視場角度只有 100° 的 Sony PSVR,原來還有這些細節彩蛋

雷鋒網 於 03/08/2016 發表 收藏文章
雷鋒網(搜索“雷鋒網”公眾號關注)按:本文作者陳幸,專注於光學定位系統研究,曾就職於華為蘇州研究所等國內知名IT企業。從事虛擬現實行業兩年有餘,現就職VR日報內容研發部門總監。


SonyPlayStation VR中國區銷售工作將在2016年10月13日與全球同步啟動。

PlayStation VR的詳細參數中,有一個數據和目前市場上的主流產品有明顯區別,那就是FOV(視場角)。HTC Vive和Oculus Rift的視場角都是110°,而PlayStation VR的視場角比這兩家的產品都窄,只有100°。

作為消費者寄予厚望的三大主流虛擬現實頭顯之一,再加上名聲在外的Sony大法名頭,100°的視場角確實令消費者感到有些意外。因為視場角是影響到虛擬現實頭顯沉浸感的一個重要指標。難道Sony有些其他考量?

為什麼視場角這麼重要

視場角(FOV),英全拼是Field of View。在顯示系統定義中,視場角是指顯示器邊緣與眼睛連線的夾角。如下圖所示,AOB角就是水平視場角,BOC就是垂直視場角。在虛擬現實頭顯中所定義的視場角一般是特指水平視場角。


大家都知道人眼的視覺功能是由雙眼視場所構成的,人類雙眼的的總視場將近200°,雙眼視覺區域大概有120°,而在身體兩側各有40°的單眼視覺區域。


在視力正常的情況下,人類獲取視覺感知都是通過雙眼來進行的,而兩眼視網膜對同一被視物體的成像並不完全相同。人類大腦視覺高級中樞對來自兩眼的圖像信息進行處理後,形成的視差可以輔助產生精細的深度知覺,進而產生立體視覺。

在虛擬現實頭顯的定義中,頭顯的FOV越接近人眼的自然視場角,就越有利於產生更好的沉浸感和臨場感。不過在虛擬世界,人類對虛擬景象的獲取依然是通過立體雙目視場來進行的,更大的視場角能夠滿足用户觀看到更多細節,產生更加深度的沉浸感。

在這個追求大視場角的時代,獲取更大的視場角不可避免的會帶來其他問題。


現有的技術條件,要獲得更大的視場角,只有一個解決方向,那就是人眼縮短與透鏡鏡片間的距離或增加透鏡鏡片的大小。縮短與透鏡間的距離,由於透鏡與眼睛的距離過近,會導致如下缺陷的引發:由於人眼的晶狀體和凸透鏡不同,人眼根本看不清楚畫面,即便勉強看清,由於放大倍率太高,屏幕的紗門效應會非常嚴重,還有可能對眼睛形成傷害。

而採取直徑較大的透鏡增加視場的方案,也會引發問題的出現。大透鏡的中間比較厚,導致鏡片重量隨之增加,雖然這個問題可以通過菲涅爾透鏡解決,但更大直徑的透鏡鏡片,會帶來光學畸變等像差的問題是無法解決的。

Sony的選擇

在市場上主流產品也不過實現了110
引用°

視場角的情況下,Sony選擇了風險更低更穩妥的100°視場角。同時在設計中嵌入更多精巧的細節作為補償。

細節一:人眼單眼視場角分佈偏向雙耳向。

先做個實驗演示給大家。


閉上右眼後,右手伸出一根手指並向右移動,當移動到一定程度以後,左眼就會看不到右手的這根手指,即便左眼向右轉動,依然不能看到,因為鼻子在中間充當了障礙物。


隨後,將右眼睜開,在雙眼條件下,雖然能看到右手手指,但其實看到這根手指的只是右眼的單眼視覺。

PlayStation VR就很精巧的將這個細節嵌入到了設計中。


在PlayStation VR鏡片的水平視場角上,雙眼朝鼻子一側(左眼的右半部分,右眼的左半部分)的視場角稍小,雖然小,但是是視覺中心,所對應的屏幕為最重要的部分,用來聚焦;而雙眼朝耳朵一側(左眼的左半部分,右眼的右半部分)的視場角稍大,雖然大,但更多是視覺周邊,用來感知運動的部分。

當然,這樣的設計並非完美,也有缺陷。從圖中我們不難發現,半像素矩陣(sub-pixel matrix)的OLED屏幕的中心並沒對準鏡片的軸心,這就是為什麼屏幕的中心不是在屏幕的幾何中心,而是在偏離中心0.342毫米的另一箇中心。

這樣的偏差是需要通過算法校正來解決的。

在PlayStation VR鏡片的垂直視場角上,上面的垂直視場角略小,而下面的視場角略大;我們的脖子、我們的頭、我們的眼睛受重力影響,有微微向下偏的習慣。所以PlayStation VR的OLED屏幕在和鏡片平行的基礎上,略微下偏了5°左右。

同理,這也需要通過算法校正。

細節二:雙目視場是人眼視力的重點聚焦區

在設計虛擬現實頭顯時,核心是如何匹配人眼FOV和HMD上的鏡片FOV,使之達到統一。

但其實對於人眼來説,比FOV更重要的是視網膜繪製圖像的視覺區域(visual field),它是人眼在靜止凝視(stable fixation)狀態下所看到的圖像最大跨度,比如人眼的成像區域是水平174°,垂直135°,而鳥的成像區域有360°。而人的單眼視覺區域(visual field)是114°,享受雙目視覺是左右眼中間的54°,外圍的60°區域其實只有單目視覺,所以視覺系統接收到雙眼視覺區域(visual field)在視網膜上的成像跨度為60×2+54=174°。


然後我們不妨將上圖進行擴展和延伸,此時我們發現,中間54°度雙眼重合的區域,正是是人眼聚焦之所在,是人類用來感知色彩和物體細節的視覺區域。視覺周邊則負責感知運動和物體形狀,在此之後如果需要感知細節人眼則會轉向。


PlayStation VR雖然只有100°的視場角,但其實已經完全將雙目成像的人眼聚焦區囊括在內。針對這部分區域,OLED屏幕給予的高光照條件,能夠充分的滿足人眼視力的需求。在現有技術條件下,這種視場角的選擇,恰恰是在最大限度滿足用户需求的前提下的最優選擇,或者説是最經濟的選擇。

本文由作者獨家授權發佈雷鋒網,轉載請聯繫授權,不得刪改文章。


資料來源:雷鋒網
作者/編輯:陳幸

留言


請按此登錄後留言。未成為會員? 立即註冊
    快捷鍵:←
    快捷鍵:→