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2017-02-15

讓 VR 體驗擺脫眼鏡饺藤!斯坦福大學(xué)新技術(shù)使 VR 顯示更加接近自然視覺

「自適應(yīng)對焦顯示」技術(shù)指明了一條讓 VR 顯示更加接近自然視覺希柿、緩解 VR 眩暈的可行之路。

如果你是一位初次嘗試 VR 的近視人士炎码,在大多數(shù) VR 體驗店,為了能舒適地佩戴頭顯秋泳,店員會告訴你先摘下眼鏡放進頭顯里潦闲,然后再把眼鏡和頭顯一起戴上。其實對大多數(shù)重度(近視)的 VR 愛好者來說迫皱,戴著眼鏡在 5 秒鐘之內(nèi)把 Vive 捆到臉上已經(jīng)是駕輕就熟的基本技能歉闰。

但無論如何,在這個四線城市的電影院都提供 3D 眼鏡夾片的時代卓起,眼鏡外面再罩一層眼鏡始終是件十分奇怪的事和敬。國內(nèi)一些始終以提高用戶體驗為己任的硬件廠商當(dāng)然無法容忍這種不科學(xué)的缺陷存在,目前市面上的很大一部分頭顯類設(shè)備戏阅,從 VR 一體機到頭戴移動影院再到手機盒子昼弟,都配備視力和瞳距調(diào)節(jié)功能,有的更是號稱支持「遠視 200° 到近視 1100° 雙眼獨立調(diào)節(jié)」奕筐。

這些設(shè)備一般采取調(diào)節(jié)眼睛與屏幕之間距離的方法來改變焦距從而適應(yīng)視力差異私杜,有一定的效果,特別在頭戴影院這種沉浸感較弱救欧、畫面距離固定的產(chǎn)品上衰粹,基本上能滿足需要。但放到完全沉浸笆怠、需要大視場角同時視覺注意力需要不斷變化的 VR 體驗中铝耻,要適應(yīng)使用者的視力差異同時盡可能貼近自然的視覺效果,就不是這么簡單了。

在現(xiàn)實環(huán)境中瓢捉,當(dāng)我們的眼睛對焦于某一點時频丘,視野內(nèi)處于焦外的景物會自然被虛化,這符合大腦的認知規(guī)律泡态。但在 VR 設(shè)備中搂漠,屏幕與人眼的距離是固定的,即使顯示內(nèi)容能夠一定程度上模擬焦點變化(像 3D 電影)或定焦于無窮遠某弦,但離自然的視覺效果仍有相當(dāng)大的差距桐汤,長時間使用難免會導(dǎo)致眼部疲勞以及頭暈。

「一般連續(xù)使用 30~40 分鐘靶壮,你就會感到眼部酸痛怔毛,進而產(chǎn)生頭疼的癥狀√诮担」斯坦福大學(xué)電子工程博士生 Nitish Padmanaban 說道拣度,「你可能說不清到底是哪里不對,但確實會感到不適螃壤。這對將來人們體驗更長的 VR 內(nèi)容是很不利的抗果。」

Padmanaban 是斯坦福大學(xué)的計算成像實驗室的一員奸晴,他所在的研究團隊正嘗試使用動態(tài)的輔助變焦手段來解決這一問題冤馏,從而幫助不同視力狀況的人更好的體驗 VR,這一技術(shù)被稱為「自適應(yīng)對焦顯示」(adaptive focus display)蚁滋。

該技術(shù)包含硬件和軟件兩部分宿接,軟件部分識別視線位置和計算最佳焦距,硬件部分實現(xiàn)焦距變化辕录。

在硬件部分睦霎,研究團隊測試了兩種方案,一種方案與前面提到的頭顯設(shè)備類似走诞,通過調(diào)整目鏡與顯示屏之間的距離實現(xiàn)變焦副女;另一方案使用一種液體鏡頭,這種鏡頭可以通過調(diào)整鏡頭內(nèi)液體壓力來改變鏡頭屈光度蚣旱,從而在不變移動鏡頭位置的情況下改變焦距碑幅。

液體鏡頭變焦示意圖

軟件部分是通過一套眼部跟蹤系統(tǒng),確定使用者視線正停留在屏幕的什么位置塞绿,并根據(jù)視線位置的畫面(所看虛擬物體的遠近)計算適合視線所在點的焦距沟涨,然后令硬件部分實時調(diào)整到這一焦距,從而模擬自然狀態(tài)下异吻,人眼在看不同距離物體時所經(jīng)歷的焦距變化裹赴,彌補屏幕位置固定導(dǎo)致眼部疲勞的問題喜庞。

「自適應(yīng)對焦顯示」可以適應(yīng)近視、遠視棋返、老花等不同視力狀況的用戶延都,基本上,通過一定的調(diào)整睛竣,存在這三類視覺問題的人都可以利用該技術(shù)丟掉眼鏡體驗 VR晰房,同時獲得十分自然的視覺效果。不過射沟,該技術(shù)技術(shù)無法彌補眼睛散光的問題殊者。

實際上,這項研究的目標并不僅僅是讓近視人士能不戴眼鏡體驗 VR躏惋,而在于讓 VR 顯示設(shè)備能達到高度的個人化幽污,更高程度地契合使用者的視覺特征嚷辅,同時使 VR 顯示更加貼近人眼自然的視覺效果簿姨,「每個人都需要一套不同的光學(xué)模式,來幫助其獲得盡可能好的 VR 體驗簸搞”馕唬」電子工程助理教授 Gordon Wetzstein 表示。

這一技術(shù)目前還處在原型階段趁俊,不過已經(jīng)在 173 名視覺特征各不相同的志愿者身上進行了測試域仇,證實確實很大程度上提升 VR 視覺體驗。

不過寺擂,「自適應(yīng)對焦顯示」面臨的問題也十分明顯暇务。簡單來說,就是硬件響應(yīng)和運算速度所帶來的延遲問題怔软。

人類視網(wǎng)膜記錄圖像所需的時間為 80 毫秒垦细,觀察畫面時大腦產(chǎn)生認知大約需要 150 毫秒,也就是說挡逼,系統(tǒng)完成從識別視線位置到改變焦距所花費的時間最多不能超過 150 毫秒括改,否則人仍會感到視線模糊,這種焦距變化的延遲可能會更加加重暈眩感家坎。同時嘱能,這一過程是動態(tài)不斷重復(fù)的,想象一下在玩第一人稱射擊游戲時視線在目標之間高速移動場景虱疏,勢必會給運算系統(tǒng)帶來相當(dāng)大負擔(dān)惹骂。

說到運算負擔(dān),如果在運算資源有限的情況下做瞪,即使拋開視線跟蹤和變焦執(zhí)行時的延遲对粪,軟件部分的運算延遲也十分「可觀」,要根據(jù)視線位置計算出合適的焦距,顯然需要參考當(dāng)前正在顯示的 VR 內(nèi)容衩侥,目前還不知道用于研究中使用的 VR 內(nèi)容是預(yù)置了與這一技術(shù)相配套的焦距-位置參考系国旷,還是通過算法實時計算視線位置的合適焦距,如果是后者茫死,巨大的運算量可能讓實現(xiàn)實時變焦變得十分艱難跪但。但如果是前者,這一技術(shù)又會面臨應(yīng)用范圍被局限的問題峦萎。

但無論如何屡久,「自適應(yīng)對焦顯示」技術(shù)指明了一條讓 VR 顯示更加接近自然視覺、緩解 VR 眩暈的可行之路爱榔。

話再說回來被环,畢竟實驗室技術(shù)離商用還有相當(dāng)?shù)木嚯x,現(xiàn)有的應(yīng)對近視的方法又不盡如人意详幽,始終以提高用戶體驗為己任的硬件廠商一定火急火燎筛欢,難道就沒有讓用戶摘掉眼鏡舒適體驗 VR 的方法了嗎?其實唇聘,還是有的版姑,比如隨機附贈一張購買隱形眼鏡的抵用券什么的……(作者:陳凱文@深圳灣)

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c+ 2018-03-18 13:41

很多年以后,當(dāng)人們再次看到這個笨重的vr眼鏡時的心情婆赠,大概就和我們現(xiàn)在回憶起當(dāng)年別在腰間的隨身dvd機是一樣的吧

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