如何用极客范儿做一款VR头盔？不是插个手机的那种

按：作者王锐，VR领域资深从业者。

这个标题看上去很疯狂，而且笔者正试图让它变得更疯狂一些：没错，我们可不打算让用户还得专门插个手机进去播全景小电影——我们要做VR头盔，能duang地运行起一个PC端的正经VR游戏的那种！

然而，如今的虚拟现实头盔正呈现出OculusVR，HTC Vive和PSVR三分天下之势，国内也有乐相、3Glasses、星轮等厂商投入重金攻关。笔者在这里突然自诩为“极客”，然而实际上又算是哪根葱呢？嘴上说要做一款正经的虚拟现实头盔，实际上却恐怕连入行的庙门都找不到才对吧：三星OLED屏的渠道有么，菲涅尔镜片长什么样认识么，屏幕分辨率和刷新率能达标么，Unity或者Unreal程序能写出一行么，以及渲染优化，工业设计，外观内衬，人体工学种种……至少，看起来这样繁多和艰险的任务，能在短短的一篇文章里解决么？

也许不能；不过，这并不代表我们就不去尝试一些事情。极客的准则首先是实践。然后才看它与我们理想中的结果还有多远。

那么，我们这就开始。首先，是用什么来显示的问题。

所谓媒介也就是选择显示画面的一块屏幕。

传统的液晶显示屏大都是采用薄膜晶体管（Thin Film Transistor，TFT）作为核心技术，在基板的背部设置光源主动控制屏幕上的各个像素，它的屏幕反应时间通常可以达到60-80ms左右。这样的延迟作为电脑和电视屏幕没有任何问题，但是作为头显设备显然是无法接受的。目前基本上也没有厂商会选择这种屏幕作为显示的载体。

IPS屏幕（In-Plane Switching）改变了液晶分子颗粒的排列方式，虽然本质上还是TFT屏幕的衍生品，但是拥有很好的清晰度和可视角度表现，甚至可以做到接近180度的视角。IPS屏幕的刷新率也远高于传统的TFT液晶屏，可以达到60Hz的水准，对于VR应用来说基本上差强人意。绝大部分国内头显厂商都使用了IPS屏幕作为自己方案的一部分。

OLED屏幕则是目前高质量VR头盔实现的首选（包括三大家和国内的乐相Deepoon），它具有自发光的特点，因此不需要额外的背光板，也改善了因此产生的余晖（Persistence）和拖影现象；同时它的反应时间很快，足以做到75Hz甚至更高的刷新率。但是OLED小尺寸屏幕做到更高的屏幕分辨率，目前难度还比较大，良品率较低；同时因为有源的AMOLED供电需求较高，通常需要大于8V的电压和稳定电流，因此电压管理的设计更为复杂，要找到稳定可靠的生产和供货渠道也更为困难（不过据说只要付给三星60万，就可以开启新世界的大门了）。

笔者并不想在这里挑战自己的财务底线，因此选择了更容易购买散件的IPS屏幕，并且为了能够得到更好的显示效果，显然至少要达到2K的屏幕分辨率（2560 x 1440）才能让观众感到满意。

从上图以及之前的OculusVR拆解图中，我们都可以看到一块与屏幕直接连接的电路板，它被称作驱动板。它负责与屏幕连接，将来自外部的数字视频信号通过HDMI或者MDL接口输入并转换到屏幕上显示，同时还要负责电压管理和保护。

对于OLED来说，复杂封闭的接口规格说明以及颇为棘手的电源管理问题，限制了很多国内厂家为它制作驱动板的能力；而IPS屏的驱动板使用则更为成熟，基本上可以直接连接电脑并作为扩展显示屏使用；或者烧录新的EDID信息，从而将屏幕识别为Oculus DK1和DK2设备（前者已经开源），并且直接连入OculusVR接口和游戏内容。

显示和驱动的问题看起来有了眉目，另一个问题也是绝对不可忽视的，那就是镜片的选择。

VR头盔中的菲涅尔透镜隔在人眼和显示屏的中间，主要负责改变光路并产生画面的放大效果，尽可能与人眼的实际FOV（视场角度）相匹配，从而带来包裹感和沉浸感。然而透镜的色散效应会在边缘产生不正确的画面色差，透镜的形状也会极大影响画面的成像质量。这些问题不妨参考另一位老师发表过的文章（点击查看）。

除此之外，如何将这些设备连接到一起，形成一个外观和内里排布都足够合理的结构，以及与使用者头部的连接和固定方法。这些与工业设计密切相关的问题也都是相关从业者们所必须要关注和考虑的。当然了，选择三维打印外壳也是一个不错的主意，不过对于这样一次极客式的尝试而言，我们远不需要做到那么复杂。笔者选择了Cardboard作为示范的头盔外壳，并且将刚才的东西一股脑塞进去粘好，点亮！也许，这一切也许并不是那么具有山寨的气息？

看起来有一点进展了，至少现在有了一块可以用来看看日本小电影的袖珍屏幕。事实上，如果我们现在就能找到一些以左右眼分隔方式输出的视频的话，把它放大到全屏播放就可以看到正确的图像了！真是令人激动的成果啊，但是买点屏幕和驱动板就拉倒，这显然不应该是VR头盔的全部；至少，不能连最基本的交互行为都没有。

（视频源来自：360heros.com）

没错，我们下一步要解决的问题，就是让显示的画面能够跟随头部的旋转变化，让使用者真的可以有身临其境进行观察的感觉。既然是模拟头部的旋转姿态输出，自然少不了一个重要的参与者：惯性传感器（IMU）。

笔者在另一篇拙文中曾经提及IMU的实现原理，参见其中第（4）节：《成为VR的利器之前，运动捕捉技术是如何发展过来的？》

那么，我们从IMU传感器中能够得到什么样的数据呢？通常一个九轴的IMU传感器（包含三轴加速度计，陀螺仪与地磁传感器）可以输出如下所示的数据内容：

958 65517 268 0 0 0 38 70 65497

958 65517 268 0 65535 0 38 70 65497

958 65518 269 0 65535 0 38 70 65497

958 65517 270 0 65535 0 38 70 65497

958 65517 270 0 65535 65535 38 70 65497

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（编辑：应用网_丽江站长网）

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