關(guān)于VR頭顯的一些相關(guān)技術(shù)解析

（文章來(lái)源：可穿戴設(shè)備網(wǎng)）

在一個(gè)2D屏幕上面加入一塊被開了許多小口的遮蓋層，當(dāng)我們通過(guò)這些小口觀察屏幕的時(shí)候，我們不能看到下面的所有像素。我們能夠看到的像素實(shí)際上取決于觀看角度，觀察者的左眼和右眼可能會(huì)看到不同的像素組。“視差屏障”這個(gè)概念早在一個(gè)世紀(jì)以前就被發(fā)現(xiàn)了， 夏普在十年前首次將其投入到了商業(yè)應(yīng)用。

經(jīng)過(guò)改良，現(xiàn)在這項(xiàng)技術(shù)采用了可切換的屏障，這實(shí)際上是另一個(gè)活動(dòng)的屏幕層，它可以產(chǎn)生屏障效果，也可以變?yōu)橥该鳎瑢⑵聊换謴?fù)到2D模式，以顯示完整的分辨率。早在2011年的時(shí)候，HTC EVO 3D和LG Optimus 3D就已經(jīng)登上頭條了，因?yàn)樗鼈兪侨蚵氏戎С?D功能的智能手機(jī)。但它們其實(shí)只是2.5D技術(shù)的另一個(gè)例子，只能在非常狹窄的視角范圍提供3D效果。

從技術(shù)上講，視差屏障可以不斷擴(kuò)展形成更寬的視角。但問(wèn)題是視角越寬，你所需要屏蔽的光線就越多，這樣就會(huì)造成耗電量過(guò)大的問(wèn)題，尤其是對(duì)于移動(dòng)設(shè)備來(lái)說(shuō)。

柱狀透鏡：在一個(gè)2D屏幕上面覆蓋一層微型凸透鏡，我們都知道凸透鏡可以聚焦來(lái)自遠(yuǎn)處光源的平行光，小孩子用放大鏡點(diǎn)著東西也是利用了這個(gè)原理。這些透鏡可以收集從屏幕像素發(fā)出的光線，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂蟹较虻墓馐?。我們把這個(gè)現(xiàn)象稱為準(zhǔn)直（collimation）。

光束的方向會(huì)隨著透鏡下方的像素位置而改變。這樣的話，不同的像素將會(huì)跟隨光束投射到不同的方向上。柱狀透鏡技術(shù)最終可以達(dá)到視差屏障同樣的效果（都是利用在不同的空間位置看到的像素組不同的原理），只是柱狀透鏡不會(huì)遮擋任何的光線。

那為什么我們?cè)谑忻嫔蠜](méi)有看到柱狀透鏡3D屏幕呢？這不是因?yàn)闆](méi)有人嘗試，東芝就在2011年在日本發(fā)布過(guò)第一代系統(tǒng)。但是這種屏幕在仔細(xì)觀看的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)了一些難以接受的視覺(jué)假象，這主要是由透鏡產(chǎn)生的問(wèn)題。

首先，屏幕像素通常都是由一個(gè)面積較小的發(fā)射區(qū)和一個(gè)面積較大的“黑色矩陣”組成的，后者是不發(fā)光的。在經(jīng)過(guò)透鏡的處理之后，單個(gè)像素的發(fā)射區(qū)和黑色矩陣會(huì)被偏折到空間的不同方向。這樣會(huì)導(dǎo)致3D畫面出現(xiàn)非常明顯的黑色區(qū)域。唯一能解決這個(gè)問(wèn)題的方法是對(duì)透鏡進(jìn)行“散焦”，但是這樣做會(huì)導(dǎo)致不同視角之間的干擾，圖像也會(huì)變得模糊。

其次，只用單個(gè)透鏡是很難在廣視角下達(dá)到合適的準(zhǔn)直的。這也是相機(jī)鏡頭和顯微鏡會(huì)使用復(fù)合透鏡而不是單透鏡的原因。因此柱狀透鏡系統(tǒng)只能在較窄的視角（大約20度）觀察到真正的運(yùn)動(dòng)視差。超出這個(gè)范圍的話，3D圖像就會(huì)不斷重復(fù)，感覺(jué)就像觀看的角度不對(duì)一樣，圖像也會(huì)變得越來(lái)越模糊。

較窄的視場(chǎng)和糟糕的視覺(jué)轉(zhuǎn)換是柱狀透鏡屏幕的最大缺陷。對(duì)于電視系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，如果觀眾會(huì)自動(dòng)調(diào)整他們的頭部并且不會(huì)走來(lái)走去的話，那么現(xiàn)在的柱狀透鏡技術(shù)是可以接受的。但是在手機(jī)和汽車這樣的使用場(chǎng)景下，頭部是肯定會(huì)有移動(dòng)的，這樣柱狀透鏡系統(tǒng)就很難達(dá)到理想的效果了。那么，我們應(yīng)該如何設(shè)計(jì)含有寬廣視場(chǎng)和流暢轉(zhuǎn)換的裸眼3D視覺(jué)系統(tǒng)呢？

眼部追蹤：如果我知道你的眼睛和屏幕之間的相對(duì)位置，我可以計(jì)算出相應(yīng)的視角，并嘗試將圖像調(diào)整至眼睛的朝向。只要我能快速地檢測(cè)到你的眼睛的位置，并且有同樣快速的圖像調(diào)整機(jī)制，那我就能確保你在任何視角都能看到立體視覺(jué)，以及平滑的運(yùn)動(dòng)視差渲染。這就是眼部追蹤自動(dòng)立體屏幕的運(yùn)作原理。

這種方法的好處是：屏幕在任何時(shí)刻都只需要渲染兩個(gè)視角的畫面，這樣可以保持大部分的屏幕像素。從實(shí)際的角度上講，眼部追蹤系統(tǒng)可以結(jié)合目前視差屏障技術(shù)一起使用，避免柱狀透鏡系統(tǒng)產(chǎn)生的光學(xué)假象。但是眼部追蹤并不是萬(wàn)能的。首先，它每次只能支持一個(gè)觀眾，而且，眼睛的追蹤需要設(shè)備配置額外的攝像頭，以及在后臺(tái)持續(xù)運(yùn)行用于預(yù)測(cè)眼睛位置的復(fù)雜軟件。

對(duì)于電視系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，尺寸和功耗不是一個(gè)大問(wèn)題，但是這會(huì)對(duì)移動(dòng)設(shè)備造成巨大的影響。此外，即使是最好的眼部追蹤系統(tǒng)也會(huì)出現(xiàn)延遲或者錯(cuò)誤，常見的原因包括燈光的改變，眼睛被頭發(fā)或眼鏡遮擋，攝像頭檢測(cè)到另外一雙眼睛，或者是觀眾的頭部運(yùn)動(dòng)得太快。當(dāng)這個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，觀眾會(huì)看到非常不適的視覺(jué)效果。

（責(zé)任編輯：fqj）