单片视野技术可以提高虚拟现实的清晰度
发表于2016-04-26
所有的数据都会告诉你， 2016年是虚拟现实元年。 Facebook， 谷歌， 索尼还有其他的头显生产商都在争夺这个市场， 希望可以一家独大。从旅游到色情视频， 我们看到了虚拟现实的前景， 但是在虚拟现实成为大众消费之前， 这项技术还有很长的一条路要走。
除了行动模拟平台这个问题， 另一个困扰虚拟现实的技术难题是光学问题。 一个典型是名为“觉辐辏调节冲突”（vergence accommodation conflict ）的光学问题， 它跟我们眼部肌肉聚焦物体的方式和传输给大脑的视觉暗示之间的差异相关。 所以为了调和这个冲突， 美国达特茅斯学院和斯坦福大学的研究小组采用了低科技手段解决高科技问题， 他们给出的答案是： 单片镜。
正如相机可以在不同的距离对物体进行聚焦， 我们人类在对物体聚焦的时候， 眼睛内部的肌肉会不断自行调整以看清高低远近的物体。 眼睛内部的其中一组肌肉会确保我们两只眼睛都在看同一个物体， 这样子我们就不会有双重视野， 我们把双重视野称作“视觉辐辏”。 而眼部肌肉在自我调节以确保我们对物体进行正确的聚焦， 就被称为“视觉调节”。
对于一组眼部肌肉， 如果一个眼部肌肉运动就可以单独实现聚焦而不需要另一个眼部肌肉进行协作的时候， “视觉辐辏调节冲突”就会发生。也就是说有视觉辐辏而没有视觉调节，或者说有视觉调节而没有视觉辐辏。 视觉辐辏调节冲突在虚拟现实中很普遍， 因为目前的虚拟现实只会引起我们的视觉辐辏反应， 而不会引起视觉调节。 我们在聚焦物体的时候不会产生双重视野， 但是我们的眼睛却不能很好地对物体进行聚焦。
根据YiViAn了解， 这是因虚拟现实屏幕跟用户眼睛的距离是固定的， 但是图像显示的距离却有很大的不同。这就会让眼部肌肉把焦距固定在屏幕上， 而不是物体在屏幕上所呈现的距离， 而这些距离有很大的不同。 视觉辐辏和视觉调节之间的冲突在虚拟现实中很普遍， 用户看近距离的物体时，这个冲突会更加严重。
视觉辐辏调节冲突会造成用户眼睛疲劳，并且会降低清晰度， 这会大大影响用户的虚拟现实体验。 调查人员需要找出可以让每个眼睛在虚拟现实中都可以独立聚焦的方法。 而他们借助的技术叫做单眼视觉， 而单眼视觉则可以通过单片镜提供。 单片镜是维多利亚时期的创新发明， 可以提高佩戴者单个眼睛的视力。
今天这项技术更加的成熟了， 通常在镜片中或者眼部手术中使用。 佩戴单片镜的人，一个眼睛可以近距离聚焦，而另一个眼睛可以远距离聚焦。 这个调查研究小组表示， 无论那只眼睛更靠近焦点距离， 用户都可以看清不同距离的物体。
达特茅斯学院和斯坦福大学的研究调查成员把这项技术应用到Oculus头显和谷歌的Cardboard头显上。 他们把多焦点液体镜片加入到这些头显设备中， 这个巧妙的组合所达到效果是非常好的， 简洁而优雅。 由3D打印而成的液体镜片可以直接加入到头显的视野区域。 镜片可以根据VR体验设定为两个不同的光学距离（一个远，一个近）或者根据用户需要，自行调节。
最终结果是用户可以缓解视觉辐辏调节冲突， 让眼睛在虚拟现实中都可以自然地进行聚焦。
这个可手动调节镜片只是一个开始， 这个创新将会促进眼部追踪软件的发展， 让镜片可以自动调节，而不再需要用户进行手动调节。 通过追踪用户的眼部运动， 软件可以告诉头显眼睛正在聚焦的物体是什么。 用户在虚拟现实中浏览不同的环境的时候， 眼部追踪软件可以为每个眼睛进行实时调节。
这个调查小组通过邮件向我们解释到：“在虚拟现实中， 单眼视觉技术有很大的潜力来解决视觉辐辏调节冲突。镜片可以放置在两个眼睛的前面， 给眼睛两个光学距离， 而不是一个。 当一个模拟物体靠近用户的时候， 近距离聚焦的镜片将会降低这个视觉冲突。”
调查小组表示， 他们想测试，如果不对镜片进行调节，让每个眼睛去处理视觉辐辏调节冲突会不会更加舒服。 有些用户在使用调整过的Oculus头显后反馈， 单片视野VR绝对是一个进步。
尽管用户表示， 他们的虚拟现实体验有了提升， 而在玩没有单片视野的VR游戏时更需要这些镜片， 但是用户还需要等候一段时间才可以真正把这些镜片添加到他们的虚拟现实设备中。 这个调查小组表示， 他们还没有足够多的数据来证明单片视觉技术在长时间使用后不会产生副作用， 而他们还需要进行更多的研究来确保长时间的使用不会影响用户的正常视力。
但是， 调查人员对这项技术的应用前景感到很乐观。Emily Cooper ，是达特茅斯学院的心理与脑部科学的教授， 同时也是调查小组的助理。他表示： “这对虚拟现实是很重要的，可行的光学手段可以提高舒适感和沉浸体验。 我们的实验证实了单片视觉有潜力成为这样一个可行的光学手段。”