Oculus Rift头戴显示器
本文由 RoboPeak 团队陈士凯完成,RoboPeak 是由一群工程师和新媒体艺术家组成的硬件创客团队,致力于将机器人技术融入生活当中。本文是陈士凯对 Oculus Rift 虚拟现实眼镜的详细使用体验与产品畅想。 Ay6rUN1ef PWD]qtr
[attachment=54196] RkV3_c 1. 简介 R]sjG< 6)<o O( 去年 8 月的时候,我经好友介绍,了解到了当时正在 Kickstarter网站上募资的 Oculus Rift 虚拟现实眼镜项目 (后文简称 Rift)。虽然那个时候 Kickstarter 上的项目页面中并没看到 Oculus Rift 眼镜的实物,不过看过五分钟不到的演示视频的后,我便迫不及待的想预定一台了。 dZYJ(7% vHe.+XY
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图: Oculus Rift 在 Kickstarter 上的募资页面 qq%_ksQ 与目前同样被广泛关注的 Google Glass 不同,Rift 是一款虚拟现实 (VR) 的头戴式显示器。在带上它之后,使用者将看到的是另一个虚拟的世界,并且通过双眼视差,使用者会有很强的立体感。此外,由于 Rift 眼镜当中配有陀螺仪、加速计等惯性传感器,可以实时的感知使用者头部的位置,并对应调整显示画面的视角。这样一来用户就仿佛完全融入在到了这个虚拟世界当中。 xs`gN <gzMDX[^M
[attachment=54198] CKt~#$ I% 图:Rift 将电脑中的虚拟场景展现给用户 R#bV/7Ol
[attachment=54199] $`{q = 图:Rift 配备的惯性传感器感知用户头部的姿态信息,来源:Oculus Rift SDK 文档插图 ]Oh>ECA|D 自然不难想象,Rift 的最佳应用之一就是电子游戏。虽然目前各类游戏已经可以渲染出以假乱真的 3D 场景,但是由于玩家仍旧是盯着一个有限大小的显示器看。相比如果使用这类虚拟现实眼镜,相信可以极大增强玩家的现场感,多少可以体验到像电影 Matrix 中那样后脑插上电缆,就可以进入另一个世界的感觉吧! (qONeLf% 从技术上来说,虚拟现实眼镜并不是什么新鲜玩意。相关的研究领域十几年前就开始使用这类设备开展研究了。不过在 Rift 问世之前,这类设备往往不是售价昂贵就是性能不足,难以带来逼真的虚拟现实。 (y4Eq*n%! 4i&!V9@:
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图: 美国军方使用虚拟现实眼镜对士兵进行训练。(来源: Wikipedia) P3FpU<OBwp 而 Rift 相比他们来说显得非常“亲民”。当时在 Kickstarter 上赞助一套完整的 Rift 眼镜开发者套件是 $300,而对于身在中国的我,需要额外 Pledge $30 作为快递费用。因此当时“订购”一台 Rift 眼镜的价格就是 $330,约合¥2032。 "MP{z~Mmj 这个价格相比其他动辄上万的专业级别 VR 眼镜来说便宜了不少。但如果单从价格本身来看,可能还是会觉得这个定价偏贵,更何况 Kickstarter 项目并非是购物的过程。赞助者需要承担项目今后夭折而颗粒无收的风险。 )4~XZt1r 不过在我比较了目前市面 SONY 的另一款相似的 3D 头戴式显示器后,觉得这个价格还是很合算的。虽然 Rift 的显示分辨率比 SONY 的产品略低,但是 Oculus 官方宣称他具有 110 度的视角,并且带有头部姿态传感器。而 SONY 的眼镜则只有 45 度的视角,并没有姿态传感器来实现虚拟现实的应用,但价格却在¥5000 以上。 c+XR }4`YdN
[attachment=54201] / ^M3-5@Q 图:Oculus Rift 宣传视频中宣称的 110 度视角 Ec/+ 9H6g 经过了半年多的等待,Oculus 团队不负众望陆续将 Rift 开发套件送到了全球各地的赞助者手上。我也在今年 4 月底收到了等候多时的 Rift。 U]&%EqLS 那么 Rift 到底用起来感觉如何?接下来我将向大家分享我的使用体验。并且由于我本身对电子制作和机器人有浓厚兴趣,因此本文也将花一定篇幅探讨 Rift 背后的技术实现以及针对他进行扩展应用。 +mPB?5 <sG> [\i 2. 开箱照 Z{)|w= |8+rUFkU8 我的 Rift 是从香港寄来的,快递使用的是 EMS。打开纸箱后就会看到 Rift 定制的黑色箱子,感觉很专业: a'fb0fz [attachment=54202] 52Ffle8 打开箱子后就可以看到 Rift 整机、说明书、连接线和其他配件: ~2;y4%K NPq2C8:
[attachment=54203] uV\#J{'* 在说明书中列出了套件中的所有物品清单,可以看出 Oculus 很用心,还准备了两种不同长度的 HDMI 连接线。另外箱子中也包含了不同国家的电源插头转接头,同时还有为不同裸眼视力人群准备的可拆换镜片(后文将具体介绍)。 2uB26SEIl *Y>'v%
[attachment=54204] KiHAm|, 一套完整可以工作的 Rift 套件包含如下的部分:Rift 眼镜(显示器),眼镜驱动器盒子、电源适配器、连接电脑用的 HDMI 和 USB 线缆: Ase 1 R=0 [vJosbU;
[attachment=54205] .SFwjriZ Rift 真机相比之前宣传的概念图有所变化,外壳的圆角取消了,并且感觉体积略大。不过重量控制的比较好,戴在头上不会有明显的负重感。 7En~~J3 做工上我认为只能算中上水平,不过要知道对于一个之前没有涉足硬件制造的团队来说,半年内生产出上万的批量合格产品绝非易事。 JsdEA 在早先的 Oculus 进度通报邮件中提及,目前所有的开发者套件均由深圳的工厂负责代工。 [qo*,CRz z$,hdZ] 3. 使用过程和体验 Pl
,M>IQ xBd%e-r 连接与供电: )2\a5iH +o5rR|)M+ Rift 本质上说是一个接受 HDMI 和 DVI 输入的显示器,同时也是一个可以检测空间姿态信息的 USB 设备。所有与电脑连接的接口都设计在了 Rift 驱动器盒子上: HM
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[attachment=54206] t*$@QO 图:Rift 驱动器盒,与 Rift 眼镜采用固定的电缆连 v8=MO:>{R
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图:驱动盒的接口,依次为:HDMI、DVI、Mini USB 和 5V 直流电输入 EH%j$=@X 控制盒的另一侧是各类控制按钮,包含电源控制和对画面亮度、饱和度的调节。 RR9s%>^ [attachment=54208] {GY$J<5= 在使用时,用户必须将电脑的 HDMI 或者 DVI 之一的信号连接到 Rift,同时还需要连接 USB 线缆,以及一个用于供电的直流电适配器: )v.FAV: ^`9OA`2
[attachment=54209] #-8/|_* 图:Rift 需要 5V 1500mA Max 的额外供电 riQ?'!a7 从接口上来说还是比较繁琐的,这也限制了 Rift 使用的便携性。普通用户无法带着 Rift 在户外或者没有交流供电的环境下使用。之所以需要额外的直流电适配器,我认为是因为 Rift 自身功耗较大,无法直接通过 PC 的 USB 口获取足够的电流。在本文后续部分我将具体探讨这一话题,以及改造的可能。 ![Y$[l 将 HDMI 和 USB 线与电脑连接后,通过控制盒上的电源按钮可以开启眼镜: Yi,um-% Ds$;{wl#x
[attachment=54210] m{" zFD/ Oculus 巧妙地将蓝色的电源指示 LED 安排在了自身眼睛形状 Logo 的中间,再次体会到制作团队的用心。 r4'Pf|`u 7X"cu6%\
[attachment=54211] ^Y!`wp2vn 画面体验和原理简介 i;7jJ(#V _TiF}b!hi 在开启电源之后,即使没有打开 Rift 专用的程序,也可以看到 Rift 眼镜中已经有画面显示了。 dv:&N 'McVaPav
[attachment=54212] hy rJu{p 如果将 Rift 眼镜上的透镜拆掉,就可以看到藏在眼镜底部的 LCD 显示器。它只是简单的复制了电脑显示器的画面而已。 q2Dg~et *0tNun 5=3
[attachment=54213] v\Gu 另外也可以在电脑的设备列表中看到名为 Tracker DK 的 USB 设备,它是一个标准的 HID 输入设备(鼠标、键盘这类外设均为 HID 设备,即人机接口设备,他们拥有共同的通讯协议规范)。 uhLW/?q. :I8t}Wg
[attachment=54214] Sx7xb]3XI" 之所以要强调这两点的用意是为了说明 Rift 具有很好的兼容性。主流的系统不需要安装额外的驱动程序就可以使用。 #Ki@=* 这里先使用 Oculus 官方提供的一个实例程序来体验 Rift 的实际感受。不过最真实的感受还需要大家亲自体验,这里我尝试通过各种角度的描述,尽可能多的讲述我自己的感受。 (TsgVq]L W*#/@/5
[attachment=54215] rA7S1)Kq 上图为 Oculus 官方提供的演示程序的启动配置窗口。目前采用 Oculus SDK 开发的应用大多采用这个标准的配置界面。由于目前 Rift 眼镜采用 1280×800 的 LCD,因此在演示程序稍后就会将画面切换到该分辨率下。(经过我验证,Rift 可以接受 1080p 的画面输入,但是就和投影仪一样,在眼镜中显示的实际分辨率仍旧是 1280×800 的缩小后的画面) NjLd-v"2 启动后电脑显示器将出现下图那样的左右看似重复的画面,并且边缘还带有扭曲: G%{jU'2 [attachment=54216] g>{=R|uO5 很容易猜到这两幅画面其实分别对应了 Rift 中左右眼应该看到的部分。而之所以扭曲,这便是 Rift 能实现 110 度视角的奥秘所在:采用凸透镜将画面放大。 <7+.5iB3 o@-cT`HP
[attachment=54217] KA7nncg;, 图:利用凸透镜将原先长度为 x 的画面放大至 x’。来源:Oculus SDK 文档 w;O '6"
[attachment=54218] '>8N'* 图: Rift 在 LCD 屏幕前安装了凸透镜,用于扩大视角 mv_-|N~ 由于凸透镜在放大画面的同时会产生扭曲,因此就需要先将 PC 的原始输出画面做扭曲的处理,就可以抵消扩大视角范围造成的画面扭曲。 tVwN92*J 为了给大家直观的感受,这里将 Rift 左右眼位置的凸透镜拆除,可以看到背后的 LCD 显示的对应画面: S45jY=)z [attachment=54219] m;|I}{r 虽然这样远距离看上去画面很清晰,但是如果不安装凸透镜,直接将 rift 带上,双眼就会看到模糊一片的景象,并且也会感觉画面很小。 sTONkd 那么带上 Rift 看到的画面是怎样的呢?这里我将相机仿造人肉眼那样直接贴紧 Rift 拍摄,此时的画面就和亲身的体验很接近。不过亲身的体验是全三维的,很有现场感。这种感觉靠本文难以带给读者。 z'o+3zq^ [attachment=54220] 7UiU3SUcg 图:相机尚未完全紧贴 Rift 时的效果,此时基本可以看到画面 Wh7nli7f_ ]v@,>!Wn
[attachment=54221] >{[J+f{~|
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图:相机完全紧贴 Rift 拍摄的效果,此时的画面与亲身的体验很类似(立体效果无法展现) d p].FS nN:i{t4f 从实际体验来看,首先很明显的感受是融入感很强,感觉并不是盯着一个屏幕看,而是完全进入了这个场景。这也是 Oculus 之前宣称的。 #=2~MXa@z7 4-AmzU 但是不足的是画面的颗粒感很强。带上眼镜后,原本屏幕上显示的画面被放大到了全部视野,感觉有几米那么高,因此实际眼睛看到的效果和下图类似: yWy9IWI[" YZd4% zF
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图:与亲眼体验 Rift 感受类似的画面,颗粒感比较强 (plOV) 这算是目前开发机最大的不足。不过相比融入感带来的体验来说,这种颗粒感很快就会被忘却。总的来说感受就是:奇妙! 8w4.|h5FP 对于我这样的近视人群,使用 Rift 时无法佩戴眼镜,那么是否会看不清画面呢?这点 Rift 团队的确也想到了,为了照顾不同视力的人群,目前开发套件中包含了 3 种规格的凸透镜,规格分别叫做 A Cup, B Cup 和 C Cup。按照焦距分别对应于远视、正常视力和近视。 `Bx CTwc H'0S;A+Y6
[attachment=54223] . Hw^Nx 图:每种类型的凸透镜均有两片,可以左右眼位置安装不同规格的透镜。 e):
&pqA 此外,由于不同人视力差异,Rift 眼镜还带有焦距微调机构,可以分别调节左右眼的焦距: u<[Y6m
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图:Rift 两侧都带有可以微调凸透镜焦距的机构 L=>N#QR7 ( Qnn 视角切换体验 V*)gJg 6mZFsB 作为虚拟现实眼镜另一个很重要的指标就是在人扭头,视角切换时候,所看到画面随着切换的响应速度了。如果传感器或者软件处理的较慢,则会感受到所看到的画面有所滞后。从而产生不真实感,更是会令人晕眩。 y}8j_r 对此 Oculus Rift 在宣传中申明采用了 1000hz 刷新率的惯性导航定位算法,可以实现很低的滞后率。 mOBS[M5* 从我的感受看,前文提到的官方演示程序的确表现很出色。读者不妨先看这段视频感受一下。 M~v{\!S < |