







当你试图通过透镜来扩大视场时,你将会面临前文所述的像差问题。相机镜头通过一堆复杂的透镜来解决这一问题,试图消除所有的像差,并为你提供一张清晰的,没有失真的照片。遗憾的是,这一系列的透镜将增加整体设备的重量和长度,以及相当一部分的成本。
目前的结果是见于HTC Vive,Oculus Rift和其他头显中的菲涅耳透镜。菲涅尔透镜相对较薄,并且刻有一系列刻的同心环,其能够根据光线的不同入射部分来相应地折射光线。如果设计正确,这可以帮助克服仅使用单个透镜所遭遇的像差。因此,你不需要再像相机那样使用一大堆透镜。
然而,这无法解决所有的问题。尽管菲涅尔透镜提供了宽视场,并且消除了单一透镜中的大部分色差,但它们没有克服桶形失真或枕形失真的问题。
当代头显选择从软件端入手:以透镜失真的相反方向预先扭曲图像,这样在观看影像时,用户就能获得(近乎)正确的图像。例如,如果透镜将产生要枕形失真,你必须使用桶形失真对图像进行预变形,反之亦然。
目前的透镜和头显解决方案十分巧妙,但仍不足够。未来的解决方案是什么呢?根据你给出的时间表,我们可以发现一系列不同的结果。但对于短期内的解决方案,其将再次与“遗憾的是”这个词产生联系。
正如我们所说,菲涅尔透镜不能解决所有问题。这不仅是因为预扭曲图像将导致系统为视图中心提供更多分辨率,减少边缘分辨率,从而进一步降低本已经够低的VR分辨率;同时是因为菲涅尔透镜本身无法产生很好的聚焦的图像。这就是为什么相机会选择昂贵的透镜堆栈,而不是菲涅耳透镜。
行业正在尝试不同的透镜设计,希望可以解决这个问题。Valve和其他厂商已经提出了优化的VR菲涅耳透镜设计,其能够实现更好的对焦,更有效的分辨率,以及更优的放大倍率,使得头显设计师可以令显示器更靠近用户眼睛,并且可以生产更小,更薄和更轻的透镜。
更为长期的计划?我们希望在不太遥远的未来,我们可以通过“超材料”来完全取代传统的透镜。超材料是指在自然界找不到的工程性质材料,其很受欢迎的用例之一是以超级可控的方式来折射光线。
从理论上讲,超材料透镜可以产生几乎没有任何偏差的图像,并且能够在极其轻薄的形态下实现。然而,其背后的工程设计相当棘手,因为光的波长是在纳米尺度之上,因此,超材料“透镜”的有效成分也需要如此之小。
透镜和VR
说到透镜,以及它们将如何影响VR头显,我们首先要关注的是显示器尺寸。VR头显的尺寸越大,所遮挡视图就越多,视场范围也越广。但如果显示器太大,整体设备则可能过于笨重。从这个角度来看,显示器越小越好。
针对这个问题,一个解决方案是令屏幕接近你的眼睛。这有两个好处:首先,你不需要更大的显示器来获得更宽的视场;其次,根据阿基米德的杠杆原理,显示器越接近你的面部,它所施加的力就越小。遗憾的是,聚焦在过于靠近的对象时就会令人眼产生不适,这限制了你设置显示器的距离。
这提出了一个问题。我们正常的视场可达180度。作为参考,当前的头显屏幕的对角线长度可能约为7英寸(18厘米),并且尽可能舒适地靠近眼睛,这个屏幕将占用相对较少的视场。结果是用户需要通过一个非常狭窄的视角来感知你的虚拟世界,就像是在现实世界中使用眼罩那样。
解决这个问题的部分办法是,在面部和显示器之间设置一个透镜或一系列的透镜。我们的目标是折射光线,使用本质上是放大镜的透镜来为你提供更宽的视场。你甚至可以将显示器移至通常令眼睛不舒适的位置,合适的透镜将会令视图变得更加舒适。
