虚拟现实头显和传感器原理详解

    虚拟现实头戴显示器是目前最热门的数码设备，Oculus Rift已经上市，HTC Vive即将发货，索尼Playstation VR也将于夏天正式发售，不论是PC、游戏主机用户都可以体验到虚拟现实游戏的震撼。当然，智能手机也可以通过外设来实现入门级的虚拟现实体验，如谷歌纸板眼镜、三星Gear VR等等。

    虽然虚拟现实头戴显示器是下一个消费电子热点，但大家对于其复杂的硬件构造、运行原理可能并不是十分了解。今天，我们就来看看虚拟现实头戴中究竟藏着什么秘密。

基本技术特性

    首先，可以肯定的是虚拟现实头戴是一种显示器，头戴型的显示器，它本身并不是能够独立运行某种系统的便携电脑。一个典型的例子便是微软的增强现实眼镜HoloLens，很多朋友会把它与头戴显示器混淆；但实际上，它不是显示器，而是一个完整的计算机硬件，内置处理器、RAM、显卡，可独立运行应用程序，Oculus Rift们却不行。

    大部分虚拟现实头戴显示器的主要购置其实都很相似，首先需要两块镜片、镜片后设置OLED屏幕，两者配合来实现沉浸式的3D画面感。其中，桌面级产品（Oculus Rift、HTC Vive和索尼Playstation VR）都内置了屏幕，需要通过HDMI连接主机（PC、PS4）；而三星Gear VR等手机端的产品则仅有镜片，需要将手机作为屏幕和主机实现显示、运行应用。

    至于视觉效果方面，镜片配合屏幕可以实现100度或是110度的视野率，以此实现沉浸式体验。360度视野？暂时是不必要的。另外，60fps帧速率是虚拟现实头戴的入门标准，这是为了避免卡顿、眩晕等问题。

头部追踪

    为了模拟人类自然的视角转换效果，虚拟现实头戴们都内置了头部运动追踪功能，即6轴追踪，可以实现X、Y、Z轴及前后侧面追踪。另外，头戴们也内置了诸如陀螺仪、加速度计和磁力计来模拟转动速度等细节，我们可以在Oculus Rift、HTC Vive和索尼Playstation VR上看到一些LED或是激光传感器，可以降低信号延迟。

运动追踪

    运动追踪方面，基本上都是通过配件来实现，毕竟虚拟现实显示器只是头戴型显示器而已。在这方面，每家公司的实现形式略有差异。

    其中，Oculus Rift需要通过Touch手柄来实现控制，手柄上内置了大量传感器，可以监测手部运动，实现特定操作。索尼Playstation VR则是通过PS Camera和Move手柄来实现运动追踪操作，相对来说稍微落后一些，毕竟这套解决方案早已存在。HTC Vive的运动追踪功能最为全面，通过在房间设置两颗激光追踪镜头来扫描头戴上、手柄上的激光传感器，以此实现场景式的追踪效果。

眼动追踪

    除了主流的头部、运动追踪，还有一些厂商另辟蹊径，希望带来更酷的、更逼真的虚拟现实体验，FOVE便是一个例子，它能够实现眼动追踪功能。具体来说，是通过在头戴显示器中加入红外追踪传感器，来追踪眼球移动，这意味着用户可以不必转头来移动视角，更符合现实生活中的感觉。

    另外，FOVE的眼动追踪还能够实现景深式体验，简单来说就像你的眼睛可以变焦（看愿景近景模糊、反之亦然），这种感觉无疑更加逼真，对于虚拟现实技术提升临场感具有巨大意义。

小结

    虚拟现实技术目前尚处发展期，目前的第一代产品们还有巨大的改善空间。未来，头戴显示器必将更加轻便、逼真，可穿戴式的全身运动追踪系统也是一个值得期待的部分，超越现实，可能是虚拟现实技术的终极目标。