VR 设备装备指南

三维视觉显示设备是虚拟现实的标志性硬件，人类对虚拟世界的沉浸感主要依赖于视觉感知，因此三维立体视觉是虚拟现实技术的第一传感通道。

虽然桌面式VR系统可以使用普通的计算机屏幕作为显示设备，但它却不能提供大视野、双眼的立体视觉效果。因此，我们需要一些专门的立体显示设备来增强用户在虚拟环境中的视觉沉浸感的逼真程度。

头显（头戴式立体显示器）

头盔式显示器（HMD）是VR系统中普遍采用的一种立体显示设备，它通常戴在头部，并用机械方法固定，头与头盔之间不能有相对运动，在HMD上配有空间位置跟踪定位设备，能实时检测出头部的位置。HMD通常由两个LCD或CRT显示器分别向左右眼提供图像，其显示原理是两个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画面。虚拟现实头显作为虚拟现实的显示设备，具有小巧和封闭性强的特点，可以将参与者与外界完全隔离或部分隔离，因而已成为沉浸式VR系统与增强式VR系统不可缺少的视觉输出设备。现阶段常用的头戴式立体显示器主要有以下几款：

HTC VIVE：HTC VIVE是目前最受欢迎的虚拟现实头盔设备，其开发者版本发布于2015巴塞罗那世界移动通信大会举行期间，由HTC和VALVE合作共同推出。一经上市便迅速占领市场，目前大部分商场中的VR体验店均采用此款头显。这款致力于给使用者提供沉浸式体验的头显分为三个部分：一个头戴式显示器、两个单手持控制器、一个能于空间内同时追踪显示器与控制器的定位系统。下图即为HTC Vive的全部设备展示图，本书将以此设备作为示例来讲解。

HTC Vive开发者版本的头显采用了一块OLED屏幕，画面刷新率为90Hz，单眼有效分辨率为1200 ×1080，双眼合并分辨率为2160×1200。2K的分辨率大大降低了画面的颗粒感，用户几乎感觉不到纱门效应。控制器定位系统采用的是Valve的专利，它不需要借助摄像头，而是靠激光和光敏传感器来确定运动物体的位置，也就是说HTC Vive允许用户在一定范围内走动。

Oculus Rift：采用2160×1200分辨率的OLED显示屏，与HTC Vive相同，该显示器与90Hz刷新率和110°视野相结合，为用户提供了华丽流畅的高清VR体验。Oculus Rift还配有3D空间音频耳机，可提供更加身临其境的体验。但从空间定位的角度来看，Oculus Rift比起HTC Vive可能要稍逊一筹，它很精准，但是追踪的范围太小了。此外，要想拥有360°追踪，至少需要再买一个传感器和USB数据线，而且还要整理很多线路。下左图即为Oculus Rift。

HoloLens：是微软首个不受线缆限制的全息计算机设备，能让用户与数字内容交互，并与周围真实环境中的全息影像互动。该产品于北京时间2015年1月22日凌晨发布。HoloLens运行Windows10系统。它不受任何限制——没有线缆和听筒，并且不需要连接电脑。Microsoft HoloLens具有全息、高清镜头、立体声等特点，可以看到和听到周围的全息景象。下右图即为HoloLens。

除此之外还有一些国产一体机式VR眼镜（例如大朋、Pico等），搭载着安卓系统和超高清分辨率，在舒适性和性价比上都有着较高的优势，这些VR设备相比起来可能会更受个人玩家的欢迎，在虚拟现实的圈子里同样占据着一席之位。

双目全方位显示器

双目全方位显示器（BOOM）是一种偶联头部的立体显示设备，类似于使用望远镜。它由两个互相

垂直的机械臂支撑，这不仅让使用者可以在半径约2米的球面空间内自由移动，还能将显示器的重量加以巧妙的平衡而使之始终保持水平，不受平台的运动影响。在支撑臂上的每个节点处都有位置跟踪器，因此BOOM和头盔显示器一样有实时的观测和交互能力。

Boom的优点在于：

• 采用高分辨率的CRT显示器，因而其分辨率高于HMD且图像柔和；
• BOOM的位置及方向跟踪是通过计算机械臂节点角度的变化来实现的，因而其系统延迟小，且不受磁场和超声波背景噪音的影响；
• 虽然它的沉浸感稍差些，但使用这种设备可以自由进出虚拟环境，使用者只要把头从观测点转开，就离开虚拟环境而进入现实世界，因此具有方便灵活的应用特点。

BOOM的缺点是使用者的运动受限，这是因为在工作空间中心支撑架造成了“死区”。右图即为BOOM工作时的示意图。

大型投影系统

大型投影系统可以在一定程度上给用户带来沉浸感和震撼感，比较有代表性的大型投影系统有CAVE

洞穴式虚拟现实显示系统、多通道立体投影系统、全息投影等。

1. CAVE洞穴式虚拟现实显示系统

CAVE洞穴式虚拟现实显示系统是由3个面以上（含3面）硬质背投影墙组成的高度沉浸的虚拟演示环境（如下图所示），配合三维跟踪器，用户可以在被投影墙包围的系统近距离接触虚拟三维物体，或者随意漫游“真实”的虚拟环境。

CAVE系统一般应用于高标准的虚拟现实系统。至纽约大学94年建立第一套CAVE系统以来，CAVE已经在全球超过600所高校、国家科技中心、各研究机构进行了广泛的应用。但是由于价格昂贵、体积大、参与人数有限等特点，在一定程度上限制了CAVE系统的普及。

2. 多通道立体投影系统

多通道立体投影系统是指采用多台投影机组合而成的多通道大屏幕显示系统（下图所示），它比普通的标准投影系统具备更大的显示尺寸、更宽的视野、更多的内容、更高的分辨率，以及更具冲击力和沉浸感的视觉效果。它利用多台投影机组成一个弧形阵列，利用投影处理技术，将计算机图像信息投射在高精尺度的弧形环幕上，一台PC即可实现对整个投影系统的操作控制。

3. 全息投影

全息投影也称虚拟成像技术，无需佩戴眼镜，利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实的三维图像的记录和再现。其基本原理是：在拍摄过程中利用干涉原理记录物体光波信息，成像过程中利用衍射原理再现物体光波信息，从而能够再现物体真实的三维图像。

结束语

以上就是打造大视野、双眼的立体视觉效果需要的一些设备了。当然，饱满立体的VR体验，光有视觉显示设备是远远不够的，声音和交互设备、综合开发引擎、建模设备等等都是必备选择。《虚拟现实技术应用案例教程》不仅介绍了怎样装备齐全，还提供了丰富的应用案例，是一本兼具启发性与实用性的优质读物。