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理解双目重叠区域及其对虚拟现实头盔的重要性

双眼重叠是指立体视觉系统中两只眼睛之间可见的重叠部分。换句话说,它描述了观察场景时双眼能够看到多少重叠部分,而不仅仅是其中一个眼睛能看到的部分。

Yuval Boger撰写的客座文章
Yuval是Sensics的首席执行官和OSVR的联合创始人。他和他的团队设计了OSVR软件平台,并构建了OSVR产品的关键部分。他经常在他的博客上分享自己的观点和知识。

双眼重叠对深度感知特别重要。当你专注于一个物体时,你的大脑会旋转每只眼睛,使得物体在两个视野中的位置相同。
人类双眼重叠的示意图 | David Johnson(犹他大学)提供的照片
你可以通过看远处的物体,然后将食指放在离鼻子约12英寸的位置并专注于它,自己很容易看到。当物体变清晰时,你会看到两个食指的影像合并在一起。再次将注意力放在远处的物体上,你会再次看到两个食指的影像,因为你的眼睛将视线对准了更远的深度。
眼睛的相对角度可估算物体的距离。如果物体很远,两只眼睛看到的角度几乎相同。如果物体很近,角度会更大。

VR头显中的双眼重叠
VR头显制造商必须考虑在产品中使用多少双眼重叠。让我们以一个标准的专业VR头显为例,其各个眼罩的对角线视场为60度,宽高比为4:3。使用对角线视场和宽高比转换表,60度对角线转换成48度水平和36度垂直。如下图所示,有左眼和右眼:
左右眼各自独立显示的图像,每个图像对角线视场为60度
注意:左右眼中的填充颜色仅用于图形分隔,不代表其他含义。如果眼罩安装具有100%重叠,组合视场的水平为48度,垂直为36度,即双眼视场为60度对角线。如下图所示,如果你看一个很远的物体(因此眼距无关紧要),左眼能看到的一切右眼也能看到。
100%重叠,60度双眼视场
现在假设制造商决定安装眼罩时水平有75%的重叠,即眼罩之间存在部分重叠。结果如下图所示。75%的重叠意味着眼罩之间的重叠区域为48度的75%,即36度。因此,双眼水平视场为60度:左眼中显示的12度,36度重叠区域和右眼中显示的12度。因此,合并图像的对角线视场为sqrt(60*60 + 36*36) = 70度,大于100%重叠时的视场:
部分(75%)重叠,由各个60度眼罩组成的70度对角线视场
部分重叠的优点:

更宽广的视场,从而增强沉浸感。在上面的例子中,我们使用60度眼罩创建了一个视场为70度的VR头显。
改进的宽高比。在我们的例子中,眼罩的宽高比为4:3 = 1.333。使用75%重叠后,宽高比变为60:36或5:3 = 1.666。这个宽高比介于16:9 HD1080(1920×1080)标准和16:10 WUXGA(1920×1200)标准之间,使结果更适合查看宽屏内容,前提是宽屏内容在两个屏幕之间正确分配(下面会详细介绍)。

部分重叠的缺点:

双眼竞争。考虑一个在头显中显示的绿色圆圈。由于位置在圈子的中间,左眼可以完全看到,而右眼只能部分看到。实际上,当一个人同时通过两个镜片看时,他可能注意到右眼视野的最左边界,这可能看起来不寻常或分散注意力。双眼视图中的图像继续向左延伸,但右眼镜片不再显示对象。有些人可能会因为双眼竞争而感到分心。我们的感知并不是看到两个图像的总和,而是从一个图像切换到另一个图像。如果视野范围大于我们的例子,比如每只眼睛100度,这就不是一个大问题,因为图像的不连续性在中心视野区域之外。

双眼竞争引起的部分重叠的视觉系统

与非3D内容的兼容性挑战。在一个完全重叠的系统中,一个很好的特点是您可以轻松地查看标准内容,如电脑桌面、Microsoft Word、YouTube视频或来自网络摄像头的实时视频。两只眼睛上呈现相同的内容。应用程序不需要知道它被视为头戴式显示器还是电脑显示器。但在部分重叠的情况下,情况就不一样了。如果两只眼睛上呈现完全相同的图像,眼睛会努力将这两个图像合并在一起,这会导致眼部不适。在大多数情况下,应用程序需要知道它们是在部分重叠的系统中查看。例外情况是硬件自动将宽屏图像分成左右两个图像(见下面有关zSight电子产品的描述),但这种硬件通常不可用。

请查看此帖子以获取准确的数学和有用的参考表格。

声明:本文作者是OSVR的联合创始人;在撰写本文时,OSVR正在Road to VR上投放广告。

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