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揭晓!原来VR耳机是这样工作的

时间:2024-05-22 11:45:56 科技赋能

一个镜头,一些传感器,还有其他东西,它们是如何将你“传送”到一个美妙的新世界的呢? VR可能看起来有点像黑魔法,但事实上,每一款耳机都是精心设计的产品,融合了尖端技术和奇思妙想,旨在让你忘记世俗琐事,只专注于屏幕上呈现的内容。

在VR世界里。

以下详细介绍了头显的工作原理,以及提供引人注目的 VR 体验的组件。

镜头  镜头是最重要的元件之一。

这些镜片的设计目的是让您的眼睛误以为您看到的是广阔的空间,而不是两英寸的平面屏幕。

为此,镜头需要聚焦光线,让您感觉显示屏距离无限远。

许多头盔使用特殊的菲涅尔透镜,该透镜使用一系列薄的圆形棱镜来达到与大型曲面透镜相同的效果。

这些镜头还用于放大头盔的内置显示屏,使图像充满您的整个视野??,这样您就不会注意到屏幕的边缘。

显示器 高性能显示器是让 VR 令人信服的另一个重要因素。

它们必须具有足够的像素密度来显示清晰的图像,并且速度足够快,以便 VR 中的运动流畅流畅。

HTC Vive 和 Oculus 都使用两个 x 显示器,每只眼睛一个。

它们能够以每秒 90 帧的速度显示图像——为用户提供流畅流畅的运动画面和宽广的视角。

可以覆盖您视野的很大一部分。

高端耳机还使用双屏来提供类似于任天堂 3DS 的立体 3D 效果。

每个屏幕向每只眼睛显示一个稍微偏移的图像,我们的大脑会自动将它们“粘合”在一起形成一个图像,在此过程中产生深度错觉。

三星 Gear VR 使用智能手机作为显示器,牺牲视野和图形保真度以保持低成本和“无线”。

在这种情况下,创建立体图像的工作是由两个可互换镜头完成的。

焦距调节由于每个人的两个瞳孔中心之间的距离(即戴眼镜时需要测量的瞳距)不同,因此必须可以调节镜片在头盔中的位置,以便可以根据我们学生的情况进行调整。

距离以提供正确的立体 3D 效果。

Oculus Rift 还使用混合菲涅耳透镜,该透镜具有可变焦点级别,您可以通过上下移动耳机来调整焦点以找到最佳位置。

位置传感器 为了显示准确的图像,头盔必须在您环顾四周时以亚毫米精度跟踪您的头部运动。

这是通过各种内置传感器来实现的。

借助这些传感器提供的各种数据,头盔可以实现真正的“六自由度”,跟踪头盔可以跟随头部所做的任何运动。

(注:物体在空间有六个自由度,即沿x、y、z三个直角坐标轴的运动自由度和绕这三个坐标轴的旋转自由度。

)磁力计可以测量地球磁场。

所以要始终知道“磁北”是哪个方向。

这可以确保它指向正确的方向并防止“偏移”错误 - 头盔认为它面向一个方向,而实际上它面向另一个方向。

加速度计有多种用途。

一是检测重力,让头盔知道上面是哪个方向。

智能手机依靠加速度计自动在水平和垂直屏幕之间切换。

顾名思义,它测量沿轴的加速度,因此可以提供有用的数据,让头盔知道物体移动的速度。

陀螺仪可以跟踪沿轴的微小变化(例如当您稍微倾斜头部或点头时),以提供有关物体旋转的更精确的信息。

三星 Gear VR 没有使用更先进的红外跟踪方法,而是使用惯性测量单元 (IMU),这是一种集成了磁力计、加速度计和陀螺仪的“一体化”设备。

与大多数智能手机不同,该 IMU 专门设计用于减少延迟并提高头部跟踪性能。

红外跟踪 Oculus Rift 和 HTC Vive 都使用红外激光来跟踪耳机的运动,但各自有自己的方法。

Oculus 使用放置在桌子上的 Constellation 红外摄像头来跟踪 Oculus Rift 耳机正面和背面的红外发射器。

如果您使用 Oculus Touch 控制器,则需要额外的摄像头,以避免在跟踪耳机和控制器上的红外灯时出现混乱。

每个传感器都被单独跟踪,计算机收集所有信息来渲染图片,以便您在任何时间、从任何角度看到的图像都是正确的。

所有这些都需要几乎立即完成,这意味着每个红外传感器的坐标都被立即捕获和处理,并且图像立即显示,几乎没有延迟。

HTC Vive 采用“灯塔”红外发射器,放置在游戏空间的角落,可以快速向整个房间发射激光。

Vive 上的红外传感器捕获它并测量它在空间内的位置。

该系统的工作原理与Oculus类似,但本质上是用“灯塔”作为发射器,用头盔作为摄像头,角色颠倒了。

除了“灯塔”红外追踪系统外,Vive头盔还拥有前置摄像头,可以使用“伴侣”系统帮助检测你是否离开了游戏空间的边界。

因此,如果您即将撞到墙壁或家具,Vive 可以巧妙地向您发送视觉提示,让您知道您已经到达 VR 空间的边缘。

控制器 Rift 和 Vive 均具有无线运动控制器,可让您与 3D 空间中的对象充分交互,从而增强沉浸感。

与头盔一样,每个控制器都配备了磁力计、加速度计、陀螺仪以及红外传感器,以亚毫米精度跟踪运动。

  音频 许多头盔都内置耳机,可以产生 3D 音频。

这允许游戏添加与您的位置相关的音频提示,让您听到似乎来自后面、上方甚至下方的声音。

隐藏式麦克风可以为游戏开发者提供更多选择,为他们的游戏添加更多沉浸式功能。

使用麦克风,游戏可以检测你在潜行游戏过程中发出的噪音量,或者将其用作 VR 中语音通信的方法。

电线虽然一些 VR 设备(例如 Samsung Gear VR)是完全无线的,但 Vive 和 Rift 都需要电线将耳机连接到计算机,以便传输数据和电源,从而使显示器能够以 90 度的分辨率显示高清图像。

每秒帧数。

如果您坐下来使用耳机和游戏控制器,那没问题,但当您在室内走动时,电线确实会妨碍您。

计算机 VR 的黑魔法真正发生的地方是在计算机中。

所有位置跟踪数据都会发送到计算机并输入到游戏中,然后游戏会渲染图像并将其发送到耳机进行显示。

对于三星 Gear VR 和其他无线 VR 耳机,计算机放置在耳机内部。

在Gear VR上,智能手机不仅扮演显示器的角色,还承担处理器的任务。