Oculus展示新突破「焦點平面顯示技術」，讓近視人群使用VR頭盔時摘掉眼鏡

據雷鋒網()了解，Oculus Research 的 VR 和 AR 研發中心近日發布了一項名為「焦點平面顯示」的新技術，該技術試圖改善現今 VR 頭戴設備的視覺輻輳調節衝突問題（VAC現象，也就是我們通常所說的調焦衝突，雷鋒網的詳細解釋請閱讀文後背景介紹），公司將這項技術稱為一次「突破性」進展。

圖為Oculus Research 焦點平面展示器原型機，圖片來源：courtesy Oculus

目前，Oculus Research 已經發表了關於該技術的一篇論文，並計劃在今年7月的SIGGRAPH 大會上展示這項技術。公司官方報道稱：

焦點平面顯示技術模仿了人眼在不同距離物體間自然轉換聚焦的方式。不同於過去通過增加更多聚焦區域來獲得相同景深的方法，這項新的技術利用空間光調製器（SLMs）改變光線進入顯示器的方式，使頭盔顯示器在3D物體上的焦點發生彎曲，從而增加景深，同時將展示的空間距離最大化。這項技術可以提升畫面的清晰度，讓用戶的 VR 使用體驗更加真實自然。該項目結合了先進的硬體工程技術、科學醫學成像技術、計算機視覺研究和最先進的演算法技術，旨在推進下一代 VR 設備的發展，此次研究綜合使用了多個學科的最前沿方法，也是我們的第一次嘗試。這項技術未來甚至可以讓近視人群在使用 VR 設備時摘掉眼鏡。

項目研究者們使用了空間光調製器，對光線進行選擇性彎曲，從而改變對圖像不同區域的焦點調節。

由 Oculus Research 的科學家 Nathan Matsuda，Alexander Fix 和 Douglas Lanman 合作發表的論文中對該技術闡釋如下：

焦點平面顯示延續了此前變焦距和多焦距的概念，並進一步根據場景內容對視覺圖像進行定製化。得益於數年來相關的自適應成像技術應用的研究基礎，我們展示了新型的相位調製器 SLMs 在實現焦點平面顯示一概念的能力。我們構建出一個概念證明原型機來展示高像素的多點對焦成果，同時也展示了對聯合焦點平面與彩色圖像分解的一個完整最優解決框架。通過將基於目標的焦散、視網膜掃描顯示器和其他相適應的HMDs 等概念的結合，我們希望該研究可以啟發研究者們利用新型展示技術解決 HMDs 中的視覺輻輳調節衝突問題。

當然，這項技術並不是解決視覺輻輳調節衝突問題的最佳方法，但是 Oculus 打算將這項技術作為目前 VR 展示技術和未來理想解決方案的一個折衷方法。

Oculus 在其官方博客中寫道：「儘管我們離最終產品的實現還有很長的一段路要走，但那時這項新技術為未來的研究打開了一個激動人心又富有價值的新方向。我們將會為整個 VR/AR 產業的利益，持續發表新的研究結果。「

論文中提到的所謂「變焦距」展示是目前一個熱門研究主題。因為該技術旨在讓 VR 頭盔展示器中的光線變得更貼近我們現實生活中看到的樣子，使得我們的雙眼在虛擬場景中聚焦更加自然和舒適。這項技術也可以讓近視人群在使用 VR 頭盔時摘掉眼鏡。

焦點平面顯示技術仍然需要人眼追蹤，所以這還不是一個十分完善的解決方案。研究者也承認，該技術在廣角情況下不易實現，下圖展示了研究者們對實現「變焦距」的不同技術方式的特點評估。

問題背景：視覺輻輳調節衝突問題（Vergence-Accommodation Conflict）

在聚焦不同距離的物體時，眼晶體會自行調整曲度，圖片來源：courtesy Pearson Scott Foresman

在現實世界里，如果想要聚焦在近物上，眼睛晶狀體就會自動彎曲，將物體的光準確地反射在視網膜上，使你清晰地看到該物體。而對於遠距離物體，光線則從不同於近物的角度進入眼睛，此時晶狀體必須再次調整，保證光線還能正好聚焦在視網膜上。這也就是為什麼當你注視眼前的手指時，後面的景象會變得模糊；相反地，如果你聚焦與手指後面的景象，你的手指將變得模糊不清。這就叫做屈光調節（Accommodation）。

視覺輻輳是指單眼將單個視角重疊整合為3D圖像的眼軸旋轉。圖片來源：courtesy Fred Hsu

視覺輻輳（Vergence）是指雙眼眼軸通過一定的旋轉將左右單個視角整合為一個立體圖像的過程。在觀察遠距離物體時，雙眼幾乎是平行的，因為雙眼距離與物體的距離相比已經微不足道了（這相當於兩個眼睛觀察到的物體角度幾乎相同）。但是在觀察近距離物體時，你的雙眼必須有一定角度的向內旋轉，以保證圖像的立體效果。你可以通過觀察面前手指來感受這一過程。當你聚焦在近處的手指時，會看到手指後方的景象有兩個成像，而當你聚焦在遠處時，會出現兩根手指。

通過眼睛的精密調整，你的大腦可以利用屈光調節或視覺輻輳來判斷聚焦物體的遠近距離。問題在於，屈光調節和視覺輻輳實際上並不是自動地同時發生的，他們之間有一個直接的相關關係，給定任意的屈光調節度，就會對應一個視覺輻輳度；相同地，給定一個視覺輻輳度，就有一個相應的屈光調節度。在人類的嬰兒時期，大腦和眼的配合就已經形成了正確的肌肉記憶，使得二者總能在無需思考下同時發生。

但是，在現今的AR/VR頭戴展示器上，受限於光學設計，屈光調節和視覺輻輳不會像人眼一樣同時調整。在AR/VR 的頭盔中，在距雙眼3英寸的地方有一個播放虛擬圖像的顯示器，和一個將光線聚焦在眼睛上的透鏡（就像人眼中將外界光線聚焦在視網膜上的晶狀體一樣）。但是因為顯示器和眼睛的距離是固定不變的，所以圖像中所有物體的光線也是從相同距離出發。因此即使在虛擬場景里有一個五公里遠的山和一個五英寸近的咖啡杯，他們進入你眼中光線的角度都是一樣的（這就意味著你眼睛的屈光調節度不會改變）。

因此，不變的屈光調節和頭盔中變化的雙眼視覺輻輳產生了一個衝突。所以調整VR顯示中左右眼不同的圖像，使得雙眼可以在不同距離物體之間調整聚焦點，是VR/AR 顯示立體光學的關鍵所在。

當然，雷鋒網覺得未來我們的確可以研發出的最貼近現實也是最舒適的VR/AR展示技術，消除視覺輻輳調節衝突問題，讓二者同步進行，正如我們在真實世界里看到的一樣。

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