深入VR之前 你應該知道VR頭顯透鏡原理

要理解虛擬現實頭顯透鏡的工作原理,首先要搞懂眼睛是如何看到事物的。

眼睛瞳孔後有晶狀體,也就是眼珠子。眼睛的背面有感官器,可以將入射光轉換成有用的可視的信息。

晶狀體將光折射到感官器。晶狀體彎曲率取決於眼睛與物體的間距。如果物體距離近,晶狀體就需要大幅彎曲,呈現清晰的圖像。如果物體距離較遠,晶狀體隻需稍微彎曲就可以。

這就是為什麼當你在電腦前長時間工作時,應該每間隔一小時就需要朝遠方看看。這有效防止視覺疲勞,放松晶狀體。

隨著年紀增長,晶狀體失去彈性,折射光的能力就會變差。這就是為什麼青少年能看清7cm近的物體,而老年人卻做不到。

所以,想要看清距離我們眼睛3-7cm的頭顯內的事物,事實上是不容易的。這就是虛擬現實透鏡的作用,它可以折射光,方便人眼看清事物。HTC Vive內置菲涅爾透鏡;Oculus Rift CV1內置混合菲涅爾透鏡,使得透鏡更薄,折射光的方式更便於人眼看清事物。

醫學鏡片便是基於這樣的工作原理糾正散光、近視、遠視等問題的。鏡片修正入射光,使眼睛可讀取信息。

理解菲涅爾透鏡

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如果眼睛註視著遠方,那註視點是無限遠的。也就意味著光線是平行的,晶狀體處於休息狀態。

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如果物體像這隻小蒼蠅靠近你的眼睛,你要一直看著它,那晶狀體就會彎曲,光線平行狀態就會打破。想要一直看著這隻蒼蠅的話,所有從蒼蠅身上發出的單一的光,都需要聚焦在眼睛的一點上。

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如果蒼蠅靠近太近的話,晶狀體彈性不夠,無法彎曲,眼睛就失去瞭焦點。

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這就是為什麼頭顯需要特制的透鏡,以便能修正晶狀體的光源的角度,重新被人眼讀取。

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因為光束是從不同角度射到晶狀體上的,所以會感覺眼睛與事物的距離較遠,而事實上距離並沒有那麼遠。

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為瞭頭顯透鏡能更薄更輕,部分頭顯使用瞭菲涅爾透鏡。這款透鏡與普通透鏡的曲率一致,但其一面刻錄瞭大小不一的螺紋。

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但使用菲涅爾透鏡意味著你需要做出一定的犧牲。你可以制作出多螺紋透鏡,從而能看到更清晰的圖像。但是光線無法聚焦在一點上,曲率也總是不正確的。

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另外,你也可以使用螺紋較少的菲涅爾透鏡,有助於光束集中和提高對比度,但圖像的清晰度就會受損。

這就是虛擬現實頭顯透鏡的基本工作原理。

from:Yivian

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