专访丁守谦、李进良:深度解析非近轴光学原理

2018-07-12 11:21 环球网 樊俊卿

  【环球网科技 记者 樊俊卿】四年一度的世界杯正如火如荼的进行中,有一项技术能够使球迷从家里走进足球的赛场,这个技术就是VR技术。

  近年来VR技术可以算是科技界的宠儿,随着该技术的蓬勃发展,VR也开始渐渐的走入普通人的生活。虽然目前该技术尚不成熟,但仍处于不断的更新和完善之中。近年来,中国VR、AR教育文化产业领先公司玄视科技的两位教授发明了一项叫做“非近轴成像”的VR技术,成功的解决了VR眼镜眩晕的问题,响彻国内外各大媒体。

  今天环球网科技有幸邀请到非近轴成像VR技术的研发者丁守谦教授和李进良教授,为我们详细解读非近轴成像理论原理。

  VR到底是什么

  李进良教授表示,VR技术早在上个世纪三十年代就已经出现了,但直到2014年,Facebook花费20亿美元收购Oculus,这时VR技术才引起全世界的重视。Oculus利用VR技术,让人们观看拍摄的景物图像时有亲临其境的体验,仿佛自己就沉侵在“立体的现实世界”之中。现在学界共有“虚拟现实”VR技术、“增强现实”AR技术和“混合现实”MR技术三种,三种技术共有的现实都是立体的世界。

  “但是,在该技术刚出现的时候,人们没能完全掌握立体显示的原理,虽然在刚开始观看的时候感觉很好,但看不了多久就会感到头晕脑胀,这是它的缺点。”李进良教授说,“丁守谦教授经过二十多年的研究,发现立体的显示光靠180多年前的‘高斯光学’,也叫‘近轴光学’是不行的。近轴光学可以广泛运用在显微镜、望远镜、射电天文望远镜和电子显微镜等设备上,使这些设备捕获很好的图像,但这些图像都是平面的。而现实世界是立体的,在立体情况下怎样才能得到更好的图像,这是要建立在更先进的非近轴光学技术之上。”

  非近轴光学理论是VR技术的一大突破

  丁守谦首先详细解释了VR技术的成像原理。利用高斯光学原理,在VR设备中同时播放两张大同小异的照片,通过透镜折射光线,使左右眼各自看到的景象进行重合,同时利用了人体自身“对眼”的能力,使左右眼像合在一起而看出立体效果。这样的VR设备长时间观看容易引起眼部疲劳,进而产生头昏眼花的不适感。

  丁教授介绍到:“我通过一二十年的研究,彻底搞清了这一问题所在。通过我在非近轴光学领域的研究发现,在使用VR设备时,人眼不是对准透镜轴的中心,而应偏离一定的距离,这样才会使影像做非失真的横移。即左眼看到的放大影像向右横移,而右眼看到的影像向左横移,偏心距选得恰当,在虚像空间它们就完全重合在一起就看出完美的立体像,而不会引发眼疲劳,这就解决了在长时间使用VR设备时头昏脑胀的问题。”

  丁教授进一步说到:“同时,因为双眼视线是在虚像空间中汇合,左眼绝对看不到右眼所看到的影像,右眼也绝对看不到左眼所看到的影像,所以不会发生‘串影’的现象。又由于采用了光学玻璃材质,这一材质对光学的亮度和饱和度都不会产生损失,所以双眼合成的影像就是人双眼各自看到的实物影像,这一影像不但没有损失,反而提升了它的清晰度,产生更鲜艳的色彩,例如在显示金属的光泽、绸缎衣物光泽方面更为鲜明清晰。所以我认为非近轴光学是形成理想的VR像的理论基础。”

  偏心透镜是非近轴光学的秘宝

  李进良教授表示,非近轴成像技术的核心就是如果利用偏心透镜,使左右眼看到的图像产生非失真位移,让其达到完美的重合。当前市面上的VR设备大多是靠人类眼睛“对眼”的调节功能成像的。这一成像功能在应用手机等小尺寸屏幕设备时还能清晰成像,但如果应用电脑、电视机或投影仪等大尺寸屏幕设备时便不适用了,必须要到电影院通过专门投影巨型屏幕加专业眼镜才能清晰体现。

  李教授自信的说:“VR设备要有所发展就必须要有非近轴光学理论,可以说非近轴光学是现在VR设备发展所必须的理论基础。甚至可以说是该领域唯一正确的理论,因为高斯光学无法完美解决这一问题。”

  “在3D图像方面,有着180年历史的高斯光学理论显得无能为力,而非近轴光学理论填补了这一空缺。而且,当VR设备的偏心距趋近于零的时候,这就是高斯光学所描述的现象。由此可见,非近轴光学是高斯光学的补充和扩展。”

  丁教授补充道:“发现非近轴光学理论,并不是说我比高斯聪明多少,而是时代发展出现了完美显示立体世界的需求,使我有机会首先闯入了非近轴光学这个没有被开垦的处女地中来,后续还需年轻人继承和发扬。”

  非近轴光学VR设备已达5K超高清

  丁教授依据非近轴光学原理有两项发明,一项是在2009年,丁教授研发立体眼镜,曾有人将其称作“丁氏立体眼镜”。该产品的特点是可以通过调节VR眼镜焦距、偏心距,从而适配手机、平板电脑、电视、投影仪等从小到大各种尺寸的显示屏幕,为更多设备提供立体观看感受。第二项发明被称为 “双屏高清立体眼镜”,这个产品是2017完成专利授权的,并由郟惠忠博士协助生产,还参加过美国的SID展览。这一产品的特点是可以提供高清晰度观看,能够将手机显示的2k画面提升至4k,甚至是5k。

  李进良教授说:“本届世界杯,我国的转播信号都是高清信号,而BBC竟然采用了4k超高清的信号转播世界杯,在全世界引起震动。这就等于观众们是坐在球场的包厢里观看足球赛,观看感受非常舒适。其实这款产品早在2015年就已经研制出来,很可惜当时我们因为缺少投资,没能将其产业化,否则这次世界杯,我们中国也可以享受4k超高清,甚至是5k超高清的比赛直播了。”

  丁守谦教授补充道:“我的双屛立体眼镜是世界上绝无仅有的全新科技产品,一方面采用了非近轴光学的理论创新,目前国外还没有听说过类似的技术,另一方面这一产品利用了反光镜和透镜组合的技术,使得屏幕两边的像素合成达到5.1k水平,所以目前这一产品毫不夸张的说是全球最好的。如果说当时就有人像郟博士一样慧眼识珠,经过三年时间的发展,那今年的世界杯一定是咱们的天下,说不定早就不是5k了,我们已经向6k,甚至是8k领域进军了。”

  VR技术如何改变人们的衣食住行

  谈到未来VR技术会对人们的生活产生什么样的变化时,丁守谦教授举了几个比较具体的例子:“国家大剧院利用虚拟现实技术,观众可以坐在家里观看国家大剧院任何一场精彩的演出,这便解决了我们欣赏高质量文艺演出的需求。再例如,我们可以通过VR设备观赏杨丽萍的舞蹈,通过现在已经有的技术,可以将杨丽萍辉煌的舞蹈记录下来,立体的展现舞蹈艺术。”

  “另外,我认为婚纱摄影及个人立体写真行业未来将迎来VR技术应用的高峰。随着3D拍摄技术的发展,婚纱摄影将摆脱平面的束缚,进入3D立体的时代,这样的婚纱照岂不是更有意义。”

  “当然,最大的受益者可能还是玩游戏的人。在解决了眩晕问题后,3D虚拟游戏将迎来全新的高度。”

  李进良教授补充道:“十多年前,当摄像头第一次装在手机上时,几乎没有人会使用它,现在情况就不一样了,现在几乎人人都利用它拍照片、拍短片。我们很早之前就研制出了3D拍照手机,只需要在现有的手机上按照3D拍摄技术要求加装一个摄像头,人人就可以自主拍摄立体照片或立体视频,再通过VR眼镜就能正常观看立体虚拟现实影像了。这样一来,人人可以拍,人人可以看,就像当年的手机摄像头普及一样,3D虚拟现实也将会有更深层次的发展。”

  “5G+3D比翼高飞”中国VR技术还需后入者

  在采访的最后,丁守谦教授和李进良教授述说了对中国VR技术未来的期望。

  李教授说:“我认为,非近轴光学是丁教授在光学领域的扩展,但这一技术还是一块没有经过开垦的处女地,目前只有丁教授一人涉足其中,还有很多领域需要研究。现在,我们就在推动国内进行光学研究的大学、研究所等机构对非近轴光学进行深入研究,把它发扬光大。我们希望能够推动非近轴光学的研究,在世界上留下中国人的光辉足迹。”

  丁教授则表示:“因为科学发展是无止境的,我只是第一个闯入非近轴光学领域的人,有很多工作还没有来得及做,加上年事已高,所以我希望后进者能够在我的肩膀上继续开发研究这一领域。中国最缺少的就是科学理论的发明,所以我期望非近轴光学理论可以成为中国人所骄傲的理论之一。”

  “现在5G已经处于通信技术的顶尖地位,我们也希望中国的3D技术也能站在世界巅峰。所以我们提出一个口号,叫做“5G+3D比翼高飞“,冲上世界的顶峰。”

责编:樊俊卿
分享:

版权作品,未经环球网Huanqiu.com书面授权,严禁转载,违者将被追究法律责任。

推荐阅读