VR如何實現?虛擬實境背後的技術

2021-10-04 21:15:44 字數 1942 閱讀 9415

虛擬實境(vr)經過近年來的狂熱追逐,隨著其中所面臨的一系列問題,讓各界人士都趨於理性,但是一些投資者仍在堅持一種願景,即如果可以解決技術問題,vr有一天可以取代移動裝置。

虛擬實境主要是模擬人眼視覺。每款vr裝置都旨在完善其建立沉浸式3d環境的方法。每個vr頭戴式顯示器都在眼睛前面架起乙個螢幕(或兩個,每個眼睛乙個),從而消除了與現實世界的任何互動。

要建立真正的身臨其境的虛擬實境,需要滿足一些先決條件:最低60fps的幀率,等效的重新整理率,最低100度的視野(fov)(儘管180度是理想的)。幀率是gpu每秒處理影象的速率,螢幕重新整理速率是顯示器渲染影象的速度,而fov是顯示器可以支援眼睛和頭部運動的程度。

如果這些都不符合標準,則使用者可能會遇到延遲,即他們的操作與螢幕響應之間的時間間隔過長。我們需要以小於20毫秒的速度來「欺騙」大腦,這需要通過將上述所有因素按適當比例組合而實現。此外,還需要解決的另乙個問題是:防止由於位姿更新速率和影象重新整理速率之間的不一致而導致的割裂(暈動症)。如果gpu的渲染速度大於螢幕重新整理率,則影象可能會失真。

vr是一種全新的使用者介面,與傳統介面不同,它使人們沉浸在數字3d環境中,而不是在顯示器上**。計算機生成的影象和內容旨在通過感官(視覺,聽覺,觸覺)模擬真實的存在。

關於什麼才是真正的vr體驗,意見不一,但總的來說應該包括:

·從使用者角度看似真實尺寸的三維影象;

·跟蹤使用者動作(尤其是他的頭部和眼睛運動)並相應地調整使用者顯示器上的影象以反映視角變化的能力;

vr體驗需要兩個主要元件:內容源和使用者裝置。換句話說,就是軟體和硬體,今天我們單從硬體方面來分析。vr裝置應該提供逼真的、自然的、高質量的影象和互動可能性。綜合上述的vr工作原理,不難得出,乙個好的vr裝置,需要把以下變數平衡好:

vr沉浸感,最終表現為使用者互動。而對於使用者互動,有幾種技術方案選擇:

1、頭部追蹤

vr頭戴式裝置中的頭部跟蹤系統可跟蹤您的頭部向側面和角度的移動。它為方向和運動分配x,y,z軸,並涉及諸如加速度計,陀螺儀,光學捕捉裝置。頭部跟蹤要求低等待時間,即50毫秒或更短,否則,使用者將感覺到頭部運動和模擬之間的滯後。

2、眼動追蹤

某些頭戴裝置包含紅外控制器,該控制器可在虛擬環境中跟蹤眼睛方向。這項技術的主要好處是可以獲得更真實,更深入的視野。

3、運動追蹤

儘管尚未進行足夠好的工程設計和實施,但運動追蹤將把vr提公升到乙個全新的水平。事實是,沒有運動跟蹤,將只能在vr中受限制,無法四處張望和四處走動。通過6dof(六個自由度)和3d空間的概念,支援運動跟蹤的選項分為光學跟蹤和非光學跟蹤兩類。光學跟蹤通常是頭戴式裝置上的攝像頭,用於跟蹤運動,而非光學跟蹤是指在裝置或身體上使用其他感測器。實際上,大多數現有裝置都結合了這兩種選擇。

通常,使用vr裝置可實現100-110度的視野。下乙個關鍵功能是每秒的幀速率,該速率至少應為60 fps,以使虛擬**看起來足夠逼真。

早期的vr頭戴裝置的6dof定位,主要是依靠在場地中架設額外的裝置配合眼鏡裡的定位marker來實現定位(outsidein),而近年來新興起了 insideout 定位技術,則是靠頭盔上的自帶的攝像頭拍攝外部景物,來反向估計自己的姿態,進行定位。與早期的 outsidein 外部定位技術比,insideout 定位技術可以使使用者免去了複雜的外部裝置架設環節,使得vr頭戴裝置使用上的便捷性上有了很大的提公升。

vr產品處於技術變革的最前沿。在2010-2020十年間,已經發布了許多新產品,吸引了創業者、研發人員和企業的想象。隨著這項技術過去十年的發展,相信未來十年(2020-2030)年注定是vr產品激動人心的時刻。通過解決這些裝置中當前出現的問題,無論是對於消費者還是工業/企業領域,這項技術都將得到更大的普及。

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