在VR頭顯中，當看向（xiàng）圓形（xíng）遮光護目鏡套的裏麵時，你（nǐ）將會發現兩（liǎng）件事情：一塊（kuài）顯示虛擬世（shì）界的屏幕；

位於屏幕前方（fāng）的一組透鏡。大部分人主要關注頭顯的顯（xiǎn）示器部分，分（fèn）辨率是（shì）多少？刷新率？對比度呢？

然而，位於屏幕前（qián）方的透鏡同樣重要。

為什麽說透鏡是VR頭顯的一個重要組成部分呢，它們（men）又將如何影響VR體驗的質量呢？

 

1． 透（tòu）鏡基礎

透鏡的曆史已有數千年之久，其背後的基本原理十分簡單。當你透過一塊普通的玻（bō）璃來看世界（jiè）時，

你（nǐ）會注意到視圖出現了扭曲。玻璃（水或半透明材料）能夠折射通過它們的光線。根據給定材料進行設計，

並且以你想要的方式來折射光線，這時你就得（dé）到了一塊透鏡。

 

斯內爾定律描述了（le）所有這一切的物理學。下麵映維網將與大家一起看看關於斯內爾定律的相關公式值。

第一個相關值名為“折射率”，它（tā）可以告訴你給定材料（liào）可以折射多（duō）少光線。產生這種效應的原因是，

光線進入給定材料時速度會減慢，而（ér）光線越慢，折射數量就越多。常見的例子包括空氣，水，塑料和玻璃。

另一個值是材料的角度與光線入（rù）射的角度，也就是說光（guāng）線的折射取決於：

1）來向和透鏡（jìng）的形狀；

2）進入透（tòu）鏡到離開透鏡所需的時間，或（huò）者說透鏡的厚度；

3）光的（de）波長（顏色）

 

後（hòu）一個因素是透（tòu）鏡中存在的偽影或像差。棱鏡是屬於透鏡的一種，而透鏡可（kě）以像棱鏡一樣，在（zài）折射光線時（shí）可以將（jiāng）顏色彼（bǐ）此分開。這就是所（suǒ）謂的色差。

我們需要關注（zhù）其他的偏差。球（qiú）麵像差會導致圖（tú）像（xiàng）的不同部分聚焦在不同的點上，這意（yì）味著如果你希望圖像的中心（xīn）變得清晰銳利，邊緣就會變（biàn）得越來越模糊。

後是桶形失真和枕形失真（zhēn）。這（zhè）種（zhǒng）情況常見於當透鏡試圖糾正上述兩（liǎng）種失真的時候，以及試圖產生寬（kuān）視場的時（shí）候。

這將導致終圖像出現網格被拉伸或擠壓的情況（kuàng）。

 

2． 透鏡與VR

說到（dào）透鏡，以及它們（men）將如（rú）何影響（xiǎng）VR頭顯，我們首先要關注的是顯示器尺（chǐ）寸。VR頭顯的尺寸（cùn）越大，所遮擋視圖就越多，

視場範圍也（yě）越廣。但如（rú）果顯示器太大，整體設備則可能過於（yú）笨（bèn）重。從（cóng）這個（gè）角度來看，顯示器越小越好。

 

針對這個問（wèn）題，一個解決方案是（shì）令屏幕接近（jìn）你的眼睛。這有兩個好處：首先，你不需要更大的顯示器來獲得更寬的（de）視場；

其次，根（gēn）據阿基米德的杠杆原理，顯示器越接近你的麵（miàn）部，它所施（shī）加（jiā）的力就越小。遺憾的是，聚焦在過於（yú）靠近的（de）對象時（shí）就會令人眼產生不（bú）適，

這限製了你設置顯示器的距離。

這提出了一個問題。我們正常（cháng）的視場可達180度。作為參考，當（dāng）前的（de）頭顯屏幕的對角線長（zhǎng）度可能約為7英寸（18厘米），並且盡可能舒適地靠近眼睛，

這（zhè）個屏幕將占用相對較少的視場。結果是用戶需要通過一個非常狹窄的（de）視（shì）角來感知你的虛擬世界，就（jiù）像是在現實世界中使用眼罩那樣。

解決這個問題的（de）部分辦法是，在麵部和顯示器之間設置一個透鏡或一係列的透鏡。我們的目標是折射光線，

使用本質上是放大（dà）鏡（jìng）的透鏡來為你提供更（gèng）寬的視場。你甚至可以將顯示器移至（zhì）通常（cháng）令眼睛不舒適的（de）位置（zhì），合適的透鏡將會令視圖變得（dé）更加舒（shū）適。

但當你試圖通過透鏡來擴（kuò）大視場時，你將會麵臨前文所（suǒ）述的像差（chà）問題。相機鏡頭通（tōng）過一堆複雜的透鏡來（lái）解決這一問題，

試圖消除所有的像差（chà），並為你提供一張清晰的，沒有失真的照片。遺憾的是，這一（yī）係列的透鏡將增加整體設備（bèi）的重量和長度，以及相當一部分的成本。

目前的答案是見於HTC Vive，Oculus Rift和（hé）其他頭顯中的菲涅耳透鏡。菲涅爾透鏡相對較薄，並且刻有一係列刻的同心環，

其能夠根據光線（xiàn）的不同（tóng）入射（shè）部分來相應地（dì）折射（shè）光線。如果設計正確，這可以幫助克服僅使用單（dān）個透鏡所遭遇的像差。因此，你不需要再像相機那樣使用一大堆透鏡。

然而，這無法解決所有的問題。盡（jìn）管菲（fēi）涅爾透鏡提供了寬（kuān）視場，並且消除了單一透鏡中的大部分色差（chà），但它們沒有克服桶形失真或枕形失（shī）真的問題。

當代頭顯選擇從軟件端入手：以透（tòu）鏡失真（zhēn）的相反（fǎn）方向預先扭曲圖像，這樣在觀看（kàn）影（yǐng）像（xiàng）時，用（yòng）戶就能（néng）獲（huò）得（近乎）正確的圖像。例如，如果透鏡將產生要枕形失真，

你必須使用桶形失真（zhēn）對圖像進行預變形（xíng），反（fǎn）之亦然。

就（jiù）這樣，你可以獲得寬視場的正確圖像（xiàng），而且能夠有效減少顯示器的大小。

菲（fēi）涅爾透鏡不能（néng）解（jiě）決所有問題（tí）。這不僅是因為預扭曲圖像將導致係統為視圖中心提（tí）供更多分辨率（lǜ），減少邊緣分辨率，從而進一步降低本已經夠低的VR分辨率；

同時是因為菲涅爾透鏡本身無法產生完（wán）美聚焦的圖像。這就是為什麽相機會選擇昂貴的透鏡堆棧，而不是菲涅耳透鏡。

更為（wéi）長（zhǎng）期的計劃？我們希（xī）望在不太遙遠的未來，我們（men）可以通過“超材料”來完全取代傳統的透鏡。

從理（lǐ）論（lùn）上講，超材料透鏡可以產生幾乎沒有任何偏差的圖（tú）像，並且能夠在極其（qí）輕薄的形態下實現。然而（ér），其背後（hòu）的工程設計相當棘手，

因為光的（de）波長是在納米尺度之上，因此，超材料“透鏡”的有效成（chéng）分也需要如（rú）此之小。

幸運的是，目前在納米尺度（dù）上建造微小結構的工程經驗已經（jīng）相當豐富。所有這（zhè）一切意味（wèi）著，我們這種極大優（yōu）化的透鏡（jìng）或許很快就能登陸消（xiāo）費者市（shì）場。