关于VR头显的一些相关技术解析

（文章来源：可穿戴设备网）

在一个2D屏幕上面加入一块被开了许多小口的遮盖层，当我们通过这些小口观察屏幕的时候，我们不能看到下面的所有像素。我们能够看到的像素实际上取决于观看角度，观察者的左眼和右眼可能会看到不同的像素组。“视差屏障”这个概念早在一个世纪以前就被发现了， 夏普在十年前首次将其投入到了商业应用。

经过改良，现在这项技术采用了可切换的屏障，这实际上是另一个活动的屏幕层，它可以产生屏障效果，也可以变为透明，将屏幕恢复到2D模式，以显示完整的分辨率。早在2011年的时候，HTC EVO 3D和LG Optimus 3D就已经登上头条了，因为它们是全球率先支持3D功能的智能手机。但它们其实只是2.5D技术的另一个例子，只能在非常狭窄的视角范围提供3D效果。

从技术上讲，视差屏障可以不断扩展形成更宽的视角。但问题是视角越宽，你所需要屏蔽的光线就越多，这样就会造成耗电量过大的问题，尤其是对于移动设备来说。

柱状透镜：在一个2D屏幕上面覆盖一层微型凸透镜，我们都知道凸透镜可以聚焦来自远处光源的平行光，小孩子用放大镜点着东西也是利用了这个原理。这些透镜可以收集从屏幕像素发出的光线，并将其转变为具有方向的光束。我们把这个现象称为准直（collimation）。

光束的方向会随着透镜下方的像素位置而改变。这样的话，不同的像素将会跟随光束投射到不同的方向上。柱状透镜技术最终可以达到视差屏障同样的效果（都是利用在不同的空间位置看到的像素组不同的原理），只是柱状透镜不会遮挡任何的光线。

那为什么我们在市面上没有看到柱状透镜3D屏幕呢？这不是因为没有人尝试，东芝就在2011年在日本发布过第一代系统。但是这种屏幕在仔细观看的时候会出现了一些难以接受的视觉假象，这主要是由透镜产生的问题。

首先，屏幕像素通常都是由一个面积较小的发射区和一个面积较大的“黑色矩阵”组成的，后者是不发光的。在经过透镜的处理之后，单个像素的发射区和黑色矩阵会被偏折到空间的不同方向。这样会导致3D画面出现非常明显的黑色区域。唯一能解决这个问题的方法是对透镜进行“散焦”，但是这样做会导致不同视角之间的干扰，图像也会变得模糊。

其次，只用单个透镜是很难在广视角下达到合适的准直的。这也是相机镜头和显微镜会使用复合透镜而不是单透镜的原因。因此柱状透镜系统只能在较窄的视角（大约20度）观察到真正的运动视差。超出这个范围的话，3D图像就会不断重复，感觉就像观看的角度不对一样，图像也会变得越来越模糊。

较窄的视场和糟糕的视觉转换是柱状透镜屏幕的最大缺陷。对于电视系统来说，如果观众会自动调整他们的头部并且不会走来走去的话，那么现在的柱状透镜技术是可以接受的。但是在手机和汽车这样的使用场景下，头部是肯定会有移动的，这样柱状透镜系统就很难达到理想的效果了。那么，我们应该如何设计含有宽广视场和流畅转换的裸眼3D视觉系统呢？

眼部追踪：如果我知道你的眼睛和屏幕之间的相对位置，我可以计算出相应的视角，并尝试将图像调整至眼睛的朝向。只要我能快速地检测到你的眼睛的位置，并且有同样快速的图像调整机制，那我就能确保你在任何视角都能看到立体视觉，以及平滑的运动视差渲染。这就是眼部追踪自动立体屏幕的运作原理。

这种方法的好处是：屏幕在任何时刻都只需要渲染两个视角的画面，这样可以保持大部分的屏幕像素。从实际的角度上讲，眼部追踪系统可以结合目前视差屏障技术一起使用，避免柱状透镜系统产生的光学假象。但是眼部追踪并不是万能的。首先，它每次只能支持一个观众，而且，眼睛的追踪需要设备配置额外的摄像头，以及在后台持续运行用于预测眼睛位置的复杂软件。

对于电视系统来说，尺寸和功耗不是一个大问题，但是这会对移动设备造成巨大的影响。此外，即使是最好的眼部追踪系统也会出现延迟或者错误，常见的原因包括灯光的改变，眼睛被头发或眼镜遮挡，摄像头检测到另外一双眼睛，或者是观众的头部运动得太快。当这个系统出现错误时，观众会看到非常不适的视觉效果。

（责任编辑：fqj）