科普：虛擬現實(shí)頭顯和傳感器原理詳解

　　虛擬現實(shí)頭戴顯示器是目前最熱門(mén)的數碼設備，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、游戲主機用戶(hù)都可以體驗到虛擬現實(shí)游戲的震撼。當然，智能手機也可以通過(guò)外設來(lái)實(shí)現入門(mén)級的虛擬現實(shí)體驗，如谷歌紙板眼鏡、三星GearVR等等。

　　雖然虛擬現實(shí)頭戴顯示器是下一個(gè)消費電子熱點(diǎn)，但大家對于其復雜的硬件構造、運行原理可能并不是十分了解。今天，我們就來(lái)看看虛擬現實(shí)頭戴中究竟藏著(zhù)什么秘密。

　　基本技術(shù)特性

　　首先，可以肯定的是虛擬現實(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立運行某種系統的便攜電腦。一個(gè)典型的例子便是微軟的增強現實(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)完整的計算機硬件，內置處理器、RAM、顯卡，可獨立運行應用程序，Oculus Rift們卻不行。

　　大部分虛擬現實(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、鏡片后設置OLED屏幕，兩者配合來(lái)實(shí)現沉浸式的3D畫(huà)面感。其中，桌面級產(chǎn)品（Oculus Rift、HTC Vive和索尼Playstation VR）都內置了屏幕，需要通過(guò)HDMI連接主機（PC、PS4）；而三星Gear VR等手機端的產(chǎn)品則僅有鏡片，需要將手機作為屏幕和主機實(shí)現顯示、運行應用。

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

　　頭部追蹤

　　為了模擬人類(lèi)自然的視角轉換效果，虛擬現實(shí)頭戴們都內置了頭部運動(dòng)追蹤功能，即6軸追蹤，可以實(shí)現X、Y、Z軸及前后側面追蹤。另外，頭戴們也內置了諸如陀螺儀、加速度計和磁力計來(lái)模擬轉動(dòng)速度等細節，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，可以降低信號延遲。

　　運動(dòng)追蹤

　　運動(dòng)追蹤方面，基本上都是通過(guò)配件來(lái)實(shí)現，畢竟虛擬現實(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)現形式略有差異。

　　其中，Oculus Rift需要通過(guò)Touch手柄來(lái)實(shí)現控制，手柄上內置了大量傳感器，可以監測手部運動(dòng)，實(shí)現特定操作。索尼Playstation VR則是通過(guò)PS Camera和Move手柄來(lái)實(shí)現運動(dòng)追蹤操作，相對來(lái)說(shuō)稍微落后一些，畢竟這套解決方案早已存在。HTC Vive的運動(dòng)追蹤功能最為全面，通過(guò)在房間設置兩顆激光追蹤鏡頭來(lái)掃描頭戴上、手柄上的激光傳感器，以此實(shí)現場(chǎng)景式的追蹤效果。

　　眼動(dòng)追蹤

　　除了主流的頭部、運動(dòng)追蹤，還有一些廠(chǎng)商另辟蹊徑，希望帶來(lái)更酷的、更逼真的虛擬現實(shí)體驗，FOVE便是一個(gè)例子，它能夠實(shí)現眼動(dòng)追蹤功能。具體來(lái)說(shuō)，是通過(guò)在頭戴顯示器中加入紅外追蹤傳感器，來(lái)追蹤眼球移動(dòng)，這意味著(zhù)用戶(hù)可以不必轉頭來(lái)移動(dòng)視角，更符合現實(shí)生活中的感覺(jué)。

　　另外，FOVE的眼動(dòng)追蹤還能夠實(shí)現景深式體驗，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)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(jué)無(wú)疑更加逼真，對于虛擬現實(shí)技術(shù)提升臨場(chǎng)感具有巨大意義。

　　小結

　　虛擬現實(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(lái)，頭戴顯示器必將更加輕便、逼真，可穿戴式的全身運動(dòng)追蹤系統也是一個(gè)值得期待的部分，超越現實(shí)，可能是虛擬現實(shí)技術(shù)的終極目標。