大家都了解VR是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，是利用計(jì)算機(jī)從而生成一種模擬環(huán)境，可以讓用戶沉浸到該環(huán)境中。下面這篇文章是筆者整理的關(guān)于VR的科普內(nèi)容，想要了解的同學(xué)可以進(jìn)來(lái)看一看。

一、上帝的畫筆

你有沒(méi)有想過(guò)創(chuàng)造一個(gè)世界？

或者，如果讓你當(dāng)創(chuàng)世神的話，你知道該怎么構(gòu)造這個(gè)世界嗎？

千百年來(lái)，人類一直試圖回答這個(gè)問(wèn)題：用語(yǔ)言、用圖像、用視頻?？墒沁€是不夠。我們從未能真正重現(xiàn)我們所感受的世界，只能憑借真實(shí)經(jīng)驗(yàn)的腦補(bǔ)，將它們當(dāng)做真的而已。

媒介限制了我們對(duì)世界的描摹。

有沒(méi)有一種方式，能夠讓我們真正地拿起上帝的畫筆？

有一群人，試圖用 VR 給出答案。

VR 的歷史可以追溯至 20 世紀(jì) 60 年代，Philco （現(xiàn)被飛利浦收購(gòu)）的兩位工程師 Charles Comeau 和 James Bryan 制造出了一款用于軍事目的頭戴式顯示器 HeadSight，該設(shè)備能夠顯示來(lái)自隔壁房間攝像頭的視頻畫面，攝像頭的位置可根據(jù)佩戴者的頭部移動(dòng)而移動(dòng)，從而塑造出一種臨場(chǎng)感。

圖一，圖片來(lái)自 THE VR SHOP

作為人類歷史上的第一款量產(chǎn)頭戴式顯示器，Philco Headsight 的視場(chǎng)角僅有 40°，刷新率也僅有 10 Hz，而重量則是…未知。

60 余年過(guò)去了，早 Philco Headsight 五年的達(dá)特茅斯會(huì)議，經(jīng)歷過(guò)潮起潮落，終于在上一年迎來(lái)了它們最重磅的主角：ChatGPT。

而頭戴式設(shè)備也并非吳下阿蒙，空間定位、眼動(dòng)追蹤、手勢(shì)識(shí)別、Micro LED、Pancake 光學(xué)模組，硬件、算法與工程學(xué)的結(jié)合，讓上帝的畫筆呼之欲出。

接下來(lái)，就讓我們進(jìn)一步走進(jìn) VR 的世界。

二、我們應(yīng)該如何呈現(xiàn)世界？

正如把大象塞進(jìn)冰箱需要三步，制造一臺(tái) VR 設(shè)備也是如此：

1. 讓世界在我們的眼前呈現(xiàn)。
2. 讓世界與我們進(jìn)行實(shí)時(shí)地交互。
3. 把一切都塞到一臺(tái)頭戴式設(shè)備上，讓其獨(dú)立運(yùn)行。

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我們先來(lái)談第一步。

讓世界在我們的眼前呈現(xiàn)，這件事我們并不陌生，已然創(chuàng)造了一個(gè)賽博世界的我們，透過(guò)手機(jī)的屏幕，另一個(gè)世界的光映入眼中。把手機(jī)換成 VR 設(shè)備，道理也是一樣的：我們需要一塊屏幕，然后我們把屏幕的光映入眼中。

1. 一塊屏幕

我們需要一塊屏幕，以顯示另一個(gè)世界的豐富。古早的時(shí)候，因?yàn)榭粗?AMOLED 的色彩飽和度，VR 顯示屏用的都是 AMOLED，但 AMOLED 的像素密度低且難以提升，并且存在紗窗效應(yīng)（像素低導(dǎo)致的，人眼可以看到像素點(diǎn)），所以便更換成了 LCD 。

LCD 是液晶顯示屏，對(duì)比度、色域、亮度都不夠，同時(shí)刷新率低。為了改善 LCD，F(xiàn)ast-LCD 又被引入，顧名思義，F(xiàn)ast-LCD 采用了超速驅(qū)動(dòng)技術(shù)，刷新率可以提升到 75-90 Hz，同時(shí)用了新的液晶材料，呈像效果上也有所改善。

但 Fast-LCD 仍然存在問(wèn)題，由于是背光技術(shù)，不能自發(fā)光，需要有背光光源，所以面板上容易出現(xiàn)漏光現(xiàn)象。為了解決這個(gè)問(wèn)題，業(yè)內(nèi)通常采用 Fast-LCD + Mini LED 背光光源的方案，將 Mini LED 作為 Fast-LCD 的背光光源。Mini LED 實(shí)際上就是在背板上集成了尺寸更小的 LED 燈珠，所以亮度、對(duì)比度都會(huì)有所增強(qiáng)。

目前，F(xiàn)ast-LCD + Mini LED 背光光源已成為 XR 設(shè)備的主流方案， 但 Micro OLED 和 Micro LED 將是未來(lái)的探索方向。兩者都是自發(fā)光技術(shù)，無(wú)需背光，無(wú)論從色域、亮度、對(duì)比度，還是功耗、分辨率等方面都領(lǐng)先其他方案。隨著Apple vision pro 采用 Micro OLED，Micro OLED 的發(fā)展將進(jìn)一步加速。

圖二，表格由 MicroDisplay 整理

2. 把光映入眼中

如果說(shuō)把手機(jī)的光映入眼簾，是一件再自然不過(guò)的事。VR 設(shè)備的光就有所講究了，從業(yè)者至少需要解決三個(gè)問(wèn)題：

1. 近眼成像：視力正常者的最小物距（物體距離眼睛的距離）是 14 cm，而 VR 設(shè)備的屏幕物距僅 3-4 cm。
2. 深度感知：VR 設(shè)備的屏幕呈現(xiàn)的是 2D 畫面，而沉浸式體驗(yàn)需要 3D 呈現(xiàn)。
3. 視覺(jué)放大：VR 設(shè)備的屏幕僅為普通眼鏡大小，而 VR 畫面渲染需要與現(xiàn)實(shí)世界同等尺寸乃至更大。

乍聽起來(lái)，三個(gè)問(wèn)題都如天方夜譚。然而受惠于神經(jīng)科學(xué)和認(rèn)知科學(xué)的發(fā)展，也得益于自托勒密時(shí)便興起的視錯(cuò)覺(jué)研究，看似無(wú)能為力的問(wèn)題亦都有了解法。

這都要從人的視覺(jué)機(jī)制說(shuō)起。

1）人眼的視覺(jué)機(jī)制

人眼是如何看到事物的？不妨以照相機(jī)作喻：人眼是凸透鏡成像，晶狀體是照相機(jī)鏡頭，視網(wǎng)膜是照相機(jī)膠片。

圖三，圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)

物體光線從瞳孔進(jìn)入眼睛，經(jīng)由晶狀體（凸透鏡）折射，最終形成在視網(wǎng)膜上的倒立實(shí)像，經(jīng)由人腦的算法自行復(fù)為正位。

凸透鏡的成像原理，初中時(shí)都學(xué)過(guò)，透鏡把平行光線匯聚于一點(diǎn)，形成實(shí)像/虛像。近大遠(yuǎn)小實(shí)際上也是因?yàn)橥雇哥R的作用（經(jīng)過(guò)軸心的光線入射角減小，所以高度增加）。

圖四，表格來(lái)自均一教育

如圖所示，焦距固定，物距不同時(shí)，成像的距離也有所不同。當(dāng)物距小于焦距時(shí)，物體成虛像，也就是放大鏡的功效。

圖五，圖像來(lái)自百度百科

2）凸透鏡的作用

運(yùn)用凸透鏡成像的規(guī)律，把光映入眼中的其中兩個(gè)難題就可以解了。根據(jù)上圖可得，當(dāng)物體放置到透鏡的一倍焦距內(nèi)，便會(huì)在一倍焦距到二倍焦距之間形成一道正立放大的虛像。

什么是虛像呢？即物體的光經(jīng)過(guò)反射而映入眼中的，光與光之間不能形成交匯，但人眼下意識(shí)覺(jué)得光是直線傳播的，所以會(huì)自動(dòng)反向延長(zhǎng)光線，使其交匯于一點(diǎn)，從而形成虛像。

圖六，圖片來(lái)自光學(xué)影像與鏡頭

VR 的原理和人眼一樣，利用了凸透鏡的作用。通過(guò)在人眼和屏幕間放置一塊凸透鏡，屏幕放置于透鏡的一倍焦距內(nèi)，使其在 2 倍焦距出形成了屏幕內(nèi)容的虛像，根據(jù) B 站 Up 主消失的模因推算，大概是 280 英寸的巨幕大屏。

圖七，圖片來(lái)自 Up 主消失的模因視頻截圖

由于凸透鏡的作用，屏幕的成像距離也被調(diào)整，如 Quest 2 的像距在 1.3 m，已經(jīng)能夠滿足人眼的觀看范圍了。

不過(guò)，由圖六可知，人眼與透鏡、透鏡與屏幕間，都需要保持合適的距離。如果透鏡離人眼過(guò)近，像距也會(huì)被拉近，從而不能滿足人眼的觀看范圍。如果透鏡過(guò)遠(yuǎn)（仍要小于焦點(diǎn)），那整個(gè)設(shè)備的體積又會(huì)增大。

透鏡的距離也影響著 FOV 的大小。這里要再稍微解釋下 FOV 的概念，一般我們所談?wù)摰亩际撬?FOV（field of view），是指屏幕被透鏡折射，最頂部和最底部的兩道光線射入人眼所形成的夾角。

FOV 越大，人在屏幕中所看到的虛擬視野就越大。但問(wèn)題在于，想要增加 FOV，要么把透鏡后移，讓其更靠近人眼，或者增加鏡片的厚度。透鏡后移，會(huì)導(dǎo)致像距被拉近，不能滿足人眼的觀看需求；增加鏡片厚度，又會(huì)導(dǎo)致設(shè)備整體過(guò)重，并且同樣的，像距依然會(huì)有問(wèn)題。

實(shí)際上，F(xiàn)OV 并不是越大越好?，F(xiàn)實(shí)世界中，人正常聚焦的視野范圍一般在 110°，如果物體出現(xiàn)在 110° 外，人一般要轉(zhuǎn)頭去看，增加疲勞度。所以，只要保證 FOV 在 110° 左右，其實(shí)也就夠了。

另一方面，透鏡所呈現(xiàn)的放大版屏幕，實(shí)際上是原來(lái)屏幕的投射，屏幕分辨率是沒(méi)有變的，F(xiàn)OV 越大，對(duì)屏幕分辨率要求就越高，差的屏幕甚至能看到像素點(diǎn)。從工程學(xué)而言，找到 FOV 同屏幕、透鏡厚度、設(shè)備整體尺寸的平衡關(guān)系，才是實(shí)際的難點(diǎn)。

3）透鏡的演變

在實(shí)際工程中，透鏡的演變，或者說(shuō) VR 中光學(xué)方案的演變，大體可以從非球面鏡片到菲涅爾鏡片，再到 pancake 折疊光路。

圖八，圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)

一般的球面鏡片，鏡面各處曲率相同，所以光從鏡片折射出來(lái)，會(huì)聚焦在不同的位置，也因此導(dǎo)致模糊和外圍失真的情況，這種現(xiàn)象被稱為球面像差；非球面鏡片就是在球面鏡片的基礎(chǔ)上，改變表面的曲率，使得折射出來(lái)的光能夠匯聚在一點(diǎn)上。這樣，球面像差的問(wèn)題就能得到緩解或消除；但非球面鏡片有個(gè)問(wèn)題，它太重了。

于是菲涅爾鏡片被搬到了 VR 中，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，透鏡的主要作用是為了折射光線，而透鏡中存在一部分區(qū)域不折射光線，既然如此，直接把這部分拿掉，也完全不影響透鏡的功能。菲涅爾憑著這樣的方式，減了一波重量。

但菲涅爾鏡頭各處曲率不變，焦距無(wú)法進(jìn)一步被壓縮，整體仍然較重，VR 眼睛也無(wú)法做得輕??；同時(shí)由于曲面不連續(xù)，成像精度受限。非球面和菲涅爾鏡頭，都是采用平行光路的方案（光從透鏡中透出，進(jìn)入人眼）。想要再輕薄，目前最佳的實(shí)踐是采用折疊光路（拉近焦距，通過(guò)多重反射進(jìn)入人眼，既縮小焦距又保證成像）。

pancake 的名字也反映出了它的結(jié)構(gòu)，就是像餅干一樣的四層鏡片（各家有不同，如果用 micro led 會(huì)有五層），它的光學(xué)原理不必深究（反正也搞不懂），只需記住它的解決方案是通過(guò)折疊光路使得焦距近一步被壓縮。

焦距被壓縮，其實(shí)不單改變厚度，也改變了視場(chǎng)角，近大遠(yuǎn)小，焦距變短，那視場(chǎng)角就會(huì)變大。當(dāng)然這只是理論上的（理論上限 pancake 可達(dá) 200°），現(xiàn)實(shí)中由于工藝的問(wèn)題，pancake 方案的視場(chǎng)角還沒(méi)有菲涅爾廣，在 60 – 90° 之間，而菲涅爾可以達(dá)到 100° 左右，當(dāng)然，離人眼的 120° 還有一段距離。

當(dāng)然，pancake 也有自己的問(wèn)題，因?yàn)橛袃纱畏瓷涞脑颍碚撋?pancake 的入射光線亮度只有一開始的 25%，這就要求光源本身得很亮。

同時(shí)由于多路反射，容易出現(xiàn)鬼影的情況，對(duì)工藝要求很高。但這些都是可解決的問(wèn)題，平行光路有它的上限，如果要塑造沉浸感 + 便攜的設(shè)備，折疊光路還是更好的方案。

由于 pancake 「損光」的特性，屏幕亮度就顯得尤為重要，目前主流的搭配仍然是 Fast LCD + Mini LED 背光+ Pancake，但更理想的方式是 Micro OLED + Pancake，相比于傳統(tǒng) LCD 的 500 尼特亮度，Micro OLED 的亮度可達(dá) 1000-6000 尼特。

另外值得一提的是，既然是折射，畫面一定會(huì)失真?，F(xiàn)行的光學(xué)方案都是先讓屏幕中顯示的畫面先失真（桶形畸變），再通過(guò)透鏡折射恢復(fù)正常（透鏡會(huì)通過(guò)枕形畸變將桶形畸變的圖像恢復(fù)正常）。

圖九，圖片來(lái)自 POMEAS

4）沉浸感的實(shí)現(xiàn)

如果說(shuō)凸透鏡解決了近眼成像和視覺(jué)放大的問(wèn)題，那么還留存著一個(gè)尚待解決的問(wèn)題：深度感知。這也是實(shí)現(xiàn) VR 沉浸感的關(guān)鍵。

解決方案其實(shí)再簡(jiǎn)單不過(guò)，只需在透鏡前放置兩塊屏幕（或一塊屏幕隔成兩塊），分別呈現(xiàn)同一圖像的不同成像角度即可。

圖十，圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)

人眼是個(gè)非常神奇的存在，本質(zhì)上當(dāng)我們看向三維物體時(shí)，左右眼看到的其實(shí)是同一物體的不同角度的平面成像圖像。當(dāng)兩種不同角度的圖片到達(dá)人腦后，人腦內(nèi)置的視覺(jué)算法可以自動(dòng)將兩張平面圖片合成一張立體圖片。

VR 成像，由于所有的內(nèi)容都只呈現(xiàn)在屏幕上，而屏幕是平面的，所以無(wú)法像真實(shí)的三維物體一樣，由于視差（兩眼看到的角度差異）的存在而感受到立體感。所以，一不做二不休，干脆在兩塊屏幕上呈現(xiàn)同一物體的不同成像畫面，利用大腦的自動(dòng)合成功能，模擬立體感知。

雖然，雙目視差的機(jī)制讓 VR 眼鏡能夠模擬三維影像的立體感。但沉浸感除了立體，還有對(duì)于深度信息的感知。簡(jiǎn)言之，怎么區(qū)分物體離我們的距離。

5）遠(yuǎn)近感知

人眼感知世界的方式，主要依靠四種機(jī)制：

1. 雙目匯聚（vergence）
2. 雙目視差
3. 單眼調(diào)節(jié)（Accommodation）
4. 大腦補(bǔ)充

其中，雙目匯聚、單眼匯聚和大腦補(bǔ)充都能幫我們感知到世界的遠(yuǎn)近信息。在日常感知中，大腦補(bǔ)充其實(shí)是最為常見的體驗(yàn)，因?yàn)槲覀冊(cè)谟^看視頻時(shí)，視頻畫面本身是 2D 的，可我們卻能從中判斷出物體的遠(yuǎn)近，很重要的原因就是大腦補(bǔ)充。

大腦補(bǔ)充，簡(jiǎn)言之即人腦根據(jù)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，通過(guò)一些畫面線索進(jìn)行的距離判斷，比如近大遠(yuǎn)?。▽W(xué)名仿射）、遮擋關(guān)系（近處遮擋遠(yuǎn)處）、光照陰影、紋理差異、先驗(yàn)知識(shí)（比如飛機(jī)和風(fēng)箏同樣大，但飛機(jī)比風(fēng)箏遠(yuǎn)）。這些知識(shí)學(xué)過(guò)畫畫的同學(xué)不會(huì)陌生。

雙目匯聚（vergence），簡(jiǎn)單理解，是指兩只眼睛看向同一物體，這個(gè)過(guò)程需要轉(zhuǎn)動(dòng)眼球肌肉，使得雙眼聚焦同一物體。當(dāng)物體靠近或遠(yuǎn)離眼睛時(shí)，匯聚角（圖中所示的夾角）也會(huì)變大縮小，同時(shí)眼部肌肉會(huì)收縮或放松。也即，通過(guò)感知匯聚角的范圍和睫狀肌的緊張程度，人眼可以分辨物體的遠(yuǎn)近。

圖十一，圖片來(lái)自 Relative contributions to vergence eye movements of two binocular cues for motion-in-depth

單眼調(diào)節(jié)（Accommodation）：眼睛依靠睫狀肌進(jìn)行聚焦控制，越靠近人眼的物體，成像會(huì)越模糊，通過(guò)模糊程度判斷物體的遠(yuǎn)近。當(dāng)眼睛聚焦在近處物體時(shí)，遠(yuǎn)處物體會(huì)模糊；相反，當(dāng)聚焦在遠(yuǎn)處物體時(shí)，近處物體會(huì)模糊。

單眼匯聚只依靠單眼即可判斷，一個(gè)典型的實(shí)驗(yàn)是：閉上一只眼睛，左右手分別豎起一只手指，與眼睛呈一條直線。當(dāng)眼睛聚焦于近處手指時(shí)，遠(yuǎn)處手指模糊；反之亦然。本質(zhì)上，單眼匯聚和雙目匯聚是一體兩面的存在，前者告訴大腦物體離人眼的絕對(duì)距離，后者告訴大腦雙眼視線形成的絕對(duì)角度，兩者都是在物理上可測(cè)量的。

VR 中的遠(yuǎn)近信息傳遞，主要運(yùn)用了大腦補(bǔ)充，但因?yàn)槠聊坏木嚯x是固定的，透鏡的距離也是固定的（pancake 之前），所以雙目匯聚和單眼匯聚的信息是缺失的，而這也直接導(dǎo)致了所謂的 VAC 問(wèn)題。

在真實(shí)世界中，人眼的匯聚距離和調(diào)節(jié)距離應(yīng)該是一致的（觀看遠(yuǎn)處物體時(shí)，眼睛聚焦到遠(yuǎn)處；觀看近處物體時(shí)，眼睛聚焦到近處），反映在物理層面則是控制眼球轉(zhuǎn)動(dòng)的眼部肌肉和控制聚焦的睫狀肌同步運(yùn)動(dòng) 。但 VR 中，由于像距是固定的，因此無(wú)論觀看畫面中的遠(yuǎn)處或近處物體，眼睛都只能聚焦到屏幕上，這時(shí)，雙眼肌肉與睫狀肌便不再同步了。

圖十二，來(lái)自維基百科

一般而言，有兩種方式解決 VAC 問(wèn)題。一種是光場(chǎng)技術(shù)， VAC 的本質(zhì)是由于屏幕不含深度信息，而采用腦補(bǔ)的方式進(jìn)行模擬，從而導(dǎo)致了眼部肌肉與睫狀肌的不協(xié)調(diào)。

那如果讓屏幕發(fā)出的光，一開始就不相同（比如畫面中的遠(yuǎn)景發(fā) A 光，近景發(fā) B 光），人眼就可以獲得深度信息，問(wèn)題就得以解決了。另一種方式是通過(guò)可變焦距 + 眼動(dòng)追蹤解決（第三部分會(huì)詳述）。

眼動(dòng)追蹤確定用戶的注意焦點(diǎn)，通過(guò)可變焦距實(shí)時(shí)改變焦點(diǎn)處的焦距，進(jìn)而改變成像距離，使得會(huì)聚距離與調(diào)節(jié)距離保持一致。

目前光場(chǎng)技術(shù)還不成熟，而業(yè)內(nèi)已采用的 pancake 方案可以實(shí)現(xiàn)多重變焦，有望在第二種方案上實(shí)現(xiàn)突破。

三、世界應(yīng)該如何與我們交互？

以上我們所討論的僅僅是靜態(tài)的呈現(xiàn)，而真實(shí)世界是動(dòng)態(tài)的，我們每時(shí)每刻都在與世界本身交互。因此，盡管靜態(tài)的 VR 世界已經(jīng)如此龐大，我們?nèi)匀徊荒芡Ｏ聛?lái)，駐足欣賞此刻的成果，更艱難的事情在于從照片到影像的躍升。請(qǐng)繼續(xù)保持耐心。

1. 空間定位

試想，當(dāng)我們觀察現(xiàn)實(shí)世界上，我們會(huì)移動(dòng)，轉(zhuǎn)頭，于是我們看到事物的不同角度和大小。當(dāng)我們靠近，聲音變強(qiáng)，畫面變大；當(dāng)我們遠(yuǎn)離，聲音減弱，畫面變?。划?dāng)我們圍繞物體，則看到它的側(cè)面。正是詩(shī)中所言：橫看成嶺側(cè)成峰，遠(yuǎn)近高低各不同。

有一個(gè)專業(yè)術(shù)語(yǔ)，DOF（degrees of freedom），用于衡量人活動(dòng)的尺度。如果把空間分為 X，Y，Z 軸，則一共可以包括六種移動(dòng)方式：沿 X、Y、Z 平移；沿 X、Y、Z 旋轉(zhuǎn)。

所謂的 6DOF，其實(shí)便是指包含這六種情況的活動(dòng)類型。

圖十三，圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)

VR 空間中，本質(zhì)上所有的信息都只是投射在眼前兩塊屏幕上的平面信息，遠(yuǎn)近、側(cè)面并不存在。所以它其實(shí)是模擬用戶發(fā)生相應(yīng)活動(dòng)后的視覺(jué)呈現(xiàn)效果，直接投射如人眼。

比如當(dāng)人靠近某個(gè)物體，屏幕畫面會(huì)放大；轉(zhuǎn)頭就能觀察整個(gè)空間的全景，不是用戶真的來(lái)到另一片空間，而是算法根據(jù)用戶的當(dāng)前活動(dòng)判斷，并進(jìn)行實(shí)時(shí)渲染。

目前的算法，主要是以頭盔的活動(dòng)情況為標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò) IMU 和追蹤攝像頭進(jìn)行空間定位?？臻g定位是 VR 的核心之一，因此有必要具體闡述。

1）IMU

IMU，全稱為 Inertial Measurement Unit，翻譯為慣性測(cè)量單元，一般指測(cè)量物體角速率和加速度的裝置。我們經(jīng)?？吹?，一個(gè)名詞 MEMS 與 IMU 伴隨出現(xiàn)。

MEMS 全稱 Microelectromechanical Systems，翻譯為微機(jī)電系統(tǒng)傳感器，指內(nèi)部結(jié)構(gòu)在微米級(jí)別的傳感器。

MEMS 有很多種，比如 MEMS 加速度計(jì)、MEMS 陀螺儀。

MEMS 和 IMU 是兩個(gè)獨(dú)立的概念，并不存在包含關(guān)系，不過(guò)兩者存在交集。比如上面提到的 MEMS 加速度計(jì) 和 MEMS 陀螺儀，既屬于 MEMS ，也屬于 IMU。

一般而言，IMU 又包含三種傳感器：加速度計(jì)、陀螺儀和磁力計(jì)。

1. 加速度計(jì): 一般為三軸加速度計(jì)，檢測(cè)物體在 X、Y、Z 三軸上的加速度，經(jīng)過(guò)積分換算，從而確定位移距離（實(shí)際上這樣確定位移不太準(zhǔn)，加速度計(jì)算位移是靠積分換算，本身就有誤差，多次積分會(huì)導(dǎo)致誤差累計(jì)，最終的位移距離會(huì)出現(xiàn)漂移）。
2. 陀螺儀: 一般為三軸陀螺儀，檢測(cè)物體在 X、Y、Z 三軸上的角速度，根據(jù)角速度推算物體當(dāng)前的角度。
3. 磁力計(jì):? 又稱電子羅盤，一般為三軸磁力計(jì)，檢測(cè)物體在 X、Y、Z 上的磁分量，計(jì)算得到最終的磁向量，經(jīng)過(guò)算法糾偏，最終得到地磁北的方向，從而確定物體的所在方向。

市面上的一些叫法，如六軸陀螺儀，其實(shí)是三軸加速度計(jì)+三軸陀螺儀；九軸陀螺儀，則是三軸加速度+三軸陀螺儀+三軸磁力計(jì)；十軸陀螺儀，是在九軸陀螺儀的基礎(chǔ)上再加一個(gè)氣壓傳感器，獲得海拔高度，從而獲得物體的高度。

在 VR 的應(yīng)用場(chǎng)景中，一般采用九軸陀螺儀，實(shí)現(xiàn) 3DOF 的檢測(cè)（Roll 、Picth、Yaw 三種動(dòng)作，見圖十二）。

但光靠 IMU 無(wú)法檢測(cè)到平移的動(dòng)作（沿三軸平移），一般還需要輔助攝像頭等其他設(shè)備。

2）追蹤攝像頭

這里要談到技術(shù)路徑的演變，最早的平移定位，采用的是外部定位方式，直到一體機(jī)的風(fēng)潮愈烈和 SLAM（空間定位算法）的發(fā)展，才漸漸轉(zhuǎn)為內(nèi)部定位。不過(guò)在一些要求超高精度的環(huán)境下（比如虛擬場(chǎng)館或動(dòng)捕），都還是采用外部定位的方法。

技術(shù)路徑的演變，從 Outside-in 到 Inside-out。

本質(zhì)的區(qū)別，Outside-in 是在外界空間中有一套錨定的裝置，構(gòu)建一個(gè)相對(duì)坐標(biāo)系。通過(guò)裝置與 VR 設(shè)備的互動(dòng)，檢測(cè)頭盔和手柄的當(dāng)前位置。在由外而內(nèi)的系統(tǒng)中，多個(gè)固定的外部攝像頭用于跟蹤頭戴顯示設(shè)備的姿勢(shì)（3D位置和3D方向）。外部攝像頭跟蹤位于頭戴顯示設(shè)備和控制器（如果有）上的一組參考點(diǎn)。

Inside-out，是依靠光學(xué)追蹤，在 VR 頭盔上安置攝像頭，讓設(shè)備自己檢測(cè)當(dāng)前外部環(huán)境的變化，再經(jīng)過(guò) SLAM 算法（Simultaneous localization and mapping）計(jì)算出當(dāng)前的空間位置。

Outside-in

Outside-in 路徑中，最有名的有兩種技術(shù)方向：- Cculus 的 Constellation 紅外攝像頭定位系統(tǒng)；- HTC 的 Lighthouse 定位；先說(shuō) Constellation，Oculus 的頭盔和手柄上都布滿了紅外傳感，以固定模式閃爍。

房間中布置了紅外攝像機(jī)，攝像機(jī)以特定頻率拍攝頭盔和手柄，由此得到一組圖片，并得到這些紅外的點(diǎn)的特定坐標(biāo)，由于頭盔和手柄的三維模型是已知的，通過(guò) Pnp 求解（可以理解為一種復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算）能夠得到點(diǎn)的 6 DoF（加上 IMU 后）。

圖十四，圖片來(lái)自 GamesBeat

至于用紅外，則因紅外波可以規(guī)避大部分顏色的影響，不會(huì)出現(xiàn)誤判。但紅外容易被遮擋，所以在空間中要布置多臺(tái)紅外攝像機(jī)，才能準(zhǔn)確判斷三維信息。實(shí)際上，Optitrack 和 Zero Latency 用的都是同樣的方案，只不過(guò) Zero Latency 用的是可見光，更容易受到顏色等噪聲干擾。

主動(dòng)式紅外光（ Constellation）主要受到攝像頭精度（因?yàn)楦鶕?jù)圖像判斷）和光學(xué)算法的影響，同時(shí)價(jià)格昂貴，布置也比較麻煩，在移動(dòng)浪潮下不太適用了。

另一種則是 Lighthouse 定位，室內(nèi)安置了兩臺(tái)激光發(fā)射器，安放在房間對(duì)角，而在頭顯和手柄上有 70 多個(gè)光敏傳感器。激光發(fā)射器從水平和垂直方向掃射空間，發(fā)射器為 0 度時(shí)，開始計(jì)時(shí)，激光到光敏傳感器時(shí)，光敏傳感器記錄到達(dá)時(shí)間。由于發(fā)射器的旋轉(zhuǎn)速度是已知的，所以根據(jù)時(shí)間和轉(zhuǎn)速能夠計(jì)算光敏傳感器相對(duì)發(fā)射器的角度，一次掃描完成后，就可以進(jìn)行空間定位。

圖十五，圖片來(lái)自 HTC VIVE LIGHTHOUSE CHAPERONE TRACKING SYSTEM EXPLAINED 視頻截圖

相比紅外，Lighthouse 的方法方便很多，沒(méi)有那么多光學(xué)計(jì)算，誤差和延時(shí)都有所保證，可以達(dá)到 20ms 以內(nèi)。但激光掃描區(qū)域一般在 5 * 5 * 2 m 范圍內(nèi)，如果要擴(kuò)大，需要多個(gè)燈塔，這時(shí)候多空間的融合又會(huì)出現(xiàn)算法問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)定位，光敏傳感器需要區(qū)分不同來(lái)源的激光，而光塔過(guò)多也會(huì)相互干擾。

另外，Lighthouse 在安裝和成本上仍然要比 inside-out 高，但延時(shí)性低，精度高，在需要特別擬真的環(huán)境仍然需要這種技術(shù)。

Inside-out

Inside-out，主要通過(guò)攝像頭拍攝周圍的畫面，通過(guò)圖像識(shí)別判斷房間景物的一些特征點(diǎn)，通過(guò)與上一次拍攝時(shí)的特征點(diǎn)位置進(jìn)行對(duì)比，從而得到特征點(diǎn)的位移。與此同時(shí)借助 IMU 得到輔助數(shù)據(jù)，通過(guò)算法得到頭顯的位移情況。同樣，在手柄上存在一些小白點(diǎn)，攝像頭也通過(guò)捕捉小白點(diǎn)的位移判斷手柄的變化情況。

因?yàn)槭强梢姽庾R(shí)別，所以房間內(nèi)得保持一定的亮度，不能關(guān)燈。

此外，因?yàn)橐揽繑z像頭識(shí)別外部的標(biāo)記點(diǎn)，如果角度識(shí)別精讀差異 1 度，整個(gè)距離可能偏移幾厘米，Inside-out 對(duì)精度要求十分之高。又由于需要計(jì)算圖像顯示，所以它的延時(shí)沒(méi)有辦法像 Lighthouse 一樣低。

Inside-out 主要依靠 VGA 攝像頭和深度識(shí)別攝像頭進(jìn)行 3D 空間定位。VGA 攝像頭，配合深度識(shí)別攝像頭，主要用來(lái)做頭部空間定位和手勢(shì)識(shí)別。VGA 是指的 VGA 格式的分辨率，640X480 ，黑白。深度識(shí)別攝像頭，主要用來(lái)識(shí)別物體的距離（實(shí)際上也可以識(shí)別骨骼點(diǎn)，但不需要），主要有三種技術(shù)：

1. TOF：原理是傳感器發(fā)出經(jīng)調(diào)制的近紅外光，遇物體后反射，通過(guò)計(jì)算光線發(fā)射和反射時(shí)間差或相位差來(lái)?yè)Q算被拍攝物體的距離。
2. 單目結(jié)構(gòu)光：該技術(shù)將編碼的光柵或線光源等投射到被測(cè)物上，根據(jù)它們產(chǎn)生的畸變來(lái)解調(diào)出被測(cè)物的三維信息。
3. 雙目結(jié)構(gòu)光：和人眼一樣用兩個(gè)普通攝像頭以視差的方式來(lái)計(jì)算被測(cè)物距離。

2. 面部、眼動(dòng)和手勢(shì)追蹤

有了空間定位，VR 可以實(shí)時(shí)渲染出對(duì)應(yīng)的畫面結(jié)果。然而人不止和世界交互，也要和人交互。試想，如果我們想要在虛擬空間中同家人，親朋好友交流，那么我們勢(shì)必需要看到他們的神情，這其中最重要的便是面部表情和眼神。

圖十六，圖片來(lái)自 MARK ZUCKERBERG: FIRST INTERVIEW IN THE METAVERSE | LEX FRIDMAN PODCAST 視頻截圖，圖為 ZUCKERBERG 和 FRIDMAN 在 VR 世界中的面部重建

1）面部識(shí)別

面部識(shí)別主要靠攝像頭，放在頭顯內(nèi)部，追蹤如額頭、下巴、臉頰的變化情況，追蹤原理和空間定位差別不大。一般可以用在如下的場(chǎng)景下：

• 表情同步
• 面部重建
• 疲勞識(shí)別
• 情緒識(shí)別
• 用戶身份識(shí)別

面部識(shí)別存在的問(wèn)題是，當(dāng)戴上頭顯時(shí)，人臉 60% 的地方是被遮住的。Magic Leap 的想法是，雖然有的地方被遮住，但可以根據(jù)周圍未被遮住的肌肉變化來(lái)推測(cè)。當(dāng)然，越多的攝像頭還是更有助于捕捉真實(shí)表情。

Oculus 在訓(xùn)練面部識(shí)別時(shí)，用了 9 顆攝像頭，只是到了消費(fèi)級(jí)，才用 3 顆攝像頭并配合 9 顆攝像頭訓(xùn)練出來(lái)的算法進(jìn)行面部追蹤。

2）眼動(dòng)追蹤

眼部追蹤主要靠眼動(dòng)追蹤攝像頭。眼動(dòng)追蹤的原理是利用光攝入瞳孔反射到角膜的原理，測(cè)算角膜和瞳孔的距離來(lái)判斷眼動(dòng)的情況。VR 的眼部周圍有一圈紅外光 LED 燈，向眼睛發(fā)射紅外光，光從瞳孔反射到角膜上，攝像頭拍攝圖像，判斷瞳孔和角膜的位置，從而判斷眼動(dòng)的情況。

眼動(dòng)追蹤帶來(lái)的益處很多，除了眼神與渲染的人物同步，最熟知的是眼動(dòng)交互，和手勢(shì)交互一起可以帶來(lái)自然的交互體驗(yàn)。另一個(gè)重要的好處在于，人類的視力在整個(gè)視野中并不均勻。中央凹是視網(wǎng)膜的中心區(qū)域，視力最好。

在中央凹區(qū)域外，視力逐漸下降到視網(wǎng)膜邊緣。這樣，實(shí)際上畫面的渲染只需要關(guān)注到視線聚焦處，這樣可以降低計(jì)算渲染成本。此外，有了眼動(dòng)追蹤后，VR 的瞳距可以根據(jù)佩戴者的身份自動(dòng)調(diào)節(jié)；在運(yùn)營(yíng)層面，可以根據(jù)眼睛聚焦情況進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

還有一個(gè)隱藏的好處，主要是體驗(yàn)層面。VR 中的 3D 成像效果，是通過(guò)向每只眼睛顯示一個(gè)獨(dú)特的 2D 圖像來(lái)創(chuàng)造 3D 感覺(jué)，其中每個(gè)圖像的渲染略有不同，以產(chǎn)生雙眼視差，從而帶來(lái) 3D 效果。

但是，用戶眼睛和圖像之間的距離（也即顯示屏與人眼的距離）是固定的，所以實(shí)際上會(huì)導(dǎo)致眩暈問(wèn)題，也就是所謂的視覺(jué)匯聚調(diào)節(jié)沖突（VAC）。通過(guò)眼動(dòng)追蹤 + 變焦顯示器，VAC 可以得到緩解。

變焦顯示器使用眼動(dòng)追蹤來(lái)主動(dòng)跟蹤眼睛的會(huì)聚，并使用具有可變焦距的聚焦元件來(lái)匹配眼睛的會(huì)聚。至于變焦技術(shù)，主要是機(jī)械式變焦（電動(dòng)齒輪，改變鏡頭和物體、視線焦點(diǎn)的距離）。

3）手勢(shì)識(shí)別

有了面部表情和眼動(dòng)追蹤外，我們還需要手勢(shì)識(shí)別，以進(jìn)一步與虛擬世界交互，比如拾取、點(diǎn)擊，或只是簡(jiǎn)單的 say hello。手勢(shì)識(shí)別所用的攝像頭和空間定義一致，都是 VGA 攝像頭，識(shí)別原理類似。

手勢(shì)識(shí)別主要的難點(diǎn)在于：一般攝像頭的視場(chǎng)角都講究水平，垂直視場(chǎng)角的高度不夠，所以手跑到攝像頭的視線范圍之外就很難辦。而在人類大部分的自然任務(wù)中，手都是處于下視野的范圍，手勢(shì)追蹤的實(shí)際難度會(huì)很大。

另外，根據(jù)對(duì)照實(shí)驗(yàn)，采用手勢(shì)追蹤的任務(wù)效率，會(huì)低于直接用手部控制器的方式，一是因?yàn)檠訒r(shí)，二是因?yàn)榧兪謩?shì)交互缺乏觸覺(jué)提示和反饋，而人需要后兩者以定位操作對(duì)象。Apple vision Pro 通過(guò)手眼融合的方式，提供了一種視覺(jué)反饋，變相彌補(bǔ)了下純手勢(shì)交互的問(wèn)題。

此外，它還配了六顆攝像頭（一般是 4 顆），其中兩顆專門垂直向下以捕捉下視野的手。

4）全彩透視

如果說(shuō)空間定位和面部、眼動(dòng)追蹤是與虛擬世界交互。那么 VR 很快有了一個(gè)更大的野心：升級(jí)成 XR，捕捉現(xiàn)實(shí)世界的動(dòng)態(tài)。全彩透視，使用 VST RGB 攝像頭，用于捕捉帶著 VR 頭盔的用戶所看到的真實(shí)景象。VST 指 vedio see through，RGB 是圖片顏色格式。

VST 原先都是黑白的，用來(lái)看周圍空間，現(xiàn)在成了 MR 的入門券。無(wú)心插柳柳成蔭，原先是為了讓用戶能夠看到周圍的真實(shí)空間，以確定活動(dòng)范圍的透視，卻悄然一變，變成了與 AR 類似的功能。

不過(guò)囿于成本，VST 也沒(méi)有全部采用全彩。如 Quest pro 用 VST，兩顆黑白鏡頭建場(chǎng)景，一顆 RGB 攝像頭用來(lái)補(bǔ)色，不過(guò)現(xiàn)在也出現(xiàn)了雙目的 RGB，體驗(yàn)越來(lái)越好。

VST 要注意三點(diǎn)：

1. 清晰度：簡(jiǎn)言之就是看到的畫面要和現(xiàn)實(shí)中一模一樣。
2. 延時(shí)性：要低，不然畫面和動(dòng)作不一致，用戶會(huì)暈。
3. 視角偏差：攝像頭的位置和人眼的位置不一致，所以畫面容易產(chǎn)生視角偏差，長(zhǎng)時(shí)間使用可能出現(xiàn)視覺(jué)偽影，有點(diǎn)像水里折射的情況；所以要提前設(shè)置算法矯正。

其實(shí)，雖然 VR 推出了全彩透視的功能，但并不意味著 VST 一定要放在一體機(jī)上，那樣相比于 AR 并沒(méi)有太大的優(yōu)勢(shì)。如果拿 PC 和手機(jī)類比 VR 和 AR，VR 是 PC 的延伸，承載的是重活，而 AR 更擅長(zhǎng)可移動(dòng)的小場(chǎng)景。VR 在肉眼可見的未來(lái)，很難達(dá)到出街的可能，VST 的作用僅僅是家庭活動(dòng)，例如游戲、音樂(lè)、繪畫。

圖十七，Hauntify Mixed Reality 讓鬼出現(xiàn)在家中真實(shí)房間

VR 的 VST 中，真實(shí)世界的元素更多成為一種背景，增加活動(dòng)本身的樂(lè)趣，但卻不是主體。試想，如果 VST 和 VR 主機(jī)分離，VST 作為 VR 的配件，可以配置到工廠、醫(yī)院，通過(guò)無(wú)線傳輸實(shí)時(shí)渲染，那是否能夠真正實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生？而 VR 也將真正闖入工業(yè)級(jí)的應(yīng)用。

四、把大象塞進(jìn)冰箱的最后一步

旅程到這里，其實(shí)已經(jīng)結(jié)束了。VR 的核心就是光學(xué)方案和空間定位，以及基于此的渲染和定位算法。不過(guò)，為了方便讀者后續(xù)閱讀某些拆解報(bào)告時(shí)，對(duì)上述內(nèi)容外的一些概念不太了解，特在最后一章附上相關(guān)的名詞解釋。

1. 頭盔、手柄

• 接近傳感器: VR 頭盔的接近傳感器一般用紅外，由一個(gè)紅外發(fā)射管和一個(gè)紅外接收管組成。紅外發(fā)射管會(huì)發(fā)射一調(diào)制紅外光信號(hào)，該信號(hào)在遇到障礙物后被反射回來(lái)，接收管通過(guò)接收該反射信號(hào)并根據(jù)反射信號(hào)的強(qiáng)度來(lái)判斷障礙物的遠(yuǎn)近。
• 玻纖: 頭盔所用材料，耐熱、絕緣、超輕。
• 霍爾芯片: 霍爾IC是將霍爾元件與運(yùn)算放大器組為一體的產(chǎn)品?；魻栐话阌迷谑直?，用于檢測(cè)扳機(jī)、側(cè)鍵是否按下；霍爾元件從元件本身獲得的電壓非常小，因此一般情況下需要配置運(yùn)算放大器等的放大電路。
• 馬達(dá)驅(qū)動(dòng)芯片: 馬達(dá)即電機(jī)，控制馬達(dá)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、剎車等，用于控制震動(dòng)馬達(dá)。
• 線性馬達(dá): 通電的線圈在磁場(chǎng)中受到洛倫茲力作用，帶著動(dòng)子沿固定方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生振感，是一種能將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)機(jī)械能; 線性馬達(dá)的振動(dòng)頻率和波形均可編程，能根據(jù)使用場(chǎng)景，讓馬達(dá)做出不同方向、時(shí)間和強(qiáng)度的振動(dòng)反饋。
• X 軸線性馬達(dá): 動(dòng)子沿 X 軸方向移動(dòng)的馬達(dá)，可以帶來(lái)前、后、左、右四個(gè)方向的震動(dòng)感覺(jué)（X、Y 軸）。
• Z 軸線性馬達(dá): 動(dòng)子沿 Z 軸方向移動(dòng)（x，y，z 軸），帶來(lái)上、下的震感。

手機(jī)上一般配 X 軸，因?yàn)槭謾C(jī)薄，Z 軸行程短，效果不好；手柄上就不是了，雙關(guān)齊下；早期還有一種轉(zhuǎn)子馬達(dá)，利用電磁感應(yīng)，用電流導(dǎo)致的磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生振動(dòng)。這種方法的問(wèn)題是延時(shí)，缺乏方向性，震動(dòng)的手感不好。

2. 計(jì)算、通信、存儲(chǔ)

• IC: Integrated Circuit 集成電路芯片的簡(jiǎn)稱。集成電路芯片是一種電子元件，是將多個(gè)電子元件（如晶體管、電容、電阻等）集成在一起，通過(guò)半導(dǎo)體制造工藝制成的電路。集成電路芯片有很多類型，比如存儲(chǔ)器芯片、處理器芯片等。
• CPU: Central Processing Unit ，中央處理單元，主要用于計(jì)算機(jī)指令的邏輯計(jì)算和輸入、輸出控制。
• DRAM: Dynamic Random Access Memory，動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，RAM 的一種，用于數(shù)據(jù)的臨時(shí)存儲(chǔ)，主要用于存儲(chǔ)運(yùn)行中的程序和數(shù)據(jù)。
• LPDDR5: DRAM 的一種，全稱Low Power Double Data Rate SDRAM，其中 SDRAM 是 Synchronous Dynamic Random Access Memory 的縮寫，表示同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。LPDDR5 的讀取速度可以達(dá)到 6400MHz，表示內(nèi)存每秒鐘可以進(jìn)行6400萬(wàn)次數(shù)據(jù)讀寫。
• ROM: Read Only Memory，只讀存儲(chǔ)器，用于永久保存數(shù)據(jù)，也即我們一般意義上的內(nèi)存。
• 閃存 UFS 3.1: Universal Flash Storage, 讀寫速度可以達(dá)到幾百M(fèi)B/s或甚至上千MB/s，一般插 U 盤在電腦上，數(shù)據(jù)從 U 盤上的讀取、寫入就看閃存的能力。
• MCU: Microcontroller Unit, 微控制器單元，集成了處理器核心（CPU）、存儲(chǔ)器（RAM）和輸入/輸出接口等功能。
• SoC: System on Chip, 系統(tǒng)級(jí)芯片,將系統(tǒng)的大部分或全部組件集成在一塊芯片上，通常包括處理器、內(nèi)存、輸入/輸出接口、模擬電路、數(shù)字電路和其他外圍設(shè)備等。SoC 可以簡(jiǎn)單理解為 MCU + 特定功能的外設(shè)集成。
• FEM: Front-end Modules，前端模塊，主要用于射頻信號(hào)的發(fā)送放大、接收放大、濾波等，用在手柄、頭盔（2.4 G、5G 射頻）的通信。
• FPGA: Field Programmable Gate Array，可編程的集成電路，優(yōu)勢(shì)是高速、實(shí)時(shí)處理大量數(shù)據(jù)，用于對(duì)視覺(jué)畫面、傳感器數(shù)據(jù)等的并行處理。

3. 電源管理

• 鉭電容: 電容器，主要用來(lái)存儲(chǔ)電荷。
• 電壓電平芯片: 解決不同電壓電平之間兼容性問(wèn)題的集成電路芯片，電壓電平芯片可以將輸入信號(hào)的電壓范圍轉(zhuǎn)換為輸出信號(hào)的電壓范圍。電平電壓芯片將VR頭顯與計(jì)算機(jī)或游戲主機(jī)之間的信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以確保它們能夠正常地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和通信。
• 穩(wěn)壓芯片: 將輸入電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定輸出電壓的集成電路芯片。
• 升壓芯片: 將輸入電壓升高到更高電壓的集成電路芯片，升壓芯片也有使用運(yùn)放的方案。
• 運(yùn)算放大器: Operational Amplifier，簡(jiǎn)稱Op-Amp，可以將微弱的模擬信號(hào)放大到適合后續(xù)處理的范圍，也放大輸入之間的電壓差；VR 中作為 LED 驅(qū)動(dòng)或者其他驅(qū)動(dòng)的放大器；運(yùn)放也有用在升壓芯片的方案。
• OTG 擴(kuò)展供: On-The-Go，USB 2.0 規(guī)范的補(bǔ)充，供電是指在使用OTG 功能時(shí)，主機(jī)設(shè)備（比如電腦）為連接的外設(shè)（比如 VR 頭顯）提供電源供應(yīng)。
• 電源管理芯片: 顧名思義，對(duì)電源起到管理作用，具體包括。
• 電源變換：將輸入電源的電壓和電流轉(zhuǎn)換為適合系統(tǒng)需求的電壓和電流。
• 電源分配:將電能分配給不同的系統(tǒng)組件，以滿足其功耗需求。
• 電源檢測(cè):監(jiān)測(cè)電池電量、充電狀態(tài)和系統(tǒng)負(fù)載等信息，以提供電源管理的智能化控制。
• 其他電能管理功能：如電池保護(hù)、溫度監(jiān)測(cè)和功率管理等。

五、后記

這應(yīng)該是我自《張小龍 22 年》后寫的最長(zhǎng)的文章了，無(wú)論是字?jǐn)?shù)還是時(shí)間。寫長(zhǎng)文不容易，記得當(dāng)時(shí)寫張小龍的時(shí)候，大概花了一個(gè)星期，雖然在微信上沒(méi)發(fā)出多久就被騰訊封了，但在 pmcaff 上還有留存（鏈接放在了參考中），并得到了池建強(qiáng)老師的推薦，也算滿意了。

寫這篇文章，比寫人物要困難多了，太多的專業(yè)術(shù)語(yǔ)，以及技術(shù)理解。原先我以為自己懂了的概念，其實(shí)真正串起來(lái)，又延伸出許多枝蔓，又一點(diǎn)點(diǎn)去查。

好在有 perplexity 的幫助，簡(jiǎn)化了我的一些工作量。不過(guò)寫作的樂(lè)趣正在于此，它是一座迷宮，有時(shí)只想理解一個(gè)概念，又牽扯到另一個(gè)概念，概念與概念之間的關(guān)系又引發(fā)了新的著迷。

有一些很不錯(cuò)的信息源在此過(guò)程中也被發(fā)現(xiàn)，例如雷鋒網(wǎng)的 VR 專題、知乎上胡癡兒的早年回答，以及 B 站 Up 主消失的模因的精彩視頻。可惜，前兩者已經(jīng)不再更新了。

當(dāng)然，最驚喜的是終于發(fā)現(xiàn)了一本介紹 VR 全貌的書籍，《The VR Book》，雖然成書于 2016 年，但作者功力深厚，仍然不失為理解 VR 的最佳材料之一。

這篇文章，大概可以 2 個(gè)月以來(lái)，對(duì) VR 的研究結(jié)果，是給自己一個(gè)交代。里面一定有諸多問(wèn)題，受限于自己當(dāng)前的見識(shí)，有所偏頗，但第一步既已踏出，便可以在后續(xù)的學(xué)習(xí)道路上增刪改查，可謂是寫完后最大的收獲了。我想，在消費(fèi)電子業(yè)無(wú)聊的狀態(tài)下，有一件有意思的事物可以研究，便很快慰了。

參考：

1. 人類的視覺(jué)增強(qiáng)探索史：https://www.uisdc.com/evolution-of-ar-and-v
2. XR 設(shè)備發(fā)展史：https://www.scaruffi.com/memejam/vr.html
3. Philco HeadSight 介紹：https://www.virtual-reality-shop.co.uk/philco-headsight-1961/
4. 凸透鏡成像原理：https://www.junyiacademy.org/junyi-science/science-high/science-high-history/s5p-99/junyi-geometric-optics/v/F-qVxGLJT1Y
5. 了解 AR/VR 的光學(xué)原理：https://imgtec.eetrend.com/blog/2022/100557077.html
6. VR視場(chǎng)角真的是越大越好嗎？- 大朋工程師的文章 – 知乎 https://zhuanlan.zhihu.com/p/22252592
7. 重新認(rèn)識(shí)魚眼鏡頭：https://www.bilibili.com/video/BV1TL41117ti/?spm_id_from=333.1007.top_right_bar_window_history.content.click;vd_source=7cf1f568229c6f5b4a7c23f5a2e85cbc
8. VR沉浸感的奧秘，人眼如何通過(guò)雙目視差硬解深度信：https://www.bilibili.com/video/BV11A411m7Sw/?share_source=copy_web;vd_source=c7e29439c97151c3755a46ccd4c8160a
9. 如何充分利用視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)深度的感知從而營(yíng)造更強(qiáng)的立體感與深度感？：https://www.zhihu.com/question/46552885
10. 光場(chǎng)與人眼立體成像機(jī)理：http://vr.sina.cn/news/2018-10-24/detail-ifxeuwws7707633.d.html
11. 維基百科 – Vergence-accommodation conflict：https://en.wikipedia.org/wiki/Vergence-accommodation_conflict
12. MEMS傳感器1：3軸加速度計(jì)工作原理揭秘，與這些有關(guān)：https://www.bilibili.com/video/BV1NJ41117B8/?share_source=copy_web;vd_source=c7e29439c97151c3755a46ccd4c8160a
13. 深度解析 HTC Vive 的 Lighthouse 室內(nèi)定位技術(shù) – 虎嗅網(wǎng)：https://www.huxiu.com/article/142795.html
14. Lighthouse 激光定位技術(shù)開源了，但不是 Valve 做的 | 雷峰網(wǎng)：https://www.leiphone.com/category/arvr/nu6Zln6hQTdMqSsy.html
15. HTC Vive Lighthouse Chaperone tracking system Explained – YouTube：https://www.youtube.com/watch?v=J54dotTt7k0
16. How the Vive Lighthouse Works – YouTube：https://www.youtube.com/watch?v=oqPaaMR4kY4
17. Hypereal 突然開源？背后所涉的重磅信息都在這里了 | 愛范兒：https://www.ifanr.com/786928
18. 目前最強(qiáng)的 VR 定位技術(shù)，HTC 和 OptiTrack 是如何做到的？：https://wapbaike.baidu.com/tashuo/browse/content?id=2e7f4fcdd19a68101416efc6
19. 深度干貨：詳解基于視覺(jué)+慣性傳感器的空間定位方法：https://www.leiphone.com/category/arvr/taExbGMOaYfbnnMw.html
20. VR的空間定位技術(shù)是如何實(shí)現(xiàn)的？- 知乎：https://www.zhihu.com/question/46422259
21. VR空間定位全解：如何在虛擬世界中行走？：https://www.leiphone.com/special/216/201607/577cd787225d6.html
22. 「面部動(dòng)作捕捉」是一項(xiàng)什么技術(shù)？主要應(yīng)用于哪些場(chǎng)景？- 渲云渲染的回答 – 知乎：https://www.zhihu.com/question/321811525/answer/675319985
23. 【VR速遞】OculusQuest面部識(shí)別;眼球追蹤的研發(fā)之路 – 載入圈VR的文章 – 知乎：https://zhuanlan.zhihu.com/p/410829378
24. 面部表情追蹤技術(shù)在 VR 設(shè)備中的發(fā)展研究：https://m.fx361.com/news/2019/0106/6266425.html
25. Eye Tracking in Virtual Reality: a Broad Review of Applications and Challenges：https://link.springer.com/article/10.1007/s10055-022-00738-z
26. What is VR Eye Tracking? [And How Does it Work?]：https://imotions.com/blog/learning/best-practice/vr-eye-tracking/
27. Hand Tracking for Immersive Virtual Reality: Opportunities and Challenges：https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/frvir.2021.728461/full
28. Quest手勢(shì)識(shí)別功能評(píng)測(cè)：https://mp.ofweek.com/vr/a645693029046
29. Meta RGB透視VR研究：攝像頭距離可調(diào)、分辨率720p：https://zhuanlan.zhihu.com/p/569886369
30. 從典型案例看VST MR游戲的設(shè)計(jì)技巧：https://www.vrtuoluo.cn/536138.html
31. 紅外 ToF 技術(shù)將大幅提升接近感應(yīng)傳感器的性能及可靠性：https://mouser.eetrend.com/content/2020/100048606.html
32. 何謂霍爾IC？：https://www.ablic.com/cn/semicon/products/sensor/magnetism-sensor-ic/intro/
33. 轉(zhuǎn)子馬達(dá)、X軸和Z軸線性馬達(dá)有啥差別？這篇文章總算說(shuō)明白了?。篽ttps://www.cfan.com.cn/2020/0729/134125.shtml
34. MEMS mic之Amic(一)_麥克風(fēng)thdpn是什么不良代碼?：https://blog.csdn.net/weixin_44316365/article/details/124838502
35. EPOS 波束成形麥克風(fēng)陣列技術(shù)優(yōu)化您的會(huì)議體驗(yàn).pdf
36. 常用的音頻功放芯片-電子工程世界：http://news.eeworld.com.cn/qrs/ic628769.html
37. 瑞蘇盈科為VR行業(yè)提供FPGA核心板解決方案：https://xilinx.eetrend.com/content/2023/100572176.html
38. 同創(chuàng)國(guó)芯竇祥峰演講實(shí)錄：VR的FPGA應(yīng)用分析：https://cloud.tencent.com/developer/article/1137422
39. Perplexity：https://www.perplexity.ai/
40. 張小龍的 22 年和微信的 8 年：https://xie.infoq.cn/article/a70d189eaa18334868f8b2a45