VR設備是如何構造出一個虛擬的世界？可穿戴的高科技設備是如何欺騙你的大腦，當你撞上廚房的柜臺的時候卻讓你覺得你是站在火星上？在這里我們將向您解釋VR頭顯是如何在現實環境下構造出一個虛擬的世界。讓我們從一些基礎設備開始講起。

主流頭顯市場已經被Oculus, Sony, Sumsang 和Google等大公司占據，此類頭顯通常需要三部分協同工作使它運轉起來：

第一，PC或者智能手機運行APP；

第二，固定在你的眼前的頭顯（或是手機屏幕）；

第三，其他輸入設備——頭部追蹤設備，控制器，手部追蹤設備，聲音輸出設備，或是觸控板等等。

VR沉浸式體驗設備大體上是朝著這樣的方向努力的——將虛擬現實的體驗變得盡可能真實，以至于讓我們忘記我們在使用著電腦，頭顯和配件，忘記我們在真實世界中的真實感受。我們不禁發問，他們是如何做到的呢？

基礎設備

VR智能硬件的目標是模擬出身體的形狀以及無邊界限制的3D虛擬環境，我們通常把電視或者電腦屏幕和VR智能硬件設備連接起來，因此無論你往哪個方向看，電腦屏幕都會在你眼前。這不同于AR設備，AR設備讓你看到的畫面是真實的世界。

視頻通過與高清晰度多媒體接口連接的導線從計算機傳輸到像HTC Vive和Oculus Rift頭顯設備中，而對于Google Cardboard和Samsung Gear VR已經把智能手機內嵌到頭顯設備中。

在VR頭顯設備結構中，你的眼睛和外面顯示的畫面中間會有一個鏡頭，這就是VR頭顯的鏡頭通常被稱作護目鏡的原因。在某些情況下，眼睛和護目鏡之間的距離可以根據個人的情況或是喜好而調整。

這些鏡頭焦點通過角度加工的方式把2D平面圖像做成3D立體圖像，并且模擬人眼的工作方式和觀察方式使得我們看到的世界和真實的世界稍有不同。你可以嘗試閉上一只眼睛，然后看別人從這個角落走到另一個角落里去，你就能感受到VR頭顯的效果。

VR頭顯可以增強沉浸效果的一個重要的方法就是增加VR眼鏡的視野。一個可以看到360度的顯示屏可能對于VR頭顯來說太昂貴并且意義不大。而最頂級的頭顯是讓用戶能夠有100度或者110的視野就好，這樣的視野足夠來模擬一個虛擬的情景。

用戶實際觀察到的VR圖像是最具有說服力的，為了避免VR設備工作延遲和用戶感覺不適，圖像的最小幀速率大約為60幀/秒，而現在的VR頭顯的性能遠遠超過了這個最低要求，Oculus可以達到90幀/秒的水平，PS VR可以達到120幀/秒的水平。

頭部追蹤設備

頭部追蹤設備作用是，當你戴上VR頭顯時，你眼前的畫面會隨著你向上下看、左右看、轉頭看而移動。一款叫6DoF (6 degrees of freedom)的系統可以根據你頭部的運動情況和視野情況來繪制視線中的X，Y，Z軸。

有一些內部組件可以在頭部追蹤設備中使用，例如陀螺儀、加速度計和磁力計。PS VR使用9個發光二極管安裝在頭顯的周圍，得益于外部PS4攝像頭監控這些信號，發光二極管會感應到用戶頭部的活動信息并且能夠得到360度的視野。Oculus公司研發的頭部追蹤設備有20個二極管，但它們都沒有光亮。

頭部追蹤技術需要的低延遲率還是有效的，我們通常說當我們轉頭或是畫面的環境變化時，在50毫秒以內的延遲我們一般都能檢測得到。Oculus Rift可以將延遲降低到30毫秒。延遲也可能是任何運動追蹤輸入設備的通病，例如PS移動式控制器，可以用來測量我們的手和手臂動作。

最后，耳機可以用來增加沉浸感。APP和游戲開發人員研發的頭部追蹤技術有效地利用了3D音效，并且這個能讓VR設備穿戴者感覺到聲音從后面從側門或是從遠處傳來。

運動追蹤設備

頭部追蹤設備的一大優勢就是，尚未發行的優質頭顯有超過Google Cardboard的潛質。然而，喜歡大型VR設備的玩家仍然更偏愛運動追蹤設備。 當你戴著VR頭顯向下看時，你可能想要做的第一件事就是在虛擬的空間中看看你的手掌的模樣。

曾經有一段時間，我們見過Leap Motion的配件——它使用一個紅外傳感器來跟蹤手部動作，綁在Oculus公司開發套件的前面。我們也做過使用2個Kinect攝像頭來跟蹤我們身體搖擺的實驗。但是有了一些令人感到興奮的輸入設備，比如說Oculus Rift，HTC Valve和Sony系列等。

Oculus Touch是一套無線控制器，該設計會讓你覺得你在使用自己的雙手實現VR操作。你抓住每一個控制器同時使用按鈕、搖桿，在VR游戲中觸發相應的事件。因此，舉例來說，扣動手槍扳機這個動作，該設備上會設計出一系列的矩陣來檢測你的手勢動作，例如用槍指的動作和移動槍等一系列動作。

與Valve Lighthouse位置追蹤系統非常類似的是為HTC Vive頭顯所設計的HTC的控制器。它涉及到2個可以使用激光進行掃描的設備。根據發射的激光被安裝在頭顯和手持控制器上的光電傳感器所感應到的時間，我們可以檢測出用戶的頭和手的精確位置。跟Oculus Touch一樣，這些還配置了物理按鈕，令人不可思議的是你可以在同一個空間中使用兩套Lighthouse系統來追蹤多個用戶。

眼動追蹤設備

眼動追蹤設備可能是VR設備中的最后一塊拼圖。它對Rift, Vive 或者 PS VR都不適用，但是它在日本FOVE公司推出的設備中起到十分重要的作用，并且前景令人十分看好。那么問題來了，它是如何進行工作的呢？

事實是這樣的，頭顯內部的紅外線傳感器監控用戶眼睛的運動以便于FOVE設備能及時檢測到用戶的目光朝向。這么做的主要好處是可以更精確地反饋你目光朝向的地方，這就使景深更逼真。

頭顯還需要高分辨率的顯示器，以避免用戶會看到一些模糊不清的網格棱角。因此我們應該致力于盡可能地把VR圖像變得更加栩栩如生。如果沒有眼動追蹤設備，那么我們只能通過頭部的轉動來改變視野中的景象，這種場景模擬的效果可能差一些，因為這樣并不能把人類眼睛轉動的生理和心理狀態表現出來。