视场角只有100°的索尼PSVR，原来还有这些细节彩蛋
发表于2016-08-13
雷锋网(搜索“雷锋网”公众号关注)按：本文作者陈幸，专注于光学定位系统研究，曾就职于华为苏州研究所等国内知名IT企业。从事虚拟现实行业两年有余，现就职VR日报内容研发部门总监。
索尼PlayStation VR中国区销售工作将在2016年10月13日与全球同步启动。
PlayStation VR的详细参数中，有一个数据和目前市场上的主流产品有明显区别，那就是FOV（视场角）。HTC Vive和Oculus Rift的视场角都是110°，而PlayStation VR的视场角比这两家的产品都窄，只有100°。
作为消费者寄予厚望的三大主流虚拟现实头显之一，再加上名声在外的索尼大法名头，100°的视场角确实令消费者感到有些意外。因为视场角是影响到虚拟现实头显沉浸感的一个重要指标。难道索尼有些其他考量？
为什么视场角这么重要
视场角（FOV），英全拼是Field of View。在显示系统定义中，视场角是指显示器边缘与眼睛连线的夹角。如下图所示，AOB角就是水平视场角，BOC就是垂直视场角。在虚拟现实头显中所定义的视场角一般是特指水平视场角。
大家都知道人眼的视觉功能是由双眼视场所构成的，人类双眼的的总视场将近200°，双眼视觉区域大概有120°，而在身体两侧各有40°的单眼视觉区域。
在视力正常的情况下，人类获取视觉感知都是通过双眼来进行的，而两眼视网膜对同一被视物体的成像并不完全相同。人类大脑视觉高级中枢对来自两眼的图像信息进行处理后，形成的视差可以辅助产生精细的深度知觉，进而产生立体视觉。
在虚拟现实头显的定义中，头显的FOV越接近人眼的自然视场角，就越有利于产生更好的沉浸感和临场感。不过在虚拟世界，人类对虚拟景象的获取依然是通过立体双目视场来进行的，更大的视场角能够满足用户观看到更多细节，产生更加深度的沉浸感。
在这个追求大视场角的时代，获取更大的视场角不可避免的会带来其他问题。
现有的技术条件，要获得更大的视场角，只有一个解决方向，那就是人眼缩短与透镜镜片间的距离或增加透镜镜片的大小。缩短与透镜间的距离，由于透镜与眼睛的距离过近，会导致如下缺陷的引发：由于人眼的晶状体和凸透镜不同，人眼根本看不清楚画面，即便勉强看清，由于放大倍率太高，屏幕的纱门效应会非常严重，还有可能对眼睛形成伤害。
而采取直径较大的透镜增加视场的方案，也会引发问题的出现。大透镜的中间比较厚，导致镜片重量随之增加，虽然这个问题可以通过菲涅尔透镜解决，但更大直径的透镜镜片，会带来光学畸变等像差的问题是无法解决的。
索尼的选择
在市场上主流产品也不过实现了110°视场角的情况下，索尼选择了风险更低更稳妥的100°视场角。同时在设计中嵌入更多精巧的细节作为补偿。
细节一：人眼单眼视场角分布偏向双耳向。
先做个实验演示给大家。
闭上右眼后，右手伸出一根手指并向右移动，当移动到一定程度以后，左眼就会看不到右手的这根手指，即便左眼向右转动，依然不能看到，因为鼻子在中间充当了障碍物。
随后，将右眼睁开，在双眼条件下，虽然能看到右手手指，但其实看到这根手指的只是右眼的单眼视觉。
PlayStation VR就很精巧的将这个细节嵌入到了设计中。
在PlayStation VR镜片的水平视场角上，双眼朝鼻子一侧（左眼的右半部分，右眼的左半部分）的视场角稍小，虽然小，但是是视觉中心，所对应的屏幕为最重要的部分，用来聚焦；而双眼朝耳朵一侧（左眼的左半部分，右眼的右半部分）的视场角稍大，虽然大，但更多是视觉周边，用来感知运动的部分。
当然，这样的设计并非完美，也有缺陷。从图中我们不难发现，半像素矩阵（sub-pixel matrix）的OLED屏幕的中心并没对准镜片的轴心，这就是为什么屏幕的中心不是在屏幕的几何中心，而是在偏离中心0.342毫米的另一个中心。
这样的偏差是需要通过算法校正来解决的。
在PlayStation VR镜片的垂直视场角上，上面的垂直视场角略小，而下面的视场角略大；我们的脖子、我们的头、我们的眼睛受重力影响，有微微向下偏的习惯。所以PlayStation VR的OLED屏幕在和镜片平行的基础上，略微下偏了5°左右。
同理，这也需要通过算法校正。
细节二：双目视场是人眼视力的重点聚焦区
在设计虚拟现实头显时，核心是如何匹配人眼FOV和HMD上的镜片FOV，使之达到统一。
但其实对于人眼来说，比FOV更重要的是视网膜绘制图像的视觉区域（visual field），它是人眼在静止凝视（stable fixation）状态下所看到的图像最大跨度，比如人眼的成像区域是水平174°，垂直135°，而鸟的成像区域有360°。而人的单眼视觉区域（visual field）是114°，享受双目视觉是左右眼中间的54°，外围的60°区域其实只有单目视觉，所以视觉系统接收到双眼视觉区域（visual field）在视网膜上的成像跨度为60×2+54=174°。
然后我们不妨将上图进行扩展和延伸，此时我们发现，中间54°度双眼重合的区域，正是是人眼聚焦之所在，是人类用来感知色彩和物体细节的视觉区域。视觉周边则负责感知运动和物体形状，在此之后如果需要感知细节人眼则会转向。
PlayStation VR虽然只有100°的视场角，但其实已经完全将双目成像的人眼聚焦区囊括在内。针对这部分区域，OLED屏幕给予的高光照条件，能够充分的满足人眼视力的需求。在现有技术条件下，这种视场角的选择，恰恰是在最大限度满足用户需求的前提下的最优选择，或者说是最经济的选择。