让你玩VR玩到吐的元凶 起底VR镜头的那些门道 | {$randkws}热点解读 随着买到VR的使用者越来越多
导读：如今市面上的VR设备品类繁多，品质也良莠不齐。随着买到VR的使用者越来越多，人们在新鲜劲过了之后，针对VR的抱怨和质疑也不绝于耳。玩VIVE尽管high，一文读懂赛季更新资讯但是很多移动类型的VR盒子，感受起来实在是一言难尽。
今日智能内参邀请了映墨技术的光学设计师黄治来为大家从光学器件和表现的角度解答诸多疑惑。黄治毕业于浙江大学，是光学工程博士。曾任华为多传媒探究院工程师。
VR镜片的点评规范
黄博士将VR镜片按照设备整体的品质指标归纳为八条规范：图像清晰、沉浸感好、畸变小、色散小、重量轻、售价长处、可加工表现好、以及使用人群广。
1.图像清晰
（1）MTF值高
摄影爱好者或许熟悉MTF曲线，夏季关注PlayStation全称为调制传递函数（Modulation Transfer Function），这是一种经由数学函数表现镜头对图像作用的衡量工具。MTF是一个归一化的数值，反映了镜头对物体的还原能力，数值越高，则镜片品质越好。
（上图为尼康镜头AF-S-NIKKOR-35mm-f1.8G-ED的MTF曲线。）
摄影爱好者们针对MTF值反映镜头成像品质的几条通用的规范体现为：
1. MTF值越接近1越好，即MTF线越高越好2.粗线（上图的红线）越高，说明镜头的反差表现越好3.细线（上图的蓝线）越高，说明镜头的分辨率越好4. MTF曲线越平坦，说明边缘和中心的成像差距越小5.实线和虚线越接近，说明镜头的焦外成像越好
各异类型的VR设备，其构成模块都有各异，但即便原理最简易的VR盒子也需要光学模块，这一若干是使用者最直接感受的表现。 而就元件品质而言，MTF的衡量规范是光学元件通用的。
（2）像差小
像差（Optical aberration）反应理论成像与镜头（或镜头组合）实际成像的偏差。在光学操控系统设计中，揭秘以旧换新攻略尽或许减小相差是重大的指标。
（3）孔径大
这里指的是镜头的数值孔径。数值孔径越大，镜头的空间分辨率越高，成像越明亮。但景深也会越浅，另外轻松引入像差。
2.沉浸感好
（1）FOV大
FOV（Field of view ）指的是镜头的视场，也就是经由镜头能观测物空间的范围。经由焦距或其他物距参数开展换算，就是我们常说的视场角。视场越大，沉浸感越好。
（2） 清晰度一致
成像品质均匀一致，使用者才不会“一秒出戏”。
3.畸变小
畸变实际上也是前文中我们所说“像差”的一种。它的形成是由于物方与镜头主光轴存在垂直偏差。镜头焦距的各异会使得成像轻松形成各异的畸变。
畸变越小，对其矫正就越少，最新游戏本汇总清晰度的损失也就越小。
4.色散小
色散是一个很普遍的光学现象，反映了波长各异的单色光在成像时表现出的位置偏移。反映在镜头成像时就是这个样子。（是不是找到了移动电话摄影渣画质的一大元凶了？）
（上图引用自网民对索尼RX100 II镜头的评测）
同样也是基于对色散的矫正，会议损失画面清晰度为代价，所以需要成像操控系统色散越小越好。
5.重量轻
现阶段VR设备基础都是头带式，所以需要重量轻、折射率高、密度小。
6.售价长处
出于针对成本的控制，售价具备长处的镜片更利于大批量生产，另外还要考虑元件用料，以及镜片的成品率等难题。
7.可加工表现好
镜片身为VR设备的中间元件，在设备制造过程中还需要开展加工。需要镜片公差松、中间边缘厚度较为小、镜片制成材料热稳定性好。
8.使用人群广
针对使用者千姿百态的眼睛，乃至眼镜，商品设计出来都要使用舒适且便捷，就需要做到瞳距可调、近视可调、能戴眼镜（出瞳距大）。
最后商品能呈现出来，就是设计者和制造者尽或许符合上面各个规范的折中计划。
两种普遍的VR镜头计划：
在认识到上面说的基础指标基础上，黄博士向我们简易说明了当下VR设备普遍的两种设计计划。
双镜片计划
这种计划使用的是两片非球面光学镜片，做到的视场角较大，可以达到108°。特色则表如今以下三个地方：
3.使用双非球面镜片组结构，清晰度高，畸变小。
双面菲涅尔镜片计划
上面动图针对菲涅尔透镜的原理讲解的不能更明白了。这种透镜又称为螺纹透镜，长得就像下面的样子。自然，下图实际上是HTC VIVE使用的镜头。
这种计划焦距为32mm，视场角更大一点，可以达到110°，厚度仅为10mm。厚度薄、重量轻、材质挑选范围大都是这种计划的优点。可是其设计难度较大，制造也较为艰难，另外精度也请求更高。
而前方VR镜片的进展方向首要会在元器件表现、光学设计计划、成像基础原理以及镜片材质方面寻求革新。
供应链江湖门道多
自然，除了VR设备对镜片的品质需求外，黄博士还对供应链上的镜头品质做了说明。
从材质上看，VR设备不会使用玻璃镜头，而是使用较轻的塑料镜头，最常用的材质是有机玻璃，我们常说的亚克力或者PMMA指的都是它。折射率较高、表现较好的很多镜片，实际上是日本化工方向的大厂将粉末状的工业原料销往境内，再由境内镜片品牌方重新制造而成。
据黄博士说明，VR镜头有关的供应链品牌方有大立光、索尼等等，境内镜头做的最好的是余姚的舜宇光学，而深圳做镜片的品牌方则更多，境内众多VR品牌方也大多使用深圳的镜片。依据智东西此前的知晓，Oculus Rift CV1 光学镜头使用的就是菲涅尔镜片计划，镜片供应商为歌尔股份，他们另外也是Oculus Rift CV1和PS VR的代工方。
（上图为Oculus Rift CV1 镜头）
除了主机类型VR设备外，一体机类型商品相比之下，使用的镜头则在品控上较主机类三大头显有一定差距，首要是由于这一类自带显示屏的VR设备与内部镜片匹配度各异，导致了前文说的各参数形成了各异程度上的差异。所以我们也可想而知，据称使用“成本仅在1块钱，最多不超过3块钱”的廉价镜头制成的移动VR商品，移动电话显示屏和镜片匹配度的难题无法解决，显示屏的帧率和分辨率也要做出一定的妥协，作用感受也就在所难免了。
不必忧虑VR太近伤眼睛
这里黄博士顺便向我们科普了一下VR总是带着不太舒服这方面的种种难题。
基础上，方才我们谈及的镜头和光学设计品质带来的作用就是：做得好你就感受不到，做得差你就“辣眼睛”了。帧率和分辨率也要较为给力的设备才会让你玩着不晕。但是设备太重也总是“压得人抬不起头”。最核心的是，除了玩游戏，我们大约很难以沉浸的方式观影太久，尽管经由计算力可以改进眼镜过度接纳信息的状况，但是看久了你还是会累。至于距离太近伤眼睛这种难题，则不必忧虑。
你假如像上图的熊子女这么看，那自然是在作妖。而VR显示屏尽管距离近，但镜头存在的作用就是将成像调节为人眼舒适的距离，身临其境和“显示屏糊一脸”那不是一回事。
结语
VR技术最后能够以商品的形式呈如今我们眼前，除了光学设计，还需要算力开展合作。不管是自行开展底层算力的开发，还是使用英伟达、高通等大厂启动的SDK?都是作用我们最后感受的重大环节。算力方面虽有大厂领跑，但光学元件却没有行业规范，各类镜片品质良莠不齐，也无法做到通用。
另外，这一领域较为专门，业内人才也较为稀缺，华为这样体量并注重开发的大型企业或许会有相应的技术储备，创业企业首要还是在供应链的基础上开展“积木式革新”。尽管在VR方面我们针对光学设计的作用体会还不深，但在AR的层面上，不管是全息立体成像的HoloLens，还是主打光场技术的Magic Leap，都是以革新性的光学设计为先导，以强大的计算表现和算力为支撑，才最后诞生了颠覆想象力的新设备。（所以AR实际上不是拿移动电话抓小精灵这么简易哦！）
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今日智能内参邀请了映墨技术的光学设计师黄治来为大家从光学器件和表现的角度解答诸多疑惑。黄治毕业于浙江大学，是光学工程博士。曾任华为多传媒探究院工程师。
VR镜片的点评规范
黄博士将VR镜片按照设备整体的品质指标归纳为八条规范：图像清晰、沉浸感好、畸变小、色散小、重量轻、售价长处、可加工表现好、以及使用人群广。
1.图像清晰
（1）MTF值高
摄影爱好者或许熟悉MTF曲线，夏季关注PlayStation全称为调制传递函数（Modulation Transfer Function），这是一种经由数学函数表现镜头对图像作用的衡量工具。MTF是一个归一化的数值，反映了镜头对物体的还原能力，数值越高，则镜片品质越好。
（上图为尼康镜头AF-S-NIKKOR-35mm-f1.8G-ED的MTF曲线。）
摄影爱好者们针对MTF值反映镜头成像品质的几条通用的规范体现为：
1. MTF值越接近1越好，即MTF线越高越好2.粗线（上图的红线）越高，说明镜头的反差表现越好3.细线（上图的蓝线）越高，说明镜头的分辨率越好4. MTF曲线越平坦，说明边缘和中心的成像差距越小5.实线和虚线越接近，说明镜头的焦外成像越好
各异类型的VR设备，其构成模块都有各异，但即便原理最简易的VR盒子也需要光学模块，这一若干是使用者最直接感受的表现。 而就元件品质而言，MTF的衡量规范是光学元件通用的。
（2）像差小
像差（Optical aberration）反应理论成像与镜头（或镜头组合）实际成像的偏差。在光学操控系统设计中，揭秘以旧换新攻略尽或许减小相差是重大的指标。
（3）孔径大
这里指的是镜头的数值孔径。数值孔径越大，镜头的空间分辨率越高，成像越明亮。但景深也会越浅，另外轻松引入像差。
2.沉浸感好
（1）FOV大
FOV（Field of view ）指的是镜头的视场，也就是经由镜头能观测物空间的范围。经由焦距或其他物距参数开展换算，就是我们常说的视场角。视场越大，沉浸感越好。
（2） 清晰度一致
成像品质均匀一致，使用者才不会“一秒出戏”。
3.畸变小
畸变实际上也是前文中我们所说“像差”的一种。它的形成是由于物方与镜头主光轴存在垂直偏差。镜头焦距的各异会使得成像轻松形成各异的畸变。
畸变越小，对其矫正就越少，最新游戏本汇总清晰度的损失也就越小。
4.色散小
色散是一个很普遍的光学现象，反映了波长各异的单色光在成像时表现出的位置偏移。反映在镜头成像时就是这个样子。（是不是找到了移动电话摄影渣画质的一大元凶了？）
（上图引用自网民对索尼RX100 II镜头的评测）
同样也是基于对色散的矫正，会议损失画面清晰度为代价，所以需要成像操控系统色散越小越好。
5.重量轻
现阶段VR设备基础都是头带式，所以需要重量轻、折射率高、密度小。
6.售价长处
出于针对成本的控制，售价具备长处的镜片更利于大批量生产，另外还要考虑元件用料，以及镜片的成品率等难题。
7.可加工表现好
镜片身为VR设备的中间元件，在设备制造过程中还需要开展加工。需要镜片公差松、中间边缘厚度较为小、镜片制成材料热稳定性好。
8.使用人群广
针对使用者千姿百态的眼睛，乃至眼镜，商品设计出来都要使用舒适且便捷，就需要做到瞳距可调、近视可调、能戴眼镜（出瞳距大）。
最后商品能呈现出来，就是设计者和制造者尽或许符合上面各个规范的折中计划。
两种普遍的VR镜头计划：
在认识到上面说的基础指标基础上，黄博士向我们简易说明了当下VR设备普遍的两种设计计划。
双镜片计划
这种计划使用的是两片非球面光学镜片，做到的视场角较大，可以达到108°。特色则表如今以下三个地方：
- 正常视力到800度近视人群均可使用（无需佩戴眼镜），独立调节。
3.使用双非球面镜片组结构，清晰度高，畸变小。
双面菲涅尔镜片计划
上面动图针对菲涅尔透镜的原理讲解的不能更明白了。这种透镜又称为螺纹透镜，长得就像下面的样子。自然，下图实际上是HTC VIVE使用的镜头。
这种计划焦距为32mm，视场角更大一点，可以达到110°，厚度仅为10mm。厚度薄、重量轻、材质挑选范围大都是这种计划的优点。可是其设计难度较大，制造也较为艰难，另外精度也请求更高。
而前方VR镜片的进展方向首要会在元器件表现、光学设计计划、成像基础原理以及镜片材质方面寻求革新。
供应链江湖门道多
自然，除了VR设备对镜片的品质需求外，黄博士还对供应链上的镜头品质做了说明。
从材质上看，VR设备不会使用玻璃镜头，而是使用较轻的塑料镜头，最常用的材质是有机玻璃，我们常说的亚克力或者PMMA指的都是它。折射率较高、表现较好的很多镜片，实际上是日本化工方向的大厂将粉末状的工业原料销往境内，再由境内镜片品牌方重新制造而成。
据黄博士说明，VR镜头有关的供应链品牌方有大立光、索尼等等，境内镜头做的最好的是余姚的舜宇光学，而深圳做镜片的品牌方则更多，境内众多VR品牌方也大多使用深圳的镜片。依据智东西此前的知晓，Oculus Rift CV1 光学镜头使用的就是菲涅尔镜片计划，镜片供应商为歌尔股份，他们另外也是Oculus Rift CV1和PS VR的代工方。
（上图为Oculus Rift CV1 镜头）
除了主机类型VR设备外，一体机类型商品相比之下，使用的镜头则在品控上较主机类三大头显有一定差距，首要是由于这一类自带显示屏的VR设备与内部镜片匹配度各异，导致了前文说的各参数形成了各异程度上的差异。所以我们也可想而知，据称使用“成本仅在1块钱，最多不超过3块钱”的廉价镜头制成的移动VR商品，移动电话显示屏和镜片匹配度的难题无法解决，显示屏的帧率和分辨率也要做出一定的妥协，作用感受也就在所难免了。
不必忧虑VR太近伤眼睛
这里黄博士顺便向我们科普了一下VR总是带着不太舒服这方面的种种难题。
基础上，方才我们谈及的镜头和光学设计品质带来的作用就是：做得好你就感受不到，做得差你就“辣眼睛”了。帧率和分辨率也要较为给力的设备才会让你玩着不晕。但是设备太重也总是“压得人抬不起头”。最核心的是，除了玩游戏，我们大约很难以沉浸的方式观影太久，尽管经由计算力可以改进眼镜过度接纳信息的状况，但是看久了你还是会累。至于距离太近伤眼睛这种难题，则不必忧虑。
你假如像上图的熊子女这么看，那自然是在作妖。而VR显示屏尽管距离近，但镜头存在的作用就是将成像调节为人眼舒适的距离，身临其境和“显示屏糊一脸”那不是一回事。
结语
VR技术最后能够以商品的形式呈如今我们眼前，除了光学设计，还需要算力开展合作。不管是自行开展底层算力的开发，还是使用英伟达、高通等大厂启动的SDK?都是作用我们最后感受的重大环节。算力方面虽有大厂领跑，但光学元件却没有行业规范，各类镜片品质良莠不齐，也无法做到通用。
另外，这一领域较为专门，业内人才也较为稀缺，华为这样体量并注重开发的大型企业或许会有相应的技术储备，创业企业首要还是在供应链的基础上开展“积木式革新”。尽管在VR方面我们针对光学设计的作用体会还不深，但在AR的层面上，不管是全息立体成像的HoloLens，还是主打光场技术的Magic Leap，都是以革新性的光学设计为先导，以强大的计算表现和算力为支撑，才最后诞生了颠覆想象力的新设备。（所以AR实际上不是拿移动电话抓小精灵这么简易哦！）
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