虚拟现实技术在近几年迎来了一波高速发展的浪潮，其应用范围也扩展到更多领域，吸引了众多老牌巨头的加入。但是，VR技术本身仍然存在一些极其棘手的缺陷；如果无法克服，技术的进一步普及将只是一个梦想。目前，很多研究团队都在试图从自己的思考中寻找答案，但最核心、影响最大的问题应该从人类视觉的物理原理出发。VR问题头晕、恶心和不平衡等症状在VR用户中非常普遍。根据奥地利虚拟现实公司JungeR?mer的一项调查，在991名受访者中，超过75%的人至少有其中一种症状。调查还显示，这些负面影响对于首次使用VR设备的用户尤为强烈。此外，这些症状的持续时间与使用时间几乎保持线性关系。除了为娱乐目的提供更舒适的VR体验外，科学家们还希望积极克服这一问题，使VR技术广泛应用于医学或教育等其他领域。那么，物理学能帮助我们改善VR体验吗？VR耳机如何工作？为了理解物理原理在VR中的作用，我们不妨说说VR头显和人眼的工作原理。当我们戴上这些精美的VR头显时，微小的显示屏离眼球如此之近，以至于它们完全占据了我们的整个视野??。但是，我们的眼睛无法聚焦在非常近的物体上；为解决这个问题，开发人员使用复杂的光学系统，通过一组光学镜片来引导我们的眼睛聚焦在显示的物体上。于是乎，显示器发出的光，就是通过这个光学系统照射到我们的眼睛里。然后晶状体折射光线，进一步将图像聚焦在眼睛后部的视网膜上。接下来，一些视觉感受器将电磁辐射信号转化为电脉冲，然后传输到我们的大脑。在物理层面，我们可以用射线模型来表示整个过程。通常，一个简单的VR光学系统将由一组高精度透镜（通常是菲涅耳透镜）组成，光线通过这些透镜从显示器传播到您的眼睛。这些镜片在设备中意义重大，因为前面提到，当我们佩戴VR头显时，眼球与显示器的距离其实非常近，眼睛的聚焦能力自然无法看清图像.不信的话，你可以慢慢将手机屏幕拉近自己的眼睛，应该能清楚地感觉到自己的近景对焦极限在哪里。此外，如果你盯着太近的东西看一会儿，你会经常感到眼睛疲劳和头晕。是的，这意味着眼睛不适合工作。但是使用VR头显，为什么我们可以在这么短的距离内看到清晰的图像呢？正是这组复杂的光学组件通过特定的镜头组合来校正光线。但光学元件并不完美，哪怕是最轻微的不匹配也会对VR沉浸感产生巨大影响。事实上，正是由于这种微波缺陷，用户普遍出现失衡、视力模糊、头晕和头痛等问题。要从根本上克服会聚调节问题的挑战，首先需要解决最基本的光学问题，即会聚调节问题。多数VR开发者认为，除了提高显示分辨率、扩大视野外，调焦是阻碍VR产品全面普及的第三大障碍。在你面前举起一根手指，盯着它看。这时我们的眼睛会完成两个操作：首先眼睛会快速聚焦在手指上（调节），然后两个眼球开始向中心点移动（聚拢）。这个聚集过程正是我们观看附近事物的必要过程。但这不是VR耳机的设计外观。当我们佩戴VR头显时，眼睛会一直聚焦在眼前的VR屏幕上，通过虚像的指向距离和位置来“假装”聚集过程。这会使眼睛感觉不自然和不舒服，从而导致眼睛疲劳和头晕。解决问题VR公司正在努力解决人群调整问题。迄今为止，所有的尝试都在不断地向我们强调，必须从视觉原理层面寻找突破口。也就是说，我们没有办法通过简单的计算或技术手段来解决。所以在未来的VR头显中，集成光学必须能够准确模拟现实世界中的光线变化。解决该问题的最初想法是在VR设备中引入多个显示器而不是一个显示器。这些显示器各自具有不同的焦距以代表虚拟环境的不同区域。然而，这不仅会大大增加设备的制造成本，还会显着降低显示内容的对比度。后来，VR开发人员将注意力转向了自适应光学解决方案。这类技术试图用更灵活的镜头取代单一焦距的传统VR组件，确保其可以在1毫秒内快速切换不同焦距。通过在人眼和VR显示器之间安装这些镜片，科学家们能够创造出更流畅、更自然的虚拟体验，同时减少不适感。然而，自适应光学系统对云台的位置有着严格的要求，导致应用之路再次陷入僵局。一家总部位于新加坡的制造商似乎更进一步，他们认为自适应光学技术可以再试一次。2018年，他们开发了一款软件，可以在不同的虚拟场景中确定最佳对焦位置。此外，他们还推出了红外线眼动仪来检查用户的视线并向机械致动器提供信息，然后机械致动器快速调整焦点位置。第三种流行的解决方案是所谓的光场技术。基本思路是从虚拟物体的增量区域发出两道或多道光线，将虚拟物体的多个视图投射到单个VR显示器上。然后这些光线进一步投射到显示器的像素上，但缺点是我们需要的光线越多，像素的数量就越大。近年来，虚拟现实技术取得了快速而巨大的进步。然而，VR设备远非完美，用户仍然经常报告恶心、头晕和眼睛疲劳等问题。而只要不彻底解决这些问题，我们就无法真正将VR引入科学、医学、教育等领域。好消息是，目前的工作成果让我们相信，攻克难关的一大前提在于充分理解人类视觉系统的物理原理，然后根据这些原理开发出完全兼容的VR光学系统。已经有很多企业在这条路上投资，并努力向前迈进。我们有理由相信，近乎完美的VR头显应该会在不远的将来出现。
