VR的硬件技术(2)—— 显示技术篇
admin
2023-06-24 06:21:25
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无论作为一个VR眼镜消费者,还是技术发烧友,当我们需要了解各类显示技术的优缺点,从整体上判断一款头显,显示技术也是一个关键的考虑因素。

本文,我们可以看到不同的显示技术系统,分别为LCD、 OLED 和视网膜投影。




液晶显示器(LCD)

液晶显示器就是目前市面上中低端智能手机主要采用的屏幕。LCD使用液晶显像。液晶并不完全是固态的,也不完全是液态的,它有三种状态:固态、液态和气态。液晶可以在液态和固态之间呈现许多不同的“亚态”。通过控制不同的亚态可以改变通过液晶的光线。由于LCD 面板不能自己发光,因此需要额外的电子层专门用于照明,LCD需要背光也是这类屏幕无法显示真正的黑色的主要原因之一,这也是LCD屏相比其他显示技术的致命缺点。

液晶显示屏类型主要有TN(twisted nematic) 屏和IPS(in-plane switching) 屏两种。

TN(twisted nematic) 屏

TN 屏是最常见的液晶显示器。这类屏幕中的像素可以非常快速地改变状态,TN 屏的1毫秒响应时间,能够显示至少90帧每秒,可以保证虚拟现实游戏的高刷新率。但是TN屏的色彩表现能力和可视角度相对较差。微软和惠普合作机型HP Reverb G2采用的就是TN屏, Quest2在去年屏幕也从OLED降级成LCD TN屏。

优点

1.高刷新率(无闪烁、不闪屏),更好支持VR大型游戏;

2.清晰度高;

3.节能

4.成本低

缺点

1. 屏幕较暗,色彩饱和度低,褪色现象;

2.屏幕较厚、不能够弯曲;

3.因为背光层的存在,容易造成显示器漏光(一般会从屏幕和边框的缝隙间露出);

4. 无法显示纯黑。

IPS(in-plane switching) 屏

IPS屏通常比 TN 屏具有更好的图片质量,彩色复制更好,尤其是黑色表现力,可视角度也更好。但IPS的刷新率较低,要获得高刷新率的IPS需要付出高昂的价格,贵是目前主流的VR一体机无一采用IPS的原因。

缺点

1. 响应时间长,刷新率较低;

2. 高刷新率屏幕价格极其高昂。


OLED 有机发光二极管

与LCD技术相比 ,OLED是相对新兴的技术,这两种技术的分辨率都是固定的,适用于智能手机,平板,和电视机。与液晶显示器自身无法发光,需要背光不同,当电流通过OLED采用的有机材料时,这种材料会发光, 因此OLED可以做得非常薄,因为无需额外的电子层专门用于照明。更重要的是,OLED面板可以显示真正的黑色,OLED屏幕主要也有两大子类型——PMOLED和AMOLED。

PMOLED

被动式 OLED (PMOLED) 显示控制设计是简化的,因此此类OLED制造成本最低,常用于小型设备屏幕,如手表。这类的屏幕使用寿命较短,且不太节能,目前VR一体机无一使用该类显示屏。

缺点

1. 寿命短;

2. 耗能高。

AMOLED

有源矩阵OLED (AMOLED) 适用于手机和昂贵的电视机。AMOLED 的物理结构将OLED矩阵置于 TFT 或“薄膜电晶体”层上,每个 OLED 有两个晶体管,分别控制停止和启动一个存储电容器。AMOLED 显示器有惊人的黑色色彩表现力和非常快的刷新率,通常是VR一体机的完美选择。这就是为什么诸如 Vive 和 Oculus 这样的头部VR一体机厂家 都采用了这项技术。

优点

1.高刷新率,响应时间快速;

2.观屏效果好,即使在(曲面屏)大视角下,显示画面仍然不失真

3.能耗更低,因为是单个发光点、制作过程简单

4.色彩对比度高

5.厚度小、重量轻,可折叠可弯曲

6.不漏光,显示的黑色更纯正

缺点

1. 相比LCD成本更高

2. 屏幕过亮长期使用容易用眼过度


视网膜投影(Retinal projection)

视网膜投影技术无需在眼前防止屏幕看图像,光子可以直接发射到你的视网膜上。视网膜投影的主要作用之一是以一种更自然的方式为你的眼睛提供图像。在自然界中,光子经过其他物质反射后才到达我们的眼睛。然而,当我们看屏幕时,我们是直接盯着一个明亮的光源,因此这可能会增加眼睛疲劳。

目前市场上已经有一款AR头显Avegant Glyph采用了视网膜投影技术。LED投射到数百万个微镜中,然后在视网膜上直接呈现图像,没有“像素”可看,图像看起来就像自然界中的一个物体。低功耗 LED 投射到微镜阵列上后,光子通过一组可调光学器件聚焦。



视网膜投影技术对于虚拟现实来说是一项很有潜力的技术,它可以解决困扰当前 一体机显示技术的许多问题。视网膜投影在颜色、延迟、图像细节等方面都比其他的显示方法更有前景。然而,作为一种消费级技术,它仍然相当昂贵,需要各种各样的改进和降低成本才能真正进入主流市场。


光场——VR显示技术的未来?

在一个既定的空间中,到处充满了光子,当光子在物体的不同位置以不同角度碰撞反弹,人眼就捕捉到了这个物体的三维信息。光场是描述光子在空间的每一个坐标中沿着每一个方向流动的情况。这是一种看待光的方式,类似于磁场。光场是一个具有复杂属性的整体最终产物。光场对虚拟现实的未来非常重要。

现在已经有摄像头可以捕捉光场,这意味着真正的3D记录可以在 VR 系统上观看。也许未来,我们会有超越视网膜投影的东西,重新创造光场,使我们的眼睛看到的图像与现实生活无法区分。光场技术也让混合现实成为可能,因为它允许现实和虚拟的真正无缝的混合,当然,它也会颠覆目前市场虚拟图像生成的方式。


显示技术的发展非常迅速,100年前人类还在煞费苦心地拍摄电影并将其投影出来,现在我们每天都对着手机屏幕接触更宽广地世界,但是未来人们的沟通,学习,娱乐还是拘泥这方寸大小的屏幕吗?显然,VR显示技术将为我们带来无限的可能。我们无法肯定地说未来显示技术会朝向哪里发展,但是相信一定会带给我们更真实,更清晰的体验。

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