科普：虛擬現(xiàn)實(shí)頭顯和傳感器原理詳解

　　虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴顯示器是目前最熱門的數(shù)碼設(shè)備，Oculus Rift已經(jīng)上市，HTC Vive即將發(fā)貨，索尼PlaystaTIon VR也將于夏天正式發(fā)售，不論是PC、游戲主機(jī)用戶都可以體驗(yàn)到虛擬現(xiàn)實(shí)游戲的震撼。當(dāng)然，智能手機(jī)也可以通過外設(shè)來實(shí)現(xiàn)入門級(jí)的虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)，如谷歌紙板眼鏡、三星GearVR等等。

　　雖然虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴顯示器是下一個(gè)消費(fèi)電子熱點(diǎn)，但大家對(duì)于其復(fù)雜的硬件構(gòu)造、運(yùn)行原理可能并不是十分了解。今天，我們就來看看虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴中究竟藏著什么秘密。

　　基本技術(shù)特性

　　首先，可以肯定的是虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴是一種顯示器，頭戴型的顯示器，它本身并不是能夠獨(dú)立運(yùn)行某種系統(tǒng)的便攜電腦。一個(gè)典型的例子便是微軟的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)眼鏡HoloLens，很多朋友會(huì)把它與頭戴顯示器混淆；但實(shí)際上，它不是顯示器，而是一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)硬件，內(nèi)置處理器、RAM、顯卡，可獨(dú)立運(yùn)行應(yīng)用程序，Oculus Rift們卻不行。

　　大部分虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴顯示器的主要購置其實(shí)都很相似，首先需要兩塊鏡片、鏡片后設(shè)置OLED屏幕，兩者配合來實(shí)現(xiàn)沉浸式的3D畫面感。其中，桌面級(jí)產(chǎn)品（Oculus Rift、HTC Vive和索尼PlaystaTIon VR）都內(nèi)置了屏幕，需要通過HDMI連接主機(jī)（PC、PS4）；而三星Gear VR等手機(jī)端的產(chǎn)品則僅有鏡片，需要將手機(jī)作為屏幕和主機(jī)實(shí)現(xiàn)顯示、運(yùn)行應(yīng)用。

　　至于視覺效果方面，鏡片配合屏幕可以實(shí)現(xiàn)100度或是110度的視野率，以此實(shí)現(xiàn)沉浸式體驗(yàn)。360度視野？暫時(shí)是不必要的。另外，60fps幀速率是虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴的入門標(biāo)準(zhǔn)，這是為了避免卡頓、眩暈等問題。

　　頭部追蹤

　　為了模擬人類自然的視角轉(zhuǎn)換效果，虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴們都內(nèi)置了頭部運(yùn)動(dòng)追蹤功能，即6軸追蹤，可以實(shí)現(xiàn)X、Y、Z軸及前后側(cè)面追蹤。另外，頭戴們也內(nèi)置了諸如陀螺儀、加速度計(jì)和磁力計(jì)來模擬轉(zhuǎn)動(dòng)速度等細(xì)節(jié)，我們可以在Oculus Rift、HTC Vive和索尼PlaystaTIon VR上看到一些LED或是激光傳感器，可以降低信號(hào)延遲。

　　運(yùn)動(dòng)追蹤

　　運(yùn)動(dòng)追蹤方面，基本上都是通過配件來實(shí)現(xiàn)，畢竟虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器只是頭戴型顯示器而已。在這方面，每家公司的實(shí)現(xiàn)形式略有差異。

　　其中，Oculus Rift需要通過Touch手柄來實(shí)現(xiàn)控制，手柄上內(nèi)置了大量傳感器，可以監(jiān)測(cè)手部運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)特定操作。索尼PlaystaTIon VR則是通過PS Camera和Move手柄來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)追蹤操作，相對(duì)來說稍微落后一些，畢竟這套解決方案早已存在。HTC Vive的運(yùn)動(dòng)追蹤功能最為全面，通過在房間設(shè)置兩顆激光追蹤鏡頭來掃描頭戴上、手柄上的激光傳感器，以此實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景式的追蹤效果。

　　眼動(dòng)追蹤

　　除了主流的頭部、運(yùn)動(dòng)追蹤，還有一些廠商另辟蹊徑，希望帶來更酷的、更逼真的虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)，F(xiàn)OVE便是一個(gè)例子，它能夠?qū)崿F(xiàn)眼動(dòng)追蹤功能。具體來說，是通過在頭戴顯示器中加入紅外追蹤傳感器，來追蹤眼球移動(dòng)，這意味著用戶可以不必轉(zhuǎn)頭來移動(dòng)視角，更符合現(xiàn)實(shí)生活中的感覺。

　　另外，F(xiàn)OVE的眼動(dòng)追蹤還能夠?qū)崿F(xiàn)景深式體驗(yàn)，簡(jiǎn)單來說就像你的眼睛可以變焦（看愿景近景模糊、反之亦然），這種感覺無疑更加逼真，對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提升臨場(chǎng)感具有巨大意義。

　　小結(jié)

　　虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)目前尚處發(fā)展期，目前的第一代產(chǎn)品們還有巨大的改善空間。未來，頭戴顯示器必將更加輕便、逼真，可穿戴式的全身運(yùn)動(dòng)追蹤系統(tǒng)也是一個(gè)值得期待的部分，超越現(xiàn)實(shí)，可能是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的終極目標(biāo)。