揭秘Google虚拟现实：浑水如何与葡萄酒竞争？| 深度

延迟是一个输入到一个输出之间的时间间隔。比如，如果你在虚拟世界中转头，但你看到的图像要用1到2秒才能跟上你新的头部位置，那么你会体验到严重的延迟。为了骗过你大脑中的视觉系统，虚拟现实需要非常低的延迟——通常来说，一流的体验中延迟需要达到20毫秒或是更低。不幸的是，延迟并不是一件能被简单解决的事：它不仅仅由你的显示屏决定。从位置感应器到计算机硬件都会影响图像传输到显示屏的速度，每一个部件都会添上一点延迟。因此，一个低延迟的显示屏是必须的，但只有它往往是不够的。

光学

如果你拿起手机，将LCD显示屏放到脸前，很有可能你看不到任何变化。为了创造出身处虚拟世界的沉浸感，屏幕上的平面图像需要被放大到足以充满视野。南加州大学一个研究团队做了一次实验，结果表明，任何试图达到无边界、让人沉浸的视觉效果的HMD设备，都需要保持90到100度的视场（FOV）。HMD中的镜片对此至关重要。我们的视场并不像屏幕一样是方形的，也不是平板的，所以光学上的技巧必不可缺。有许多不同的HMD光学设计，对于应该用什么镜片以及背后的原因也众说纷纭，但一致的看法是，镜片的质量非常重要。一台使用了廉价镜片的HMD设备可能在成像质量、清晰度、以及不希望发生的扭曲现象（unwanted distortion）几方面都会很糟糕。对一台已经卖出去的HMD设备，能做的效果最显著的升级通常就是更换更高级的镜片。

头部追踪

如果你能清晰地看到图片，那真是再好不过了，不过如果不知道你头部的位置的话，计算机也就无法了解你在注视着哪里。现代的HMD设备使用各种技术来准确追踪头部的位置。获益于不断发展的智能手机技术，我们现在可以在芯片上放置多维加速度计（multi-axis accelerometer），而红外跟踪摄像头则可以准确捕捉到HMD上的标记，它们会将位置信息传输给计算机。不在固定位置使用的移动HMD就无法利用到外置摄像头进行追踪了，原因非常明显，不过有一些新的技术——比如微软的Hololens和Google的Tango计划中用到的——可以通过在加速度计之外添加多种感应器来完成位置计算。

眼动追踪

目前，至少有一款HMD设备（FOVE）宣称整合了眼动追踪技术。但是也有一些第三方为其他HMD产品提供这样的升级包。

眼动追踪使得HMD可以计算你在看哪里，随后利用这个信息做一些事。比如，它可能会调整屏幕上图像的深度（depth）来更贴切地模拟自然视觉，虚拟角色将会能够对你的注视作出反应，或者你可以在虚拟世界中通过目光来快速选择菜单项。

眼动追踪可能会是一种用处极广的重要输入信息，让我们能够更自然地与界面进行交互。

眼动追踪技术才刚刚进入虚拟现实领域不久，时间会告诉我们开发者们最终用它做出了什么。

音频硬件

HMD设备的音频没有太多可说的东西，一些HMD设备会自带耳机部分，而另一些则不那么做。可以选择使用自己的耳机的HMD设备也屡见不鲜，这些设备自带的耳机是可以被移除的。

计算机硬件

HMD既是输入设备、也是输出设备，它能够追踪你的头部移动、也能够向你眼中投射图像。在这两个步骤之间就是计算硬件的领地。事实上在计算硬件方面，所有HMD都能被归入三类。第一种是完全内置计算硬件的设备，这些一般都是移动的、用电池供电的系统。通常这种硬件是拓展了用途的智能手机，甚至就是使用智能手机来完成所有需要的计算。第二种HMD设备自身不具有任何计算能力，它与外部的计算机连接。通常这种HMD设备接受HDMI输入，用USB接口传出头部追踪数据。第三种是前两种的结合，既有自己的内置硬件，也允许外部装置接入。

虽然智能手机硬件的性能已经足以提供一定程度的虚拟现实体验，但仍然远远比不上计算机和主流游戏家用机能做到的地步。所以，从视觉逼真度和帧速率的角度而言，专门的外部计算硬件仍然是最好的选择。

其他硬件

HMD的制作可以使用到各种各样的材料：硬板纸、塑料、金属、以及其他任何能把部件连在一起的东西。对于特定的一款HMD设备，考虑一下你能调整哪些地方是很重要的一件事。头部绑带的调整范围就是重点之一。如果你戴着眼镜，记得确认HMD设备是不是能够容纳眼镜、或是通过调整HMD的镜片可以让你无需再戴眼镜。最后，舒适的衬垫和人体工程学设计常常被人忽视，但却也都是重要的因素。

输入配件

之前提到过，HMD可以捕捉你的头部位置信息，但是更多样的输入形式也不可缺少——除非你愿意站在固定的一点上，既不走动也不与其他东西交互。目前，最主流的虚拟世界游览方式是通过现有的视频游戏外设。这包括了游戏用的手柄、飞行控制杆、赛车方向盘以及鼠标和键盘。已经有一些专为VR设计的、更能带来沉浸感的装置，更多的则在开发中，包括全方向跑步机（omnidirectional treadmills）和SteamVR控制器之类的设备。

在非常高端的市场上，你可以找到追踪全身运动的系统、机械力反馈装置、液压动力的操纵器等等。它们都与HMD一同协作，带来更好的交互性和沉浸感。

这一切是如何工作的？

视网膜投影之类的不怎么普遍的科技先不提，大多数使用LCD或是OLED成像的HMD设备的工作原理是，向两眼呈现相似但略有不同的图像。这带来了立体感的幻觉，也就是大多数人认为的3D图像。你可能猜到了，这需要为两眼都单独地成像，但是为了节约成本、降低复杂性，大部分HMD设备向双眼呈现的图像是一样的。

呈现的图像本身并不能填满整个视野，也并不是完美的方形。如果你不将设备戴到头上而是直接察看屏幕，你会看到两个图像都有模糊的灰色边框。

这模拟了我们的视野——位于视野中央的部分非常清晰，锐度（acuity）随着靠近边界而下降。在正确的距离从镜片中看出去，图像会很好地符合我们的视场，看上去非常自然，像是我们看的不是图片、而是真实的场景一样。

所以，当这些技术融合在了一起，你会感到身临其境。无论你往哪里看，你看到的都是虚拟的现实，它们代替了真实的世界环绕在你身边。这就是HMD是如何构成虚拟现实幻境的。

（编辑：云计算网_泰州站长网）

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