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智能VR头盔解决方案

2019-09-07 10:59:18分类:智能穿戴方案47

  VR头盔,又叫虚拟现实头盔,即VR头显(虚拟现实头戴式显示设备)。早期也有VR眼镜、VR头盔等称呼。VR头显是一种利用头戴式显示器将人的对外界的视觉、听觉封闭,引导用户产生一种身在虚拟环境中的感觉。

  无论是要求在现实世界的视场上同时看到需要的数据,还是要体验视觉图像变化时全身心投入的临场感,模拟训练、3D游戏、远程医疗和手术,或者是利用红外、显微镜、电子显微镜来扩展人眼的视觉能力,虚拟现实立体头盔都获得了应用。比如军事上在车辆、飞机驾驶员以及单兵作战时的命令传达、战场观察、地形查看、夜视系统显示、车辆和飞机的炮瞄系统等需要信息显示的,都可以采用虚拟现实立体头盔。在CAD/CAM 操作上,HMD使操作者可以远程查看数据,比如局部数据清单、工程图纸、产品规格等。
 

智能VR头盔解决方案
 

  这里简单说的一下VR头盔的开发方案

  头戴式显示器是较早出现 的虚拟现实显示器,其显示原理是左右眼屏幕分别显示左右眼的图像,人眼获取这种带有差异的信息后在脑海中产生立体感。

  VR头盔--透镜

  透镜是比较重要的元素之一。透镜旨在愚弄你的眼睛,让你以为面前是一片广阔的空间,而不是两英寸大的平面显示器。要做到这一点,透镜需要聚焦光线,让你感觉显示器好像在无限远的距离之外。

  很多头盔都采用了特殊的菲涅耳透镜,通过使用薄的、圆形棱镜阵列,来实现与大块曲面透镜相同的效果。这些透镜还被用来放大头盔的内置显示屏,让图像占据你的整个视野,这样你就不会注意到屏幕的边缘了。

  VR头盔--显示屏

  高性能显示器,是让VR具有说服力的另一个重要因素。它们需具有足够的像素密度来显示清晰的图像,并且速度要足够快,这样VR中的运动画面才会流畅平滑。

  本方案的这个VR头盔采用了两块1080x1200显示屏,一只眼睛对应一块,它们可以以每秒90帧的速度显示图像——为用户提供平滑流畅的运动画面,以及宽广的110度的可视角度,可以覆盖你视野范围的很大一部分。

  智能头盔还使用双屏幕来提供类似于任天堂3DS的立体3D效果。每块屏幕对每只眼睛显示一幅略微偏移的图像,然后我们的大脑会自动把它们“粘合”在一起成为一幅图像,并在这个过程中产生一种“错觉”。
 

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  VR头盔--焦点调试

  因为每个人两个瞳孔中间的距离(也就是你去配眼镜的时候,需要测量的瞳距)是不同的,所以头盔中镜片的位置需是可调的,以便根据我们的瞳距来提供正确的立体3D效果。

  VR头盔使用了混合菲涅尔透镜,这种透镜具有可变的聚焦水平,你可以通过向上或向下移动头盔来调整焦距,找到较佳位置。

  VR头盔--红外跟踪

  这款VR头盔使用红外激光来跟踪头盔的移动,但各有各的方法。

  它使用的是放在办公桌上的红外摄像头,跟踪VR头盔前后都有的红外发射器。如果使用控制器,你还需要另外再配一个摄像头,以避免在跟踪头盔和控制器上的红外灯时出现混淆。每个传感器都是单独跟踪的,计算机收集所有信息来渲染画面,让你在任何时候从任何角度看的图像都是正确的。所有这一切几乎都需要立即完成,这意味着每个红外传感器的坐标被立即捕获和处理,图像也就马上显示出来,几乎没有滞后。

  VR头盔--位置传感器

  为了显示准确的画面,当你环顾周围时,头盔须以亚毫米级的精度跟踪你的头部运动。这是通过各种内置传感器来实现的。有了这些传感器提供的各种数据,头盔就可以实现的“六自由度”,跟踪头盔可以跟随头部做出的任何运动。(注:物体在空间具有六个自由度,即沿x、y、z三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度。)

  磁力计可以测量地球的磁场,因此总是知道“磁北”在哪个方向。这样就可以确保它指向的是正确的方向,防止出现“偏移”错误——即头盔以为自己朝着某一个方向时,其实朝着的却是另一个方向。

  加速度计有几个用途,一个是检测重力,让头盔知道上方是哪个方向。智能手机自动转换横竖屏,靠的就是加速度计。而且正如它的名字所说,它可以测量沿着一个轴的加速度,因此它能提供有用的数据,让VR头盔知道一个对象运动的速度。

  陀螺仪可以跟踪沿着一条轴的微小偏移(例如你稍微倾斜头部或点头的时候),来提供更准确的物体旋转信息。
 

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  VR头盔--伴侣系统

  VR头盔除了有“灯塔”红外跟踪系统之外,还有一个前置摄像头,它可以使用“伴侣”系统,来帮助检测你是否离开了游戏空间的边界。因此,如果你快要撞上墙壁或家具了,它就可以巧妙地给你发送视觉提示,让你知道自己已经到达了VR空间的边缘。

  VR头盔--控制器

  这款VR头盔有无线运动控制器,让你与3D空间中的物体进行充分交互,从而增强沉浸感。

  像头盔一样,每个控制器都配备了磁力计、加速度计和陀螺仪以及红外传感器,对运动进行亚毫米级的精度跟踪。

  VR头盔--音频

  很多头盔内置了耳机,可以产生3D音频。这样游戏就可以添加相对于你的位置的音频提示,让你可以听到好像是来自后面、上面,甚至下面的声音。

  隐藏的麦克风可以给游戏研发人员提供更多的选择,在游戏中添加更多的沉浸式功能。使用麦克风,游戏可以检测你在隐形游戏中产生的噪音量,或者把它作为在VR中进行语音交流的方法。

  VR头盔--线材

  虽然有些VR设备是完全无线的,但这款VR头盔都需要用线材将头盔连接到计算机上,以便传输数据和电能,让显示屏以90帧/秒的速度显示高清图像。如果你是坐着使用头盔和游戏手柄,那没有什么问题,但当你在室内走动时,线材确实可能会变得碍手碍脚。

  VR头盔--计算机

  VR这种黑魔法发生的地方其实是在计算机里。所有的位置跟踪数据都被发送到了计算机上,输入到了游戏中,然后它再对图像进行渲染,发送到头盔上显示出来。

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