在VR頭顯中，當看向圓形遮光護目鏡套（tào）的裏麵時，你（nǐ）將會發（fā）現兩件事情（qíng）：一塊顯示虛擬世界的屏幕（mù）；

位於屏幕前方的一組（zǔ）透鏡。大部（bù）分人主要關注頭顯的顯示器部分，分辨率是（shì）多少？刷新率？對比度呢？

然而，位於屏幕前方的透鏡同樣重要。

為什麽（me）說透鏡是VR頭顯的一個重要（yào）組成部分呢（ne），它們又將如何影（yǐng）響VR體驗的質量（liàng）呢？

 

1． 透鏡基礎

透鏡的曆史已有數千年之久，其背後的基本原理十分簡單（dān）。當（dāng）你透過一塊普通的玻（bō）璃來（lái）看世界時，

你會注意到視圖出現（xiàn）了扭（niǔ）曲。玻璃（水或半透明材料）能夠折射通過它們的光線。根據給定材料進行（háng）設計，

並且以你想要的方式來折射光線，這時你就得（dé）到（dào）了一塊（kuài）透鏡。

 

斯內爾定律描述了所有這一切的物理（lǐ）學。下麵映維網將與大家一起看看關於斯內爾定（dìng）律的相關（guān）公式值。

第一個相關值名為“折射率”，它可以告訴你給定材料可以折射多少光線。產（chǎn）生這種效應的原因（yīn）是，

光線（xiàn）進入給定材料時速度會減慢，而光線越慢，折射數量就（jiù）越多。常見的例子包括空氣，水，塑料和玻璃。

另一個值是（shì）材（cái）料的角度與光線入射的角度，也就是說光線的折射（shè）取（qǔ）決於：

1）來向和透鏡的形狀；

2）進入透鏡到離開（kāi）透鏡所需的（de）時間，或者說透鏡（jìng）的厚度；

3）光的波長（顏色（sè））

 

後一個因素是透鏡中存在的偽影（yǐng）或像差。棱鏡是屬（shǔ）於透鏡的一種，而透鏡可以像棱鏡一樣，在折射光線時可以將顏色彼此分開。這就是（shì）所謂的色差（chà）。

我們需要（yào）關注（zhù）其他（tā）的偏差。球麵像差會導致圖像的不同部分聚焦（jiāo）在不同（tóng）的點上，這意味著如果你希望圖像的中心變得清晰銳利（lì），邊緣就會變得越來越模（mó）糊（hú）。

後是桶形失真和枕形失真。這種情況常見於當透鏡（jìng）試（shì）圖糾正上述兩種失（shī）真的（de）時候，以及試圖產生寬視場的時候。

這將導致終圖像出現網格被拉（lā）伸或擠（jǐ）壓（yā）的情況。

 

2． 透鏡（jìng）與VR

說到（dào）透鏡，以及它們將如何（hé）影響VR頭顯，我們首先要關注的是顯示器尺（chǐ）寸。VR頭顯的尺寸越大（dà），所遮擋視圖就越多，

視場範圍也越廣。但如果顯示器太大，整體設備則可能過於（yú）笨重。從這個（gè）角度來看，顯示器越小越好。

 

針對這個（gè）問題，一個解決方案（àn）是令屏幕接近你的眼睛。這有兩個好處：首先，你不需要更大的顯示器來獲得更寬的視場；

其次，根據阿基（jī）米德的（de）杠杆原理，顯示器越接近你的麵部，它所施加的力（lì）就越小。遺憾的是，聚焦（jiāo）在過於靠近的對象時就會令人眼產生（shēng）不適，

這限製了（le）你（nǐ）設置顯示器的距離。

這提出了一個問題。我們（men）正常的視場可達180度。作（zuò）為參考（kǎo），當前的頭顯屏幕的對角線長度可能約（yuē）為7英寸（18厘米），並且盡可能（néng）舒（shū）適地靠近眼睛，

這（zhè）個（gè）屏幕（mù）將（jiāng）占（zhàn）用相（xiàng）對較少的視場。結果是用戶需（xū）要通過一個非常狹窄的（de）視角來感知你的虛（xū）擬（nǐ）世界，就像是在現實世界（jiè）中（zhōng）使用眼罩那樣。

解決這個問題的部分辦法是，在麵部（bù）和顯示器之間設置一個透鏡或一係列的（de）透鏡。我們的目標是折射（shè）光（guāng）線（xiàn），

使用本質上（shàng）是放（fàng）大鏡的透鏡來為你提供更寬的視場。你（nǐ）甚至可以將顯示器移至通常令眼睛不舒適的位置，合適的透鏡將會令視圖變得更加舒適。

但當你試圖通過透鏡來擴大視場時，你將會麵臨前（qián）文所述的像差問題。相機鏡頭通（tōng）過一堆複雜的透鏡來解（jiě）決這一問題，

試（shì）圖消除所有的像差，並為你提供一張清（qīng）晰的，沒有失真的照片。遺憾的是，這一係列的透鏡將（jiāng）增加整體設備的重量和長度，以及相當一部分的成本。

目前的（de）答案（àn）是見於HTC Vive，Oculus Rift和其他頭顯中的菲涅耳透鏡。菲涅爾透鏡相對較薄，並且刻有一係列刻的同心環，

其能夠根據光線（xiàn）的不同入（rù）射部分來相應地折射光線。如果（guǒ）設計正確，這可以幫（bāng）助克服僅使用單個透鏡所遭遇的像差。因此，你不需要再像相機那樣使用一大堆透鏡。

然而，這無法解決所有的問（wèn）題。盡管菲（fēi）涅爾透鏡提供（gòng）了（le）寬視場，並且消除了（le）單一透（tòu）鏡中的大部分色差，但它們沒有克（kè）服桶（tǒng）形失真或枕形失真的問題。

當代頭顯選擇（zé）從軟件端（duān）入手：以透鏡失真的相反方向預先扭曲圖像，這樣在觀看影像時，用戶就能獲得（近乎）正確的圖像（xiàng）。例如，如果透鏡將產生要枕形失真，

你必須使（shǐ）用桶形失真（zhēn）對（duì）圖（tú）像進（jìn）行預變形，反之亦然。

就這樣，你可以獲（huò）得寬視（shì）場（chǎng）的正確圖像（xiàng），而且能夠有效減少（shǎo）顯示器的大小。

菲涅爾透鏡不能解決所有問題。這不僅是因為預（yù）扭曲圖像（xiàng）將導致係統為視圖中心提供更多分辨率，減少邊緣分辨率，從而進一步降低本已經夠低的VR分辨率；

同時（shí）是因為菲涅（niè）爾透鏡本身無法產生完美聚焦的圖像。這就是為什麽相機會選擇昂貴的透鏡堆棧，而不是菲涅耳透鏡（jìng）。

更為長（zhǎng）期的計（jì）劃？我們希望在不太遙遠的未來（lái），我們可以通過“超材料”來完全取代傳統的透鏡。

從理論上講，超材料透鏡可以產生（shēng）幾乎沒有任何偏差的圖像，並且能夠在極其輕薄的形態下實現。然而，其背後的工程設（shè）計相當棘手，

因（yīn）為光的波長是在納（nà）米尺度之（zhī）上，因此，超（chāo）材（cái）料“透鏡”的有效成分也需要如此之小。

幸運的是，目前（qián）在納米尺度上建造微小結構的工（gōng）程經（jīng）驗已經相當豐（fēng）富（fù）。所有這一切意味（wèi）著（zhe），我們這種（zhǒng）極大優化的透鏡或許很（hěn）快（kuài）就能登陸消費者市場。