Покращення сприйняття глибини у VR за допомогою 360-градусних камер

Розуміння важливості сприйняття глибини

Сприйняття глибини — це візуальна здатність сприймати світ у трьох вимірах (3D) і оцінювати відстань до об’єктів. Це фундаментально для того, як ми взаємодіємо з навколишнім середовищем, і має вирішальне значення для створення відчуття присутності у VR. Без точних підказок глибини VR може здаватися плоским, неприродним і навіть викликати дискомфорт або заколисування.

У реальному світі ми покладаємося на комбінацію монокулярних і бінокулярних сигналів, щоб сприймати глибину. Монокулярні сигнали, такі як відносний розмір, градієнт текстури та оклюзія, можна сприймати одним оком. Бінокулярні сигнали, насамперед стереопсис (різниця в зображеннях, які бачать кожне око), вимагають спільної роботи обох очей.

Системи VR мають на меті відтворити ці сигнали, щоб створити переконливу ілюзію глибини. Під час використання 360-градусних камер захоплення та точне відтворення цих сигналів стає складнішим, що вимагає спеціальних прийомів і ретельного калібрування.

Методи покращення сприйняття глибини

Можна застосувати кілька методів для покращення сприйняття глибини у VR за допомогою 360-градусного запису камери. Ці методи зосереджені на точному захопленні та відтворенні глибинної інформації, а також на оптимізації перегляду для користувача.

1. Стереоскопічне відео 360

Стереоскопічне кругове відео є одним із найефективніших способів створити сприйняття глибини у VR. Це передбачає зйомку двох окремих 360-градусних відео, по одному для кожного ока, імітуючи те, як наші очі сприймають світ. Різниця між цими двома зображеннями створює стереоскопічний ефект, забезпечуючи сильне відчуття глибини.

• Налаштування камери: використовуйте стереоскопічну 360 камеру з двома камерами, розташованими на відстані, подібній до середньої міжзіничної відстані (IPD) людини.
• Синхронізація: переконайтеся, що камери ідеально синхронізовані для одночасної зйомки сцени.
• Рендеринг: візуалізуйте два відео окремо та відображайте їх для кожного ока в гарнітурі VR.

2. Паралакс і паралакс руху

Паралакс – це видиме зміщення об’єкта при погляді з різних позицій. Паралакс руху — це зміна паралакса, викликана рухом глядача. Обидва є потужними сигналами глибини, які можна покращити у VR.

• Зйомка: під час зйомки 360-градусного відео переконайтеся, що в сцені достатньо руху або камера злегка переміщена, щоб створити паралакс.
• Візуалізація: належним чином візуалізуйте ефект паралакса, щоб об’єкти, ближчі до глядача, здавалося, рухаються більше, ніж об’єкти, що знаходяться далі.

3. Оптимізовано розміщення камери та дизайн установки

Розміщення та конструкція камери 360 значно впливають на якість сприйняття глибини. Уважно слід звернути увагу на відстань між камерами, вирівнювання камери та загальну стабільність бурової установки.

• Відстань між камерами: експериментуйте з різними відстанями між камерами, щоб знайти оптимальний баланс між глибиною та комфортом. Занадто велика відстань може спричинити напругу очей, тоді як надто мала відстань може не забезпечити достатньої глибини.
• Вирівнювання камери: переконайтеся, що камери ідеально вирівняні, щоб уникнути вертикальних або горизонтальних розбіжностей, які можуть порушити сприйняття глибини.
• Стабільність обладнання: використовуйте стійке обладнання, щоб мінімізувати вібрацію та рух, які можуть викликати помилки у відзнятому відео.

4. Методи оцінки глибини

Незважаючи на те, що 360-градусні камери за своєю природою знімають сферичні зображення, вилучення точної інформації про глибину може значно покращити досвід VR. Для оцінки глибини 360-градусного відео можна застосувати кілька методів, хоча вони часто вимагають складних алгоритмів і обробки.

• Структура з руху (SfM): алгоритми SfM можуть реконструювати 3D-сцену з кількох накладених зображень. Аналізуючи рух об’єктів між різними кадрами, можна створити карту глибини.
• Одночасна локалізація та відображення (SLAM): Алгоритми SLAM одночасно створюють карту навколишнього середовища та відстежують позицію камери. Цю інформацію можна використати для створення 3D-моделі сцени, що надає інформацію про глибину.
• Машинне навчання: моделі глибокого навчання можна навчити оцінювати глибину за одним або кількома 360-градусними зображеннями. Ці моделі можуть навчитися розпізнавати закономірності та особливості, які корелюють із глибиною, дозволяючи точно оцінювати глибину.

5. Включення просторового аудіо

Звукові сигнали відіграють важливу роль у нашому сприйнятті світу. Просторове аудіо, яке імітує шлях поширення звуку в 3D-просторі, може значно покращити сприйняття глибини у VR. Завдяки точному позиціонуванню звуків у віртуальному середовищі користувачі можуть краще розуміти розташування та відстань до об’єктів.

• Бінауральний запис: Використовуйте бінауральні мікрофони для запису звуку таким чином, щоб імітувати людський слух. Це вловлює тонкі відмінності звуку, які досягають кожного вуха, забезпечуючи просторові сигнали.
• Механізми просторового аудіо: використовуйте механізми просторового аудіо для обробки та відтворення звуку у VR. Ці механізми можуть імітувати ефекти відстані, оклюзії та реверберації, створюючи більш реалістичне звучання.
• Динамічний звук: реалізуйте динамічний звук, який змінюється залежно від рухів голови користувача. Це гарантує, що звук залишається точно розташованим у віртуальному середовищі, коли користувач дивиться навколо.

6. Калібрування користувача та налаштування IPD

Міжзінична відстань (МЗД) – це відстань між центрами зіниць очей. Точне налаштування IPD має вирішальне значення для комфортного й точного сприйняття глибини у VR. Якщо налаштування IPD системи VR не відповідає фактичному IPD користувача, сприймана глибина може бути спотворена, що призведе до напруги очей і дискомфорту.

• Автоматичне налаштування IPD. Деякі гарнітури VR мають автоматичне налаштування IPD, яке використовує датчики для вимірювання IPD користувача та відповідного налаштування дисплея.
• Ручне налаштування IPD: інші гарнітури вимагають ручного налаштування IPD, коли користувач регулює диск або повзунок відповідно до свого IPD.
• Інструменти калібрування: надайте користувачам інструменти калібрування, які допоможуть їм точно визначити свій IPD.

7. Вирішення конфлікту вергенції та пристосування

Конфлікт вергенція-акомодація є поширеною проблемою у VR, яка може негативно вплинути на сприйняття глибини. Вергенція – це рух очей для фокусування на об’єкті, тоді як акомодація – це зміна форми кришталика для фокусування на об’єкті. У реальному світі вергенція та акомодація тісно пов’язані.

У VR, однак, очі сходяться на віртуальний об’єкт, але лінза залишається сфокусованою на фіксованій відстані від дисплея. Цей конфлікт може призвести до напруги очей, розмитості зору та зниження сприйняття глибини. Хоча ідеального рішення немає, кілька методів можуть пом’якшити наслідки конфлікту вергенції та пристосування.

• Дисплеї світлого поля: дисплеї світлого поля намагаються відтворити світлове поле реальної сцени, дозволяючи очам природним чином фокусуватися на віртуальних об’єктах на різних відстанях.
• Варифокальні дисплеї: варіфокальні дисплеї регулюють фокусну відстань дисплея відповідно до відстані вергенції, зменшуючи конфлікт між вергенцією та акомодацією.
• Дизайн вмісту: створюйте контент VR, який мінімізує швидкі зміни глибини й уникає розміщення об’єктів надто близько до користувача.

Виклики та обмеження

Незважаючи на прогрес у технології VR, досягнення ідеального сприйняття глибини за допомогою 360-градусних камер залишається складним завданням. Щоб створити справді захоплюючий і комфортний досвід віртуальної реальності, необхідно врахувати кілька обмежень.

• Обчислювальні витрати: методи оцінки глибини та візуалізації можуть бути дорогими з точки зору обчислень, вимагаючи потужного апаратного забезпечення та оптимізованих алгоритмів.
• Збір даних. Зйомка стереоскопічного 360-градусного відео вимагає спеціального обладнання та ретельного калібрування.
• Дискомфорт користувача: Неправильні налаштування IPD, конфлікт вергенції та акомодації та інші фактори можуть призвести до напруги очей, заколисування та дискомфорту.
• Створення контенту: для створення контенту VR, який ефективно використовує підказки глибини, потрібні спеціальні навички та інструменти.