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什么样的VR眼镜,能让人混淆虚拟和现实?

VR眼镜长什么样,能让你的大脑误以为眼前的虚拟场景就是现实?

在最近的一次采访中,扎克伯格给出了一个原型,这个原型混淆了虚拟和现实:

而且这个样机背后的技术样机硬件都拿出来了。

扎克伯格最新VR原型机来了,要让人混淆虚拟与现实的那种

半Dom系列变焦解决方案:

具有视网膜像素级的原型头显:

还有《星爆》,一个验证HDU体验差异的原型:

据说综合以上三种仪器,就可以通过虚拟现实的最终测试:

视觉图灵测试,让你的眼睛相信你看到的虚拟现实是“真实的”。

什么样的VR眼镜可以混淆虚拟和现实?

扎克伯格可以骗过大脑的VR眼镜,长这样:

看起来和其他VR眼镜没什么区别,但其实里面有干坤。这个原型解决了阻碍VR无限接近真实场景的四个门槛:

首先是VR虚拟情境中的人眼变焦问题。

一般来说,人眼是根据物体的远近来调节眼球的。如果被观察的物体很近,眼睛自然可以聚焦在上面。当物体离你很远的时候,焦点自然会分离。在这个过程中,眼睛需要重新调整,以形成一个适当的焦点。

这个过程就是我们所说的视觉会聚调整。

但人眼的这种自动调节能力,在遇到VR虚拟场景时,很可能会崩溃。

因为虚拟现实的原理,简单来说,就是在你的左右眼显示稍微偏离的图像,来制造3D效果。偏差越大,你看到的物体越近,但实际上你眼睛的焦点在很远的距离。

“欺骗”眼睛而产生的矛盾,早就造成了视觉汇聚和适应性调节的失调。

当我们戴上VR眼镜时,我们会感到眩晕和疲劳,这是由于视觉会聚和适应性调节失调造成的。

其次,失真问题。

所谓失真,简单的理解就是图像的失真,比如正常的图像是怎样的横平竖直的方块:

扭曲后,有两种相反的形态。

桶形失真,像这样:

枕骨扭曲,像这样:

失真的原因和VR眼镜显示系统的原理有关。一般来说,VR眼镜的显示系统很可能是“显示屏-曲面镜片-人眼”的组合。显示屏中的图像通过透镜,变成眼睛看到的东西。

但是,当图像通过透镜时,会因为光的折射而产生枕形失真。要解决这个问题,需要把正常画面的桶形失真画面放到显示屏上,也就是所谓的防失真处理。

这里的难点在于如何调整防失真的程度。

再次,是视网膜分辨率的问题。

如果你想让虚拟现实骗过你的大脑,首先要做的就是让你眼睛看到的画面足够真实清晰。

具体来说,就是呈现给眼睛的画面像素,眼睛成像的像素接近甚至一致。问题是,这种视网膜分辨率需要达到什么标准才能以假乱真?

按照目前业界的主流观点,60 PPD(每度视场角的像素数)是一个基本标准,但在严格的场景下是一个门槛。如果是动态图片,一张30 PPD左右的图片就能让人看不到像素颗粒,也就是造假的效果是真实的。

最后,HDR (High Dynamic Range,高动态范围),即人眼在现实中能够体验到的亮度范围,对于虚拟现实模拟真实场景非常重要。

大的门槛在这里,解决的办法,简而言之就是用技术手段蒙人眼球。

扎克伯格和他背后的Meta团队用了哪些“招数”?

背后的技术支持是什么?

四大核心技术,针对上面说的四个门槛,都是为了一件事:以假乱真。

为了应对缩放问题,扎克伯格的团队拿出了之前开发的Half Dom(半穹顶)原型。这种半穹顶技术原型已经推出第三代。

从技术原理上看,Half Dome采用偏振相关透镜,可以根据偏振态的变化,通过改变施加在可切换板上的电压,实现不同焦距之间的灵活切换。

同时,一系列偏振相关透镜和可切换半波片堆叠在一起,实现真实世界中的平滑变焦。

模拟的表演是这样的:

为了解决失真问题,Meta团队专门开发了“失真模拟器”,利用3DTV模拟VR头显,同时在软件中模拟镜头,从而快速迭代失真校正算法,验证合适的抗失真图像。

为了解决视觉分辨率的问题,扎克伯格展示了最新的头戴式原型Butterscotch,即resolution data,它可以实现60 PPD,并允许20/20视觉的视网膜分辨率。

数据符合VR设备视网膜像素的行业标准。

据悉,这款头戴式样机采用了像素极高的显示屏,同时对视野进行了改善和缩小,最终使像素集中在一个小区域内。

这个缩小的视野只有目前Meta量产产品Quest 2的一半左右,约为45度。

当然效果也很明显。Butterscotch,Rift 1和Quest 2的图解是这样的:

谁更清楚,谁更明显。

最后是Starburst,Meta团队开发的一个原型,用来验证HDU对VR体验的影响。这个样机的亮度可以达到20000尼特(单位面积可以发出的亮度)。

当然,这个原型的目的并不是比拼亮度,而是在如此高的亮度范围内模拟现实世界中的各种光源,比如爆炸、烟火、玻璃反射等等。

最后一个问题,你可能已经发现了,那么多为解决问题而开发的原型和设备是如何最终集成到一个小型的可穿戴原型Holocake 2中的?

目前影响VR头显显示尺寸的因素主要有两个:光路长度和镜头宽度。

缩短光路长度就是折叠光路。

具体来说,Holocake 2采用折叠光学元件,通过偏振来回反射光线,实现路径光的折叠,缩短镜头与显示器的距离。

镜头宽度,把它交给全息镜头。

所谓全息透镜就是全息膜,在功能上可以达到和透镜一样的效果,最大的特点就是足够薄。

在此基础上,眼睛到显示器的距离可以大大减小,从而达到小型化的目的。

不过这里需要注意的是,这个原型离商业化还有一段距离。

这个距离有多远?

扎克伯格没说,但至少今年不会发生。

按照官方的说法,目前,Holocake 2展示的原型技术尚未成熟。今年Meta上市的高端头戴式Cambria可能会采用折叠光学系统。

但是要完全实现多种技术的融合还有很长的路要走。

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