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聊一聊 VR虚拟现实(二):VR眼镜的分类

经过2016 “VR元年” 的沉淀,市场上出现了琳琅满目的VR眼镜产品,它们外观类似,价格却从 100 到 5000 不等,这之间到底有什么不同?为什么会造成价格如此大的区别?下面我们就详细地聊一聊。

一、基本原理

为了更好的理解这三种分类,我们先从VR的基本原理说起。

其实VR眼镜的概念很简单:


把一个显示器罩在人的眼睛上,人向哪里看,就在显示器里显示对应方向的景物,从而让人感觉自己身处一个无限大的虚拟空间中。


要实现这个概念,需要如下几个基础结构:

1. 处理器

计算的核心,用来生成图像,根据陀螺仪数据计算姿态定位 等。为了防止眩晕,VR眼镜要求图像刷新率达到90Hz。这对运算速度要求很高。所以,一个VR眼镜的处理器芯片性能指标至关重要。

2. 显示器

分别向左右眼睛显示图像。一般当我们说 2k 屏幕的VR眼镜 时,是指一整块屏幕的长边的尺寸,比如 2k*1k 尺寸。但如果说:单眼2k,则是指屏幕短边的尺寸是2k。2017年,市场上主流的配置是 单眼1.5k左右。屏幕分辨率越高,要求配备的处理器也越强大。

3. 凸透镜片

如果把显示器直接贴在人眼前,人眼是很难聚焦这么近的物体的。凸透镜片的目的,就是通过折射光线,将显示器上的画面成像拉近到视网膜位置,使人的眼睛能轻松看清几乎贴在眼前的显示屏。

4. 陀螺仪

显示器里的景象,如果要随着人头部的运动而实时产生变化。则必须知道人头部的朝向,比如,当带着VR眼镜的人,向上看时,眼睛里的显示器,需要实时的显示虚拟的天空,而这个“向上看”的动作,就需要 陀螺仪 来检测。具体陀螺仪的原理就不介绍,大家只要知道,它是能检测到物体在空间中的姿态/朝向 即可。


有了如上4个基本结构,一个基本VR眼镜就成型了。


另外,这里还要再介绍两个概念:3dof6dof

dof:degree of freedom,即 自由度。

VR中,3dof是指 3个转动角度的自由度。而 6dof 是指,除了3个转动角度外,再加上 位置相关的 3个自由度(上下、左右、前后)。

当我们说 3dof VR眼镜时,是指该VR眼镜可以检测到头部的 3个方向的转动,但是不能检测到头部的 前后左右的移动。而 6dof 眼镜,则是可以全面的检测到 头部的 空间和角度信息。

二、分 类

实际中,根据VR眼镜具体实现方式,我们一般把它们分成三大类:


1. 手机盒子 嵌入机 ,Screenless Viewer

2. VR头戴显示器 PCVR,Tethered HMD

3. 一体机 Standalone HMD, All in one HMD

下面就分别介绍一下这三种眼镜的不同。


>> 手机盒子

手机盒子 属于体验级VR眼镜产品,基本都是 3dof VR。它利用用户的手机,担任了 处理器 + 显示器 + 陀螺仪 的角色,而VR眼镜本身只提供了一个 凸透镜(如下图所示),这就使得这类眼镜的成本非常低。

以Google的 Cardboard 为例,它整个镜身由纸板构成,配备了两个镜片。部件总共只要19.95美元。

基本上,市面上 1000 元以内的 VR眼镜,都是嵌入机,三星的Gear VR就属于此类:

这一大类VR眼镜,在观看体验上并没有本质的不同。因为 显示效果的好坏,完全取决于眼镜里插入的手机的屏幕分辨率、处理器速度、传感器精度 。当前主流手机最多2K分辨率,所以这就成了手机盒子类设备的清晰度上限,跟一体机动辄 4K 分辨率,差了一大截。有一些 嵌入机 使用了额外的 传陀螺仪感器 进行姿态检测,以提高检测精度和速度。

另外,一些高端的手机盒子还配带了 3dof的手柄控制器,使得操作更加便利。

如果要在 手机盒子 上实现 6dof VR,则需要增加一些外设,比如 nolo 的 6dof 交互套件:

另外一种实现手机盒子 6dof VR的方式是,通过手机摄像头拍摄外部世界的画面,再实时计算画面的变化,来估计头部的 位置变化。

但是以上几种方式的体验都是差强人意,只能“凑合”使用。离满意的效果还差很远很远。

>> 头戴显示器

相对于入门体验级的 手机盒子,VR头戴显示器 则属于VR眼镜里的高端存在。为了达到极优秀的显示效果,它们需要连接PC(Sony的PSVR是连接PS4),使用PC的CPU和显卡来进行运算。

另外,跟手机盒子比,它们自带 6dof 头部检测 和 6dof 手柄。

当前的VR头戴显示器,比较好的是四大厂商的产品:

  1. HTC vive
  2. Oculus
  3. PSVR
  4. 微软MR头盔

这四种眼镜最大的区别在于其 6odf定位技术 的不同。

目前的 VR 6dof检测技术主要有三类:

1. 外置激光定位

通过外置的激光发射器对设备进行定位,特点是,速度快,位置准,缺点是 成本高。HTC vive 便是用了此种方式( Lighthouse 技术,由 Valve 公司研制 )。

2. 外置图像处理定位

通过外部放置摄像头,拍摄 头盔/手柄 上的光点,来进行定位,Oculus(红外线) 和 PSVR (可见光)都是使用这种方式。

3. 内置图像处理定位( InsideOut 定位)

通过头盔上的摄像头拍摄画面的变化,来估计头盔运动。微软MR眼镜使用的是这种方式。它的优势是不需要额外架设设备。但是,定位精度上,比激光定位要差一些。

头戴显示器,制作成本 比 手机盒子 要高很多。另外,使用的时候,还需要配合功能强大的PC 或者 PS4(PSVR)。所以,一整套设备下来,总体价位很高。但是它的体验确实是最好的。

>> 一体机

顾名思义,一体机就是自带显示器、陀螺仪、计算模块的机型,它不需要额外插入手机就可以运行。

一体机 使用移动芯片( 如 高通骁龙系列 )来进行图像和定位计算。脱离了 PC/PS4 等外部设备的连线束缚,即开即用,非常方便。

目前,大部分一体机还都是 头部 3dof + 手柄 3dof,价格介于 手机盒子 和 头盔显示器 之间,下一代会有 头部 6dof 和 手柄 6dof 的一体机,比如 Pico 的Neo CV ,使用摄像头进行 InsideOut 定位。

一体机最大的优势就是便携,头盔显示器 虽然显示性能好,但是无法随身携带(比如 外出旅行)。另外,即便都是在房间中使用,头盔显示器 的连线,也会一定程度上阻碍用户的自由移动。


这三大类 VR 眼镜,性能、价位、应用场景 各不相同,手机盒子方式,因为其体验较差(分辨率低、传感器差),从2018年期,逐渐开始被淘汰,一般存在于一些线下快速体验的场景中(为了省钱)。而一体机在最近两年,开始逐渐崛起,在VR设备中占据了半壁江山。相信不久的将来,VR会像手机一样,成为每个人必备的数码设备。


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编辑于 08-17

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