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汇总:所有你该知道的AR/VR/3D技术与发展(四)

2020.10.26
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王辉

致力于为分析测试行业奉献终身

  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?

  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。

  裸眼3D技术的最新发展是衍射“多视角”背光LCD屏幕。衍射是光的一种特性,光线在遇到亚微米物体时会出现偏折,所以这就意味着我们要准备进入纳米技术的领域了。

  你没看错,就是纳米技术。

  普通的LCD屏幕背光会发出随机分布的光线,也就是每个LCD像素都会向广阔的空间发射光线。不过衍射背光可以发出统一方向的光线(光场),而且可以设置某个LCD像素发出单向的光线。通过这样的方式,不同的像素可以向不同的方向发送自己的信号。

  跟柱状透镜一样,衍射背光的方法也可以充分利用入射光。但是跟柱状透镜不同的是,衍射背光可以同时处理好较小和较大的光线发射角度,以及完全控制每个视角的角度扩散。如果设计合理的话,视角之间是不会产生暗区的,而且生成的3D图像也能跟视差屏障一样清晰。

  衍射方式的另一个特点是,光线调整功能不会影响直接穿过屏幕的光线。

  这样一来屏幕的透明度就可以被完整保留,所以这种屏幕可以添加在下方加入正常的背光,并恢复到全像素的2D模式。这为透视裸眼3D显示技术的发展铺平了道路。

  衍射方法的主要问题在于颜色的一致性。衍射结构通常会把不同颜色的光线发射到不同的方向,而这种色散现象需要在系统层级进行抵消。

  然而,3D技术的发展不会只止步于看到3D图像,它将会打开一种全新的用户交互范式。

  3D体验很快就能达到适合消费的质量,而且我们也不会在担心自己的3D体验被打断。

  在虚拟现实和增强显示系统中,这意味着要增加视场,支持视觉调节,并且提高系统在头部快速运动时的响应速度。

  在裸眼3D显示技术中,这意味者要向用户提供足够的自由移动空间,并避免出现各种视觉假象,比如3D丢失、暗区、视觉跳跃,或者运动视差延迟。

  一旦幻象变得真实可信,我们就会忘记幻象背后的技术,并且把虚拟现实世界当成是真实世界,至少在我们撞上真实存在的墙壁之前。如果要实现这样的幻想,我们需要考虑到现实世界是有物理反应的。

  当我们把电子数据转化成我们可以在真实世界感知的光信号的时候,我们需要将身体的真实反应数据发回数字世界进行交互。

  在虚拟现实和增强现实头显中,这点可以通过用户佩戴或放置在周围环境的传感器和摄像头来实现。我们可以预见未来将会出现搭载传感器的智能服装,不过它们可能会较为笨重。

  在3D屏幕上,这项任务可以直接由屏幕来完成。 事实上,Synaptics研发的Hover Touch技术已经能够可以实现非触摸手指感应了。很快, 我们只需要动动手指就可以与半空中的全息影像进行交互了。

  一旦电子世界理解了用户的反应机制。 那么两者就能更自然地融为一体。换言之, 数字信号可以在我们撞上一面墙之前先在上面打开一扇门。

  但是如果能在虚拟世界看得见摸得着这面墙,这样不是更好吗? 但是我们怎样把触感带进这个世界呢?

  这个问题涉及到触觉反馈的领域,如果你有打开过手机的振动模式的话,那你就应该体验过这种反馈了。

  例如一种配有振动单元的手套和其他服装,或者利用微弱的电信号来模拟皮肤,如果调整的当的话,你身体的不同部位将能感受到与视觉效果相匹配的触感 。

  当然,不是人人都适合穿上这种衣服布满电线的服装或感受电流。

  对于基于屏幕的设备来说,超声波触觉就可以让你直接在空中触摸到屏幕,不需要使用任何智能服装。这项技术是从屏幕的四周发出超声波,这些超声波的强度可以根据用户的手指动作进行调整。

  信不信由你,这些强化声波的强度足以让你的皮肤感应到。Ultrahaptics这样的公司已经开始准备将这项技术推向市场。

  虽然今天的虚拟现实和增强显示头显越来越普遍, 但是它们在移动和社交方面仍有诸多限制,使得它们难以实现全面交互的3D体验。使用手指触觉技术的3D屏幕将能克服这一障碍,在未来让我们以更直接的方式与数字世界进行交互。

  我在最近的一篇博客文章中将这种平台称为全息现实(Holographic Reality),并讲述了全息现实显示屏可以被应用在我们日常生活的方方面面。未来的所有窗户、桌子、墙壁和门都会有全息现实功能,我们在办公室、家中、汽车甚至是公共场所使用的通信设备都会搭载全息现实的元件。我们将可以随时随地访问虚拟世界,无需再佩戴头显或者连接线缆。

  在过去5年里, 3D技术、显示技术和头显领域已经出现了极大的发展。

  在如此迅猛的技术发展之下,不难想象在未来5年我们将会在全景现实的世界中交流、学习、工作、购物或娱乐, 这将会通过由头显和3D屏幕等产品组成的先进3D生态系统来实现。


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