本文由微信公眾號「VR看天下」（VRkantianxia）原創(chuàng)發(fā)表

Oculus Rift在視覺體驗(yàn)上已經(jīng)做得很不錯(cuò)了，Oculus花了很長時(shí)間將硬件提高到目前的水準(zhǔn)，要知道在視覺上騙過人類的眼睛和大腦是件很困難的事情，我們從出生開始就活在3D世界中，所以很容易辨別出來一個(gè)模擬的3D環(huán)境有哪里不太對勁。于是就導(dǎo)致了頭暈、惡心等等這些癥狀，甚至于再也不想玩VR了。導(dǎo)致VR之路如此艱難的很大一部分原因，是我們雖然離VR屏幕只有幾厘米，卻試圖說服我們的眼睛，屏中景物在距離我們很遠(yuǎn)的地方。

當(dāng)前這一代的VR顯示設(shè)備，使用了很多不同的方式，在一塊扁平的屏幕上人工地生成擁有深度信息的圖像。但缺忽略了一個(gè)很重要的技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)可以讓VR圖像看起來非常自然與舒適---4維光場，它允許類似Lytro的光場相機(jī)可以接近真實(shí)地還原光場信息，顯示擁有深度信息的圖像，從而更好地緩解“暈動癥”難題。

先看看傳統(tǒng)的VR顯示設(shè)備，比如Rift，利用以下幾種因素來創(chuàng)造擁有深度信息的圖像：

雙目視差

你的左右眼分別看到不一樣的景象，當(dāng)你的大腦處理這兩個(gè)影像的時(shí)候，雙目的視差會給你帶來景象的深度信息。

動態(tài)視差

當(dāng)你左右搖晃腦袋的時(shí)候，離你近的景物比離你遠(yuǎn)的景物會移動地更迅速一些，因此VR顯示器可以利用此特性將深度信息加入進(jìn)來。

雙目遮擋

某個(gè)景物在場景的前方，因此會遮擋住后方其他的景物，這就造就了景物根據(jù)距離的自然排列。因此，假如一部分遮擋信息同時(shí)進(jìn)入雙眼，大腦就會產(chǎn)生相應(yīng)的深度信息。

視覺輻輳

當(dāng)你的眼鏡注視某個(gè)物體時(shí)，離你越近的景物，越會被眼睛向內(nèi)翻轉(zhuǎn)（收斂），以保證其在視域的中心；離你遠(yuǎn)的景物，會被眼睛向外翻轉(zhuǎn)（發(fā)散），直到無限遠(yuǎn)。翻轉(zhuǎn)量使得大腦可以計(jì)算出景物的深度信息。

為了更好地利用以上特性，大多數(shù)VR顯示器分別對每只眼睛顯示單獨(dú)的圖像。假如這些圖像與頭部的運(yùn)動同步地調(diào)整與顯示，則可以創(chuàng)造人眼可以承受的視覺深度信息。

然而，即使像上述那樣欺騙大腦創(chuàng)造出了有深度信息的圖像，你的大腦依舊會發(fā)現(xiàn)一些地方不對勁。視覺輻輳與另一個(gè)深度要素息息相關(guān)：焦點(diǎn)調(diào)節(jié)。當(dāng)你聚焦于近處的景物，晶狀體收斂性調(diào)節(jié)；當(dāng)你聚焦于遠(yuǎn)處的景物，晶狀體發(fā)散性調(diào)節(jié)。大多數(shù)VR頭顯并沒有將焦點(diǎn)調(diào)節(jié)考慮到其中，導(dǎo)致全部的圖像一直處于某一個(gè)聚焦的狀態(tài)，但是你的晶狀體卻會隨著立體影像不斷聚散。

你的大腦極其反感這種情況，這種所謂“視覺輻輳調(diào)節(jié)沖突”便會導(dǎo)致視疲勞、重影、頭疼、惡心等一系列癥狀，最嚴(yán)重的是，這還有可能導(dǎo)致兒童發(fā)育中的視覺系統(tǒng)的病變。

那么此時(shí)，有個(gè)方法可以解決這些問題：4維光場技術(shù)。

什么是光場？

簡單的說，光場是空間中同時(shí)包含「位置」和「方向」的四維光輻射場的參數(shù)化表示，是空間中所有光線光輻射函數(shù)的總體。其兩個(gè)主要應(yīng)用方向是「光場拍攝」和「光場顯示」，第一種需要記錄下來整個(gè)空間的所有信息，第二個(gè)則是需要將這些信息完整地復(fù)現(xiàn)出來。通俗地說就是在空間內(nèi)任意的角度、任意的位置都以獲得整個(gè)空間環(huán)境的真實(shí)信息，用光場獲得的圖像信息更全面，品質(zhì)更好。

什么是4維光場？

空間中一束光的「位置+方向」信息，需要5個(gè)維度的坐標(biāo)來確定---位置需要「X，Y，Z」三個(gè)維度（三維坐標(biāo)系中的點(diǎn)），方向需要「θ，φ」兩個(gè)維度（三維坐標(biāo)系中，θ角是某點(diǎn)與原點(diǎn)構(gòu)成的直線在XY平面的投影與X軸的夾角，φ角是某點(diǎn)與原點(diǎn)構(gòu)成的直線在XZ平面的投影與Z軸的夾角）。在計(jì)算中，每多一個(gè)維度，就會將計(jì)算量大大提高，因此要盡量降低維度，所以使用了一個(gè)簡單的模型，即利用某條光線與其穿過的兩個(gè)平面的交點(diǎn)，來表示這條光線的位置與方向，假設(shè)這兩個(gè)交點(diǎn)在各自的平面的坐標(biāo)是（u，v）和（x，y），則這條光線的坐標(biāo)就是（u，v，x，y），巧妙地從5維降為4維。

為了理解什么是4維光場，以及它何如工作，我們可以從它的實(shí)際應(yīng)用聊起，即4維光場相機(jī)，簡稱“光場相機(jī)”。Lytro是光場相機(jī)品牌中最優(yōu)秀的之一，對于Lytro相機(jī)原理的解釋，有個(gè)有趣的比喻：它就好像把一大簇迷你相機(jī)捆在一起，同時(shí)從一個(gè)場景的多個(gè)視角捕捉光線信息，當(dāng)捕捉到每束光線的方向信息后，使用一系列數(shù)學(xué)方法重建一個(gè)數(shù)字光場，還原出一個(gè)趨近于真實(shí)世界的光場。

現(xiàn)在你可以使用光場相機(jī)從各個(gè)角度捕捉圖像了，將光場信息從VR頭顯輸出，便可以有效緩解“視覺輻輳調(diào)節(jié)沖突”和“暈動癥”等等這些問題了。不過，僅僅是“緩解”，而不是“解決”。光場技術(shù)仍屬于起步階段，從各個(gè)方面還不夠成熟，從「捕捉」到「顯示」，要解決的問題還太多太多，任重而道遠(yuǎn)。

看到這，有沒有覺得VR技術(shù)的方方面面很有趣？嗯~~那就繼續(xù)關(guān)注我們吧，陪著大家一起在VR的世界里暢游~~

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