導(dǎo)讀：如今市面上的讓玩VR設(shè)備品類繁多，質(zhì)量也良莠不齊。元兇隨著買到VR的起底使用者越來越多，人們在新鮮勁過了之后，門道對于VR的讓玩抱怨和質(zhì)疑也不絕于耳。玩VIVE雖然high，元兇但是起底很多移動類型的VR盒子，體驗(yàn)起來實(shí)在是門道一言難盡。

　　今天智能內(nèi)參邀請了映墨科技的讓玩光學(xué)設(shè)計(jì)師黃治來為大家從光學(xué)器件和性能的角度解答諸多疑惑。黃治畢業(yè)于浙江大學(xué)，元兇是起底光學(xué)工程博士。曾任華為多媒體研究院工程師。門道

　　VR鏡片的讓玩評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

　　黃博士將VR鏡片按照設(shè)備整體的品質(zhì)指標(biāo)總結(jié)為八條標(biāo)準(zhǔn)：圖像清晰、沉浸感好、元兇畸變小、起底色散小、重量輕、價(jià)格優(yōu)勢、可加工性能好、以及使用人群廣。

　　1.圖像清晰

　　（1）MTF值高

　　攝影愛好者可能熟悉MTF曲線，全稱為調(diào)制傳遞函數(shù)（Modulation Transfer Function），這是一種通過數(shù)學(xué)函數(shù)表現(xiàn)鏡頭對圖像作用的衡量工具。MTF是一個(gè)歸一化的數(shù)值，反映了鏡頭對物體的還原能力，數(shù)值越高，則鏡片品質(zhì)越好。

　　
　　（上圖為尼康鏡頭AF-S-NIKKOR-35mm-f1.8G-ED的MTF曲線。）

　　攝影愛好者們對于MTF值反映鏡頭成像質(zhì)量的幾條通用的標(biāo)準(zhǔn)體現(xiàn)為：

　　1. MTF值越接近1越好，即MTF線越高越好2.粗線（上圖的紅線）越高，說明鏡頭的反差表現(xiàn)越好3.細(xì)線（上圖的藍(lán)線）越高，說明鏡頭的分辨率越好4. MTF曲線越平坦，說明邊緣和中心的成像差距越小5.實(shí)線和虛線越接近，說明鏡頭的焦外成像越好

　　不同類型的VR設(shè)備，其構(gòu)成模塊都有不同，但即便原理最簡單的VR盒子也需要光學(xué)模塊，這一部分是使用者最直接體驗(yàn)的性能。 而就元件品質(zhì)而言，MTF的衡量標(biāo)準(zhǔn)是光學(xué)元件通用的。

　　（2）像差小

　　像差（Optical aberration）反應(yīng)理論成像與鏡頭（或鏡頭組合）實(shí)際成像的偏差。在光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，盡可能減小相差是重要的指標(biāo)。

　　（3）孔徑大

　　這里指的是鏡頭的數(shù)值孔徑。數(shù)值孔徑越大，鏡頭的空間分辨率越高，成像越明亮。但景深也會越淺，同時(shí)容易引入像差。

　　2.沉浸感好

　　（1）FOV大

　　FOV（Field of view ）指的是鏡頭的視場，也就是通過鏡頭能觀測物空間的范圍。通過焦距或其他物距參數(shù)進(jìn)行換算，就是我們常說的視場角。視場越大，沉浸感越好。

　　（2） 清晰度一致

　　成像質(zhì)量均勻一致，用戶才不會“一秒出戲”。

　　3.畸變小

　　畸變其實(shí)也是前文中我們所說“像差”的一種。它的產(chǎn)生是由于物方與鏡頭主光軸存在垂直偏差。鏡頭焦距的不同會使得成像容易產(chǎn)生不同的畸變。

　　
　　畸變越小，對其矯正就越少，清晰度的損失也就越小。

　　4.色散小

　　

　　色散是一個(gè)很常見的光學(xué)現(xiàn)象，反映了波長不同的單色光在成像時(shí)表現(xiàn)出的位置偏移。反映在鏡頭成像時(shí)就是這個(gè)樣子。（是不是找到了手機(jī)拍照渣畫質(zhì)的一大元兇了？）

　　
　　（上圖引用自網(wǎng)友對索尼RX100 II鏡頭的評測）

　　同樣也是基于對色散的矯正，會議損失畫面清晰度為代價(jià)，所以需要成像系統(tǒng)色散越小越好。

　　5.重量輕

　　現(xiàn)階段VR設(shè)備基本都是頭帶式，所以需要重量輕、折射率高、密度小。

　　6.價(jià)格優(yōu)勢

　　出于對于成本的控制，價(jià)格具備優(yōu)勢的鏡片更利于大批量生產(chǎn)，同時(shí)還要考慮元件用料，以及鏡片的成品率等問題。

　　7.可加工性能好

　　鏡片作為VR設(shè)備的中間元件，在設(shè)備制造過程中還需要進(jìn)行加工。需要鏡片公差松、中間邊緣厚度比較小、鏡片制成材料熱穩(wěn)定性好。

　　
　　8.使用人群廣

　　針對用戶千姿百態(tài)的眼睛，甚至眼鏡，產(chǎn)品設(shè)計(jì)出來都要使用舒適且便捷，就需要做到瞳距可調(diào)、近視可調(diào)、能戴眼鏡（出瞳距大）。

　　最后產(chǎn)品能呈現(xiàn)出來，就是設(shè)計(jì)者和制造者盡可能符合上面各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的折中方案。

　　兩種常見的VR鏡頭方案：

　　在認(rèn)識到上面說的基本指標(biāo)基礎(chǔ)上，黃博士向我們簡單介紹了目前VR設(shè)備常見的兩種設(shè)計(jì)方案。

　　雙鏡片方案

　　
　　這種方案采用的是兩片非球面光學(xué)鏡片，實(shí)現(xiàn)的視場角較大，可以達(dá)到108°。特點(diǎn)則表現(xiàn)在以下三個(gè)地方：

1. 正常視力到800度近視人群均可使用（無需佩戴眼鏡），獨(dú)立調(diào)節(jié)。
   
   

2.可完全消除鏡片色散，不需軟件反色散校正。

3.采用雙非球面鏡片組結(jié)構(gòu)，清晰度高，畸變小。

　　雙面菲涅爾鏡片方案

　　
　　上面動圖對于菲涅爾透鏡的原理講解的不能更明白了。這種透鏡又稱為螺紋透鏡，長得就像下面的樣子。當(dāng)然，下圖其實(shí)是HTC VIVE采用的鏡頭。

　　
　　這種方案焦距為32mm，視場角更大一點(diǎn)，可以達(dá)到110°，厚度僅為10mm。厚度薄、重量輕、材質(zhì)選擇范圍大都是這種方案的優(yōu)點(diǎn)。不過其設(shè)計(jì)難度較大，制造也比較困難，同時(shí)精度也要求更高。

　　而未來VR鏡片的發(fā)展方向主要會在元器件性能、光學(xué)設(shè)計(jì)方案、成像基本原理以及鏡片材質(zhì)方面尋求突破。

　　
　　供應(yīng)鏈江湖門道多

　　當(dāng)然，除了VR設(shè)備對鏡片的品質(zhì)需求外，黃博士還對供應(yīng)鏈上的鏡頭品質(zhì)做了介紹。

　　從材質(zhì)上看，VR設(shè)備不會采用玻璃鏡頭，而是使用較輕的塑料鏡頭，最常用的材質(zhì)是有機(jī)玻璃，我們常說的亞克力或者PMMA指的都是它。折射率較高、性能較好的很多鏡片，其實(shí)是日本化工方向的大廠將粉末狀的工業(yè)原料銷往國內(nèi)，再由國內(nèi)鏡片廠商重新制造而成。

　　據(jù)黃博士介紹，VR鏡頭相關(guān)的供應(yīng)鏈廠商有大立光、索尼等等，國內(nèi)鏡頭做的最好的是余姚的舜宇光學(xué)，而深圳做鏡片的廠商則更多，國內(nèi)眾多VR廠商也大多使用深圳的鏡片。根據(jù)智東西此前的了解，Oculus Rift CV1 光學(xué)鏡頭采用的就是菲涅爾鏡片方案，鏡片供應(yīng)商為歌爾股份，他們同時(shí)也是Oculus Rift CV1和PS VR的代工方。

　　
　　（上圖為Oculus Rift CV1 鏡頭）

　　除了主機(jī)類型VR設(shè)備外，一體機(jī)類型產(chǎn)品相比之下，采用的鏡頭則在品控上較主機(jī)類三大頭顯有一定差距，主要是由于這一類自帶屏幕的VR設(shè)備與內(nèi)部鏡片匹配度不同，導(dǎo)致了前文說的各參數(shù)產(chǎn)生了不同程度上的差異。所以我們也可想而知，據(jù)稱使用“成本僅在1塊錢，最多不超過3塊錢”的廉價(jià)鏡頭制成的移動VR產(chǎn)品，手機(jī)屏幕和鏡片匹配度的問題無法解決，屏幕的幀率和分辨率也要做出一定的妥協(xié)，影響體驗(yàn)也就在所難免了。

　　不必?fù)?dān)心VR太近傷眼睛

　　這里黃博士順便向我們科普了一下VR總是帶著不太舒服這方面的種種問題。

　　基本上，剛剛我們提到的鏡頭和光學(xué)設(shè)計(jì)品質(zhì)帶來的影響就是：做得好你就感受不到，做得差你就“辣眼睛”了。幀率和分辨率也要比較給力的設(shè)備才會讓你玩著不暈。但是設(shè)備太重也總是“壓得人抬不起頭”。最關(guān)鍵的是，除了玩游戲，我們大概很難以沉浸的方式觀影太久，盡管通過計(jì)算法可以改善眼鏡過度接受信息的情況，但是看久了你還是會累。至于距離太近傷眼睛這種問題，則不必?fù)?dān)心。

　　
　　你如果像上圖的熊孩子這么看，那當(dāng)然是在作妖。而VR屏幕盡管距離近，但鏡頭存在的作用就是將成像調(diào)節(jié)為人眼舒適的距離，身臨其境和“屏幕糊一臉”那不是一回事。

　　結(jié)語

　　VR技術(shù)最終能夠以產(chǎn)品的形式呈現(xiàn)在我們眼前，除了光學(xué)設(shè)計(jì)，還需要算法進(jìn)行配合。無論是自行進(jìn)行底層算法的開發(fā)，還是使用英偉達(dá)、高通等大廠開放的SDK?都是影響我們最終體驗(yàn)的重要環(huán)節(jié)。算法方面雖有大廠領(lǐng)跑，但光學(xué)元件卻沒有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，各類鏡片質(zhì)量良莠不齊，也無法做到通用。

　　同時(shí)，這一領(lǐng)域較為專門，業(yè)內(nèi)人才也比較稀缺，華為這樣體量并注重研發(fā)的大型企業(yè)可能會有相應(yīng)的技術(shù)儲備，創(chuàng)業(yè)公司主要還是在供應(yīng)鏈的基礎(chǔ)上進(jìn)行“積木式創(chuàng)新”。盡管在VR方面我們對于光學(xué)設(shè)計(jì)的影響體會還不深，但在AR的層面上，無論是全息立體成像的HoloLens，還是主打光場技術(shù)的Magic Leap，都是以創(chuàng)新性的光學(xué)設(shè)計(jì)為先導(dǎo)，以強(qiáng)大的計(jì)算性能和算法為支撐，才最終誕生了顛覆想象力的新設(shè)備。（所以AR其實(shí)不是拿手機(jī)抓小精靈這么簡單哦！）

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