带你了解虚拟现实(VR)的原理

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2022-04-25 19:08

大家好,我是陈锐。

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最近一年,我们身边出现了很多基于虚拟现实(VR)技术的新玩具:比如VR眼镜,明明只是播放了一些逼真立体的虚拟画面,却让你感觉这些虚拟的画面才是现实。


这是因为,虚拟现实内容模拟了人眼的视觉体验


可以用一个小实验来感受一下


 1.当你分别遮住一只眼睛,用另一只眼睛看你的手时,两只眼睛各自看到的图像,会有一些差别。这个就叫做人眼的双目视差



2.当你把手机放在面前,把头歪到左边,再歪到右边时,你的眼睛看到的就分别是手机的左边框和右边框。这个叫做人眼的移动视差

 


3.而当你摊开两只手,眼睛聚焦到不同的手上时,会依次看到左手清晰右手模糊,以及左手模糊右手清晰的图像。这是人眼的变焦功能



因为人眼天然拥有以上这些视觉差异和变焦功能,你眼前的这个场景,才能在大脑的加工后变得立体和纵深


人眼这么复杂的视觉体验,虚拟现实是怎么模仿出来的呢?

 

我们来做一个实验:


如果把相机放在一个点上,拍摄广场上一远一近的两个人。那么当镜头对焦在不同的人身上时,就能拍到2张只有一个人清晰,而其他部分虚化的照片。


 

如果在这两个人的斜后方再加一个人,整个场景里就出现了3个远近不同的人。那么镜头对焦在不同的人身上时,我们就能拍到3张只有一个人清晰,而其他部分虚化的照片。

 

 

而如果再不断地向斜后方增加人数,那么这个相机就能拍摄出无数张只有一个人清晰,而其他部分虚化的照片。

 


现在,见证奇迹的时刻来了。

 

如果把这些照片叠在一起,它们实际上就粗略地组成了在这个角度上,“很多人站在广场上”,这样的一个立体场景;

 

换句话说,相机在这个点上能够“看”到的整个立体的场景,可以被竖着切成无数张切片,也就是这无数张照片。


再模仿人的双眼,以及在不同位置上的视角,再把眼前的场景从各个角度都切片,那么整个场景里所有角度的切片叠加在一起,就最终组成了一个完整的立体场景。


现在的虚拟现实,却可以通过采集整个场景中的很多切片,甚至是所有切片,来生成一个模拟人眼视觉的切片数据库

 

这个数据库中的图像经过处理,就能在显示屏上再复现出立体的场景了。


 

现在最先进的显示技术,已经可以根据体验者眼睛和身体的动作,实时切换数据库中的切片。

 

不管你在某个瞬间是移动了位置,还是眼睛切换了焦点,计算机都可以通过算法,筛选出你做出这个动作的瞬间应该看到的那一个切片,并且经过快速加工,把那个切片呈现在你眼前的显示屏上。


 

随着动作变化,眼睛在这一瞬间该看到哪张切片,虚拟现实就给你看哪张切片。

 

这样,看着眼前这些人工加工的图像,就如同在现实世界中了。

 


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