新率达到90Hz。这对运算速度要求很高。所以,一个VR眼镜的处理器芯片性能指标至关重要。

2. 显示器

分别向左右眼睛显示图像。一般当我们说 2k 屏幕的VR眼镜 时,是指一整块屏幕的长边的尺寸,比如 2k*1k 尺寸。但如果说:单眼2k,则是指屏幕短边的尺寸是2k。2017年,市场上主流的配置是 单眼1.5k左右。屏幕分辨率越高,要求配备的处理器也越强大。

3. 凸透镜片

如果把显示器直接贴在人眼前,人眼是很难聚焦这么近的物体的。凸透镜片的目的,就是通过折射光线,将显示器上的画面成像拉近到视网膜位置,使人的眼睛能轻松看清几乎贴在眼前的显示屏。

4. 陀螺仪

显示器里的景象,如果要随着人头部的运动而实时产生变化。则必须知道人头部的朝向,比如,当带着VR眼镜的人,向上看时,眼睛里的显示器,需要实时的显示虚拟的天空,而这个“向上看”的动作,就需要 陀螺仪 来检测。具体陀螺仪的原理就不介绍,大家只要知道,它是能检测到物体在空间中的姿态/朝向 即可。


有了如上4个基本结构,一个基本VR眼镜就成型了。


另外,这里还要再介绍两个概念:3dof 和 6dof

dof:degree of freedom,即 自由度。

VR中,3dof是指 3个转动角度的自由度。而 6dof 是指,除了3个转动角度外,再加上 位置相关的 3个自由度(上下、左右、前后)。

当我们说 3dof VR眼镜时,是指该VR眼镜可以检测到头部的 3个方向的转动,但是不能检测到头部的 前后左右的移动。而 6dof 眼镜,则是可以全面的检测到 头部的 空间和角度信息。



二、分 类

实际中,根据VR眼镜具体实现方式,我们一般把它们分成三大类:


1. 手机盒子 嵌入机 ,Screenless Viewer

2. VR头戴显示器 PCVR,Tethered HMD

3. 一体机 Standalone HMD, All in one HMD

下面就分别介绍一下这三种眼镜的不同。


>> 手机盒子

手机盒子 属于体验级VR眼镜产品,基本都是 3dof VR。它利用用户的手机,担任了 处理器 + 显示器 + 陀螺仪 的角色,而VR眼镜本身只提供了一个 凸透镜(如下图所示),这就使得这类眼镜的成本非常低。



以Google的 Cardboard 为例,它整个镜身由纸板构成,配备了两个镜片。部件总共只要19.95美元。



基本上,市面上 1000 元以内的 VR眼镜,都是嵌入机,三星的Gear VR就属于此类:



这一大类VR眼镜,在观看体验上并没有本质的不同。因为 显示效果的好坏,完全取决于眼镜里插入的手机的屏幕分辨率、处理器速度、传感器精度 。当前主流手机最多2K分辨率,所以这就成了手机盒子类设备的清晰度上限,跟一体机动辄 4K 分辨率,差了一大截。有一些 嵌入机 使用了额外的 传陀螺仪感器 进行姿态检测,以提高检测精度和速度。

另外,一些高端的手机盒子还配带了 3dof的手柄控制器,使得操作更加便利。

如果要在 手机盒子 上实现 6dof VR,则需要增加一些外设,比如 nolo 的 6dof 交互套件:



另外一种实现手机盒子 6dof VR的方式是,通过手机摄像头拍摄外部世界的画面,再实时计算画面的变化,来估计头部的 位置变化。

但是以上几种方式的体验都是差强人意,只能“凑合”使用。离满意的效果还差很远很远。

>> 头戴显示器

相对于入门体验级的 手机盒子,VR头戴显示器 则属于VR眼镜里的高端存在。为了达到极优秀的显示效果,它们需要连接PC(Sony的PSVR是连接PS4),使用PC的CPU和显卡来进行运算。



另外,跟手机盒子比,它们自带 6dof 头部检测 和 6dof 手柄。

当前的VR头戴显示器,比较好的是四大厂商的产品:

  1. HTC vive

  2. Oculus

  3. PSVR

  4. 微软MR头盔

这四种眼镜最大的区别在于其 6odf定位技术 的不同。

目前的 VR 6dof检测技术主要有三类:

1. 外置激光定位

通过外置的激光发射器对设备进行定位,特点是,速度快,位置准,缺点是 成本高。HTC vive 便是用了此种方式( Lighthouse 技术,由 Valve 公司研制 )。

2. 外置图像处理定位

通过外部放置摄像头,拍摄 头盔/手柄 上的光点,来进行定位,Oculus(红外线) 和 PSVR (可见光)都是使用这种方式。

3. 内置图像处理定位( InsideOut 定位)

通过头盔上的摄像头拍摄画面的变化,来估计头盔运动。微软MR眼镜使用的是这种方式。它的优势是不需要额外架设设备。但是,定位精度上,比激光定位要差一些。

头戴显示器,制作成本 比 手机盒子 要高很多。另外,使用的时候,还需要配合功能强大的PC 或者 PS4(PSVR)。所以,一整套设备下来,总体价位很高。但是它的体验确实是最好的。

>> 一体机

顾名思义,一体机就是自带显示器、陀螺仪、计算模块的机型,它不需要额外插入手机就可以运行。



一体机 使用移动芯片( 如 高通骁龙系列 )来进行图像和定位计算。脱离了 PC/PS4 等外部设备的连线束缚,即开即用,非常方便。



目前,大部分一体机还都是 头部 3dof + 手柄 3dof,价格介于 手机盒子 和 头盔显示器 之间,下一代会有 头部 6dof 和 手柄 6dof 的一体机,比如 Pico 的Neo CV ,使用摄像头进行 InsideOut 定位。

一体机最大的优势就是便携,头盔显示器 虽然显示性能好,但是无法随身携带(比如 外出旅行)。另外,即便都是在房间中使用,头盔显示器 的连线,也会一定程度上阻碍用户的自由移动。


这三大类 VR 眼镜,性能、价位、应用场景 各不相同,手机盒子方式,因为其体验较差(分辨率低、传感器差),从2018年期,逐渐开始被淘汰,一般存在于一些线下快速体验的场景中(为了省钱)。而一体机在最近两年,开始逐渐崛起,在VR设备中占据了半壁江山。相信不久的将来,VR会像手机一样,成为每个人必备的数码设备。

AR增强现实技术

AR增强现实技术Augmented Reality (AR)是将计算机生成的数字化图虚拟场景(如3D模型和视频或系统提示信息)实时叠加到平板电脑,PC或连接眼镜的相机视图的丰富真实场景中的技术。最近的发展使该技术能使用在智能手机。增强现实有多方面的应用。首先用于军事、教育、工业和医疗应用,它也被应用于商业广告和娱乐领域。

AR增强现实技术如何使用
增强现实是隐藏的内容,通常隐藏在标记图像后面,可以包含在印刷媒体和电影媒体中,只要标记显示适当的时间长度,以便应用程序能够识别和分析它。 根据内容,标记可能必须保持可见。

AR增强现实技术如何工作
使用移动应用程序,手机的相机可识别并解释标记。 该软件分析标记,并在手机屏幕上创建一个虚拟图像覆盖,绑定到相机的位置。 这意味着该应用程序与相机协同工作来解释手机远离标记的角度和距离。由于手机必须通过计算的数量才能将图像或模型渲染到标记上,因此通常只有智能手机才能支持增强现实,并取得任何成功。

AR和VR的区别
1.虚拟现实是一种人造的,计算机生成的仿真或通过沉浸式环境重现现实。通过使用户感受到他们正在体验模拟真实,主要通过头戴式显示器刺激他们的视觉和听觉。
2.增强现实技术是一种将实际物理环境之上的虚拟物体实时分层的技术,为我们周围的环境增加了数字叠加。两者一起创造了一个名为混合现实的空间。

在空间。 AR和VR保持独立的域执行不同的功能; VR旨在创造一个与现实相分离的世界,而AR则旨在增加用户在现实世界中的体验并增强现实感。

在VR和AR之间无缝运行的增强现实被称为混合现实(MR)。混合现实和增强现实虽然有不同的标记,但在实践中实际上是相同的。两者都允许用户在实时覆盖数字接口的同时体验真实世界。两者之间的主要区别在于,MR试图将现实与计算机生成的图像混合到一定程度,使得两者几乎不可区分。在AR中描绘出一种完全身临其境的模式和一种为用户环境叠加的模式。



 
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