VR透鏡在VR沉浸感的體驗中也占了很大一塊,那么VR透鏡的原理是什么呢?
VR透鏡的原理
首先,先閑聊一下VR眼鏡的結構:透鏡+屏幕。
如果屏幕是直接嵌入在頭盔的,并且不需要連接PC(此時頭盔必然裝有高性能的芯片+軟件系統來運行VR內容,比如游戲),可稱為VR一體機。比如大朋VR一體機。
如果屏幕直接嵌入頭盔,但是要連接PC,VR內容(比如游戲)的運行都在PC,可稱為VR頭盔(分體機)。
比如Oculus Rift, Microsoft Holo, HTC VIVE。
如果只有眼鏡,沒有屏幕,而是外接各種型號的手機作為屏幕,那可稱為VR鏡架。比如三星Gear VR,暴風魔鏡。
下圖是眼睛/屏幕/透鏡的關系圖, 由圖可知視場角是α*2。
透鏡其實就是放大鏡,為何要放大?因為人有明視距離,太近的東西看不清楚。一般大于25cm的距離才能看清楚。
想必你把手機直接放在你眼前5cm,你是看不清屏幕的東西吧。
有人就要問了,那可以把手機放到25cm外呀?其實,那更不行了,25cm,意味著這個鏡架的長度至少25cm了,這么大,戴到頭上如何受得了!
既然是放大鏡,那根據放大鏡原理,屏幕必須放在焦距以內,才能放大。
放大以后,人眼看到的虛像位置,符合下面的公式:
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根據公式,假設焦距f=7cm,物距(屏幕到透鏡中心距離)u=6cm, 那么虛像位置就是42cm。滿足人的明視距離大于25cm的要求。
現在VR設計,一般透鏡在眼前1-1.5cm處,屏幕距透鏡3-6cm,虛像成像在眼前25cm-50cm左右。
對于近視,像距需要變短,而物距(屏幕與透鏡距離)一般做好了就無法改變,所以可以增大焦距f,即通過換透鏡來改善。
此外,在設計VR時,在物距,焦距等幾個參數的調整中,基本都是幾毫米的微調。
需要權衡虛像距離過大(放大倍數大)而帶來的像素顆粒感問題和虛像距離過近而帶來的不夠明視距離、視野較小等問題。