VR产品介绍之Oculus Rift DK1

编者按：本文作者是王元，凌感的早期员工，专注于虚拟现实和手势捕捉等领域。此前我们刊登过王元写的虚拟现实50年。在回顾了VR近50年的历史，王元想和大家聊一聊目前市场上已有VR产品，第一款产品就是Oculus VR带给我们的Oculus Rift DK1。

Oculus Rift DK1 (Oculus Rift Development Kit 1)

首先需要说明的是，Oculus Rift不只是一个硬件，而是包含有软件开发工具包（SDK）在内的一整套开发系统。没错，你不仅可以通过这个系统去体验非凡的VR感受，而且还可以在这个系统上开发你自己的VR游戏。从这个意义上讲，Oculus Rift现在还不能算成熟的消费产品，官方的名字仍然是“Oculus Rift开发者套件”，也许不久的未来就会发布“Oculus Rift 用户体验版”。

上图展示的就是Oculus Rift DK1，简称Oculus一代。它的硬件部分是一个头戴式的显示设备，通过HDMI或DVI输入，可以将计算机渲染的画面显示在你面前的小屏幕里（这块屏幕的分辨率是1280*800），也就是说使用Oculus必须连接计算机。而这种全封闭的设计，虽然看起来有些笨重，但是却可以带给人以全方位的沉浸体验。Oculus使用双眼成像原理来构建3D视觉效果，和全息影像不同，和iMax相似，但又有区别。

Oculus一代和iMax相同的地方在于，它们都是通过让双眼看到同一场景的不同角度的画面来创造立体感的。区别在于，iMax的两幅画面显示在一个屏幕里，使用偏振眼镜来区分这两幅画面，这就是为什么你在看iMax电影时候，不戴3D眼镜只能看见一片模糊的原因；Oculus使用了更加直接的方法，把屏幕一分为二，左边显示左眼画面，右边显示右眼画面，简单粗暴但是很有效。下面这幅图片就是通过计算机输入到Oculus一代的原始画面，可以看到，整个画面被平均分成了两部分，分别是左眼画面和右眼画面。

我们分析一下上面这副Oculus的显示画面，会有以下几个发现：

• 注意到两幅画面里一些标志物的不同位置，我们可以确定，这两幅画面的确是对同一场景的不同视角的展示，可以构建3D感受。

• Oculus提供的软件开发套件可以生成不同视角的画面。

• 虽然屏幕分辨率有1280乘800，但是因为分成了两块显示，所以单幅画面其实只有640乘800的分辨率。你肯定在摇头，是啊，这个分辨率简直不够看，手机的分辨率比这个高多了！

• 这个画面为什么是畸变的？！

在解释畸变问题之前，先来看看我们是如何从Oculus看到这幅画面的。

看到那两片亮闪闪的凸透镜了吗？奥妙就在这两块透镜超高的放大倍数里。之所以使用这样的设计，是因为屏幕离眼睛非常近，裸眼只能看到其中很小的一部分画面，这样就造成了视角不够的问题。加上这两块高倍数的透镜，就可以弥补视角上的不足，达到比较令人满意的110度。但是同时又带来另外一个问题：画面畸变。想必大家都有这样的生活体验，用放大镜看东西，中心画面还好，越到边缘画面变形越厉害。

为了说明这个问题，我来举个例子：坐飞机出远门，托运行李不能超过30公斤。但是你知道临走之前，爱你的妈妈总会额外塞一些东西进去（她总是能临时想到然后变戏法的似的把东西塞进那个你以为不能再满的行李箱里），那样的话行李肯定就超重了。所以避免行李超重的办法，就是头天晚上先把她塞进去的东西取出一些来（我就是这么干的），这样出发之前她再添些东西也就没有问题了。同样的道理，既然增强视角的透镜会造成画面畸变，那么我们把画面“预先畸变”就好了！谁来“预先畸变”这些画面呢？当然不是你！Oculus为内容开发和游戏开发工程师准备的开发套件就是用来渲染这些“预先畸变”的画面用的。

让我来总结一下这整个过程：我们想要一个虚拟现实设备->头戴的3D显示器是个好主意->怎么才能看起来是三维效果呢?->分屏显示的话可以构建三维视觉->但是离眼睛太近了视角不够->加块透镜可以解决这个问题->但是画面会产生畸变->开发一套软件纠正它！Oculus20亿美金的的显示硬件和软件开发套件就这样被开发出来了，多么自然而然啊！

一些额外补充：

视角追踪

Oculus Rift DK1 内置了IMU（惯性测量单元）来实现四向的视角追踪（上、下、左、右），这样一来，计算机就可以获知你的眼睛是在看向哪里，是藏在课桌下面的手机？还是教室后门盯着你的班主任。但是作为三维虚拟现实场景，我们至少还需要前、后的运动信息，才能算得上是真正的VR体验。可惜的是，Oculus Rift DK1的前、后运动信息只能使用键盘或者手柄来操作。但是好消息是在DK2里，这一点得到了改善，在后面的系列文章里，我会再详细讨论这个话题。

视角增强

解决因为屏幕离眼睛太近而视角太小的方案不止一种，Oculus使用的方法是圆形透镜，这种解决方案在光学领域算是比较简单直接的，缺点是有畸变，必须对图像进行“预先畸变”来矫正。还有一种可行的方案是使用复杂的柱形透镜，这种透镜的好处是无需对画面进行“预先畸变”，但是对透镜的光学特性要求非常苛刻。