治疗虚拟现实病还要靠眼球追踪

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上海2015-09-02(商业电信)-真空现象在学术上被称为视觉会聚调节冲突，而英语会聚调节冲突通常被称为聚焦冲突。这种现象引起的眩晕是虚拟显示面临的瓶颈。事实上，眩晕并不是虚拟现实独有的。有些人在电影院看3d电影会头晕，有些人在公交车上看书会头晕，但在虚拟现实上眩晕更明显。其中一个原因是，由于特写屏幕3d显示，视觉会聚调整的冲突更加明显。

什么是真空(视觉会聚调节)

当我们注视某一点时，我们的眼睛会旋转，使视点落在视网膜上相应的位置。当我们看着附近的物体时，我们的眼睛通常向内看，当我们看着远处的物体时，视轴会发散，从而产生视觉会聚。从不同角度观察同一物体所获得的图像会有一些差异，大脑会根据这种差异感受到立体图像。这也是目前常见的3d显示方式。

会聚调整

当我们看真实的东西时，除了视觉的会聚调整外，我们还需要调整不同距离的光线的折射，并将光线聚焦在视网膜上形成清晰的图像。在这个过程中，镜头聚焦在物体上，这就是所谓的焦点调整。

焦点调整

目前，虚拟现实设备通过左右屏幕显示从同一物体的不同角度拍摄的照片，并使用双眼看到的图像偏移来呈现立体感觉。

会聚调节引起的立体视觉

然而，屏幕发出的光没有深度信息，眼睛的焦点固定在屏幕上，因此眼睛焦点的调整与这种深度感不匹配，导致视觉会聚调整冲突(vac现象)，这违背了人类的日常生理规律，因此会出现视觉疲劳和眩晕。

为了解决这个问题，有必要从人眼成像的原理出发，使vr设备显示的图像能够有深度信息，即光线会从空的某一点发出，使人的视觉会聚和焦点匹配。光不仅要有强度，还要有方向，即光场显示技术。

所以如果你知道如何解决它，为什么不应用这项技术呢？虽然有一个解决方案，但应用起来并不容易。目前，光场技术在相机领域的应用比较早，但仅限于光收集。如图所示，物体向各个方向发出的光是不同的，所以人们站在不同的角度时会有视觉上的差异。

但是，光场相机可以记录光辐射在传播过程中的位置信息和方向信息，比传统的成像方法多了两个自由度，所以摄影师可以先拍摄，然后根据自己的需要选择自己的焦点。

光场照相机

光场显示技术的实现要比这困难得多。可以说，这不仅是学术界面临的难题，也是世界领先的虚拟显示公司如微软和oculus都在担心的问题。斯坦福大学的一项研究表明，光场技术可以改善目前虚拟显示中存在的眩晕缺陷。像光场相机一样，来自各个方向的光首先被收集，然后通过多层堆叠的显示屏显示，每层显示不同焦距的图像，这样人眼可以实现正常聚焦。

Witstein的一个团队设计了一个使用光场显示的虚拟现实盒，其中三个或四个平面显示同一图像的不同部分。有一个镜头可以改变这些位前的光焦度，并可以聚焦在图片的不同部分。光线可以模拟现实世界中光线在物体上的反射，然后投射出三维效果。该设备使用两层叠加的液晶显示器，因此图像的不同部分在两层液晶显示器上显示不同。距离较远的对象将在显示器的后一层显示更多细节，而距离较近的对象将在显示器的前一层显示更多细节。如果虚拟现实显示技术与视觉效果相同，需要叠加更多层的显示屏。目前，研究人员只对静态图像进行了测试，对动态图像的影响还有待验证。

此外，可以使用焦距只有几毫米的微透镜阵列来代替普通的透镜，并且可以使用特殊的gpu芯片进行实时光源光线追踪操作，从而可以将图像分解成几十个不同的视角阵列，然后通过微透镜阵列将图像还原并显示在用户面前，从而使观看者可以像在现实世界中一样，从不同的角度通过眼睛自然地观察立体图像。然而，这项技术仍然有一个缺陷。nvidia推出了使用这种技术的头戴式显示设备。其样机的空分辨率仅为146.78，根本不能满足商业需求。因此，所期望的效果只能通过4k级或更高的显示面板来实现。就流行的1080p手机而言，屏幕已经是一个很大的功耗，所以4k显示屏的功耗是可以想象的。

光场显示技术的两种实现方法必然会增加硬件gpu的负担，这就要求高处理器。然而，人眼不需要看整个画面，而gpu渲染的大部分深度画面也不需要看，这导致了资源的浪费。

眼睛跟踪技术是光场显示技术的最佳合作伙伴。我们可以通过捕捉到的眼球运动来判断人眼的注视点，模拟会聚调整过程，只渲染人眼注视点位置的图片，使图片能够主动适应视点位置，从而保证真实感，避免眼睛适应图片带来的疲劳。在这个过程中，局部渲染自然减少了图形处理器的负载。目前，我们的虚拟显示设备aglass已经尝试用这种方式解决眩晕，但似乎还有一段艰难的路要走。然而，一旦光场显示技术和眼睛跟踪技术在虚拟现实设备上实现，虚拟现实设备将不再局限于看电影和玩游戏。它甚至可以在虚拟世界中以视觉方式复制你想要的任何东西，它和真实的感觉没有什么不同！