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VR眼镜光学原理

目前VR头盔的价格差距很大,从只要几美元的谷歌Cardboard,到预计售价美元的Oculus消费者版本,但他们的原理基本相同,最主要的部件都包括屏幕,陀螺仪,光学镜片以及一些塑料部件。其中对用户沉浸感影响最大的部件是两对光学镜片。在各类型的智能硬件中,大部分元件都是电子元器件,很少包含光学元件。较为困难的是,评价其质量的指标不能用常见的内存大小,主频高低,内核的数量等很直观的指标来衡量。看似简单的两个圆形镜片想要达到理想的成像效果,也包含深奥的学问。

笔者曾体验过多款VR头盔,对该领域较为有兴趣,加之是光学专业科班出身,工作中经常需要设计各类型的光学系统,在研究综合目前国内外常见的几款VR头盔产品后,对VR头盔中的重要元件镜片做简单分析,并给出自己的一些见解,希望对VR爱好者在产品时能有所借鉴。

简单来说,VR头盔的两个镜片可以看成两个完全相同的放大镜,如下图1光路剖面图所示,人眼处于左侧实线与光轴的焦点处,中间的为双凸镜片,右侧为屏幕,由于镜片有弯折光线的作用,人眼看到屏幕最上方x位置,而给人的感觉是沿着虚线从更高的位置进入人眼的,仿佛把屏幕放大到了x’的那么大,VR头盔强调的沉浸感,一方面取决于屏幕的大小,另一方面取决于镜片弯折光线的能力。因此,就引出了可视角(FOV)的概念,这也是广大VR厂商经常宣传的一个参数。

FOV

目前主要厂商宣称的FOV统计如下:

可以看出,大部分厂商的FOV都在°左右,但笔者认为这个参数并没有非常大的实际价值。首先,不像内存或硬盘的大小,FOV没有一个可以明确测量的方法,厂商是否会虚标用户无法确定;第二,人在观察不处于视野中心的目标时,更倾向于转头,而不是斜眼看。引用百度一张人眼视角的示意图2可见,人眼水平最大视角甚至可以超过度,而单眼舒适视角只有大约60度,在这个方位内人眼视力最敏感,超过了这个范围人会本能的转头。所以大家不必太纠结于该参数的大小,而更应该

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