Oculus Rift评测介绍 Oculus Rift是什么

2016-10-24 14:27:30来源： pc768软件站作者：佚名我要评论()

1. 简介

去年 8 月的时候，我经好友介绍，了解到了当时正在 Kickstarter 网站上募资的 Oculus Rift 虚拟现实眼镜项目 (后文简称 Rift)。虽然那个时候 Kickstarter 上的项目页面中并没看到 Oculus Rift 眼镜的实物，不过看过五分钟不到的演示视频的后，我便迫不及待的想预定一台了。

Oculus Rift 在 Kickstarter 上的募资页面

与目前同样被广泛关注的 Google Glass 不同，Rift 是一款虚拟现实 (VR) 的头戴式显示器。在带上它之后，使用者将看到的是另一个虚拟的世界，并且通过双眼视差，使用者会有很强的立体感。此外，由于 Rift 眼镜当中配有陀螺仪、加速计等惯性传感器，可以实时的感知使用者头部的位置，并对应调整显示画面的视角。这样一来用户就仿佛完全融入在到了这个虚拟世界当中。

Rift 将电脑中的虚拟场景展现给用户

自然不难想象，Rift 的最佳应用之一就是电子游戏。虽然目前各类游戏已经可以渲染出以假乱真的 3D 场景，但是由于玩家仍旧是盯着一个有限大小的显示器看。相比如果使用这类虚拟现实眼镜，相信可以极大增强玩家的现场感，多少可以体验到像电影 Matrix 中那样后脑插上电缆，就可以进入另一个世界的感觉吧!

Rift 配备的惯性传感器感知用户头部的姿态信息

从技术上来说，虚拟现实眼镜并不是什么新鲜玩意。相关的研究领域十几年前就开始使用这类设备开展研究了。不过在 Rift 问世之前，这类设备往往不是售价昂贵就是性能不足，难以带来逼真的虚拟现实。

美国军方使用虚拟现实眼镜对士兵进行训练

而 Rift 相比他们来说显得非常“亲民”。当时在 Kickstarter 上赞助一套完整的 Rift 眼镜开发者套件是 $300，而对于身在中国的我，需要额外 Pledge $30 作为快递费用。因此当时“订购”一台 Rift 眼镜的价格就是 $330，约合￥2032。

这个价格相比其他动辄上万的专业级别 VR 眼镜来说便宜了不少。但如果单从价格本身来看，可能还是会觉得这个定价偏贵，更何况 Kickstarter 项目并非是购物的过程。赞助者需要承担项目今后夭折而颗粒无收的风险。

不过在我比较了目前市面 SONY 的另一款相似的 3D 头戴式显示器后，觉得这个价格还是很合算的。虽然 Rift 的显示分辨率比 SONY 的产品略低，但是 Oculus 官方宣称他具有 110 度的视角，并且带有头部姿态传感器。而 SONY 的眼镜则只有 45 度的视角，并没有姿态传感器来实现虚拟现实的应用，但价格却在￥5000 以上。

Oculus Rift 宣传视频中宣称的 110 度视角

经过了半年多的等待，Oculus 团队不负众望陆续将 Rift 开发套件送到了全球各地的赞助者手上。我也在今年 4 月底收到了等候多时的 Rift。那么 Rift 到底用起来感觉如何？接下来我将向大家分享我的使用体验。并且由于我本身对电子制作和机器人有浓厚兴趣，因此本文也将花一定篇幅探讨 Rift 背后的技术实现以及针对他进行扩展应用。

2. 开箱照

我的 Rift 是从香港寄来的，快递使用的是 EMS。打开纸箱后就会看到 Rift 定制的黑色箱子，感觉很专业：

打开箱子后就可以看到 Rift 整机、说明书、连接线和其他配件：

在说明书中列出了套件中的所有物品清单，可以看出 Oculus 很用心，还准备了两种不同长度的 HDMI 连接线。另外箱子中也包含了不同国家的电源插头转接头，同时还有为不同裸眼视力人群准备的可拆换镜片（后文将具体介绍）。

一套完整可以工作的 Rift 套件包含如下的部分：Rift 眼镜（显示器），眼镜驱动器盒子、电源适配器、连接电脑用的 HDMI 和 USB 线缆：

Rift 真机相比之前宣传的概念图有所变化，外壳的圆角取消了，并且感觉体积略大。不过重量控制的比较好，戴在头上不会有明显的负重感。做工上我认为只能算中上水平，不过要知道对于一个之前没有涉足硬件制造的团队来说，半年内生产出上万的批量合格产品绝非易事。

在早先的 Oculus 进度通报邮件中提及，目前所有的开发者套件均由深圳的工厂负责代工。

Rift 驱动器盒，与 Rift 眼镜采用固定的电缆连

3. 使用过程和体验

连接与供电：Rift 本质上说是一个接受 HDMI 和 DVI 输入的显示器，同时也是一个可以检测空间姿态信息的 USB 设备。所有与电脑连接的接口都设计在了 Rift 驱动器盒子上：

驱动盒的接口，依次为：HDMI、DVI、Mini USB 和 5V 直流电输入

控制盒的另一侧是各类控制按钮，包含电源控制和对画面亮度、饱和度的调节。

在使用时，用户必须将电脑的 HDMI 或者 DVI 之一的信号连接到 Rift，同时还需要连接 USB 线缆，以及一个用于供电的直流电适配器：

Rift 需要 5V 1500mA Max 的额外供电

从接口上来说还是比较繁琐的，这也限制了 Rift 使用的便携性。普通用户无法带着 Rift 在户外或者没有交流供电的环境下使用。之所以需要额外的直流电适配器，我认为是因为 Rift 自身功耗较大，无法直接通过 PC 的 USB 口获取足够的电流。在本文后续部分我将具体探讨这一话题，以及改造的可能。

将 HDMI 和 USB 线与电脑连接后，通过控制盒上的电源按钮可以开启眼镜：

Oculus 巧妙地将蓝色的电源指示 LED 安排在了自身眼睛形状 Logo 的中间，再次体会到制作团队的用心。

画面体验和原理简介

在开启电源之后，即使没有打开 Rift 专用的程序，也可以看到 Rift 眼镜中已经有画面显示了。

如果将 Rift 眼镜上的透镜拆掉，就可以看到藏在眼镜底部的 LCD 显示器。它只是简单的复制了电脑显示器的画面而已。

另外也可以在电脑的设备列表中看到名为 Tracker DK 的 USB 设备，它是一个标准的 HID 输入设备（鼠标、键盘这类外设均为 HID 设备，即人机接口设备，他们拥有共同的通讯协议规范）。

之所以要强调这两点的用意是为了说明 Rift 具有很好的兼容性。主流的系统不需要安装额外的驱动程序就可以使用。

这里先使用 Oculus 官方提供的一个实例程序来体验 Rift 的实际感受。不过最真实的感受还需要大家亲自体验，这里我尝试通过各种角度的描述，尽可能多的讲述我自己的感受。

上图为 Oculus 官方提供的演示程序的启动配置窗口。目前采用 Oculus SDK 开发的应用大多采用这个标准的配置界面。由于目前 Rift 眼镜采用 1280×800 的 LCD，因此在演示程序稍后就会将画面切换到该分辨率下。（经过我验证，Rift 可以接受 1080p 的画面输入，但是就和投影仪一样，在眼镜中显示的实际分辨率仍旧是 1280×800 的缩小后的画面）

启动后电脑显示器将出现下图那样的左右看似重复的画面，并且边缘还带有扭曲：

很容易猜到这两幅画面其实分别对应了 Rift 中左右眼应该看到的部分。而之所以扭曲，这便是 Rift 能实现 110 度视角的奥秘所在：采用凸透镜将画面放大。

利用凸透镜将原先长度为 x 的画面放大至 x’。

Rift 在 LCD 屏幕前安装了凸透镜，用于扩大视角

由于凸透镜在放大画面的同时会产生扭曲，因此就需要先将 PC 的原始输出画面做扭曲的处理，就可以抵消扩大视角范围造成的画面扭曲。

为了给大家直观的感受，这里将 Rift 左右眼位置的凸透镜拆除，可以看到背后的 LCD 显示的对应画面：

虽然这样远距离看上去画面很清晰，但是如果不安装凸透镜，直接将 rift 带上，双眼就会看到模糊一片的景象，并且也会感觉画面很小。

那么带上 Rift 看到的画面是怎样的呢？这里我将相机仿造人肉眼那样直接贴紧 Rift 拍摄，此时的画面就和亲身的体验很接近。不过亲身的体验是全三维的，很有现场感。这种感觉靠本文难以带给读者。

相机尚未完全紧贴 Rift 时的效果，此时基本可以看到画面

相机完全紧贴 Rift 拍摄的效果，此时的画面与亲身的体验很类似（立体效果无法展现）

从实际体验来看，首先很明显的感受是融入感很强，感觉并不是盯着一个屏幕看，而是完全进入了这个场景。这也是 Oculus 之前宣称的。
但是不足的是画面的颗粒感很强。带上眼镜后，原本屏幕上显示的画面被放大到了全部视野，感觉有几米那么高，因此实际眼睛看到的效果和下图类似：

与亲眼体验 Rift 感受类似的画面，颗粒感比较强

这算是目前开发机最大的不足。不过相比融入感带来的体验来说，这种颗粒感很快就会被忘却。总的来说感受就是：奇妙！

对于我这样的近视人群，使用 Rift 时无法佩戴眼镜，那么是否会看不清画面呢？这点 Rift 团队的确也想到了，为了照顾不同视力的人群，目前开发套件中包含了 3 种规格的凸透镜，规格分别叫做 A Cup, B Cup 和 C Cup。按照焦距分别对应于远视、正常视力和近视。

每种类型的凸透镜均有两片，可以左右眼位置安装不同规格的透镜。

此外，由于不同人视力差异，Rift 眼镜还带有焦距微调机构，可以分别调节左右眼的焦距：

Rift 两侧都带有可以微调凸透镜焦距的机构

视角切换体验

作为虚拟现实眼镜另一个很重要的指标就是在人扭头，视角切换时候，所看到画面随着切换的响应速度了。如果传感器或者软件处理的较慢，则会感受到所看到的画面有所滞后。从而产生不真实感，更是会令人晕眩。

对此 Oculus Rift 在宣传中申明采用了 1000hz 刷新率的惯性导航定位算法，可以实现很低的滞后率。

从我的感受看，前文提到的官方演示程序的确表现很出色。读者不妨先看这段视频感受一下。

佩戴舒适度与晕眩感

由于 Rift 眼镜较轻，因此短期戴在头上不会有什么负重感。但由于需要将双眼长时间封闭，因此在天气较热的时候会觉得不舒服。

而晕眩感则较为明显，由于目前 Rift 仅能感受头部的转动，不能感受身体移动。因此在虚拟场景中的移动一般是需要通过键盘、游戏杆这类传统设备来控制的。而在“移动”的时候，由于虚拟现实带来的融入感，人体本能的会认为自身出现不受控制的漂移。此时就会产生晕眩感，这与晕车晕船的体验一样。并且长期也可能出现恶心呕吐，这一点也在 Rift 的操作手册中重点给出了警告。

不过我发现晕眩感主要发生在虚拟场景由静止变为移动，或者移动方向剧烈变化时刻，而较为缓慢的“移动”速度可以减轻晕眩感。

要解决这个问题，或许最好的途径就是让现实世界中的使用者真正的动起来。对此，国外的 Virtuix 公司给出了一个比较好的方案。将 Rift 配合他们研制的全方位跑步机来使用。不过我目前没有这样的跑步机，具体效果就不得而知了。不过可以做其他方面的尝试。这将在后文提到。

Virtuix 的全向跑步机配合 Rift 实现带有移动感知的虚拟现实体验

支持 Rift 的应用和游戏

相信大多数购买或者打算使用 Rift 的用户都会关心这个问题，目前来说支持 Rift 眼镜的游戏和应用的确只有几款。从我了解到的情况看，目前可以获取的，唯一的支持 Rift 的完整版本游戏是由 VALVE 出品的 Team Fortress 2。这款游戏目前可以免费从官方下载并使用。

Team Fortress2 官方放出的支持 Rift 的宣传图

我也下载了这款游戏并结合 Rift 进行了体验。总体感觉不错。

Team Fortress2 需要通过设置命令行参数”-vr”激活 Rift 模式，但目前只有 Windows 版本的 Team Fortress2 支持 Rift 眼镜，而 MacOS 和 Linux 版本尚无法开启 Rift 模式。

在以 Rift 模式启动后，所有的界面都会变成左右画面模式，以方便用户通过 Rift 直接操作：

启动 Rift 模式后的 Team Fortress2 主菜单

从 Rift 中看这个主菜单像是在 2 米外的一个 100 寸投影屏幕。并没有填充到所有的视野范围，正因为如此，在 1280×800 的分辨率条件下，留给主菜单显示的实际分辨率很小，大概只有 3/5 的画面面积。因此导致菜单中的文字难以看清。Team Fortress2 开发团队也意识到了这个问题，刻意在 Rift 使用说明中指出，需要先通过普通模式玩过游戏熟悉界面后，才推荐进入 Rift 模式。

在 Rift 中文字难以辨认

不过还是能看出游戏开发团队为了支持 Rift 付出的努力。为了避免玩家出现晕眩等不适症状，在 rift 模式下游戏包含了专门针对 Rift 的校正工具。用于按照每个人的特点定义画面的各类参数，主要的校正项目是双眼的间距：

Team Fortess2 专门为 Rift 设计的校正工具

这个工具很大程度上的增强了 Rift 的使用体验，也是目前其他 Rift 应用所没有的。

在进入游戏后的感觉还是非常棒的，画面的延迟几乎不存在。同时现场感很强，在物体近距离爆炸产生的残片飞近时，我会不自觉地眨眼甚至尝试扭头躲避！并且可以在游戏中随意扭头查看四周情况，而不干扰传统使用鼠标进行的动作，与现实中非常像。

从 Rift 中看到的游戏场景

游戏中扭头看身后的情况

不过除了这款游戏之外，目前可以获取的只有少数的几个演示程序。除了前文介绍的 Oculus 官方的例子外，其实有一款名为 Museum of the Micro stard 的演示程序。不过相比较，它的体验并不好，主要是画面的滞后感较大，此外在虚拟世界中移动速度过快，很容易产生晕眩。

Museum of the Micro stard 的场景

不过随着 Rift 开发套件的陆续发货，今后将有大批的游戏和应用出现。目前在 kickstarter 上也已经可以看到几款为 Rift 开发的游戏的募资页面了。

目前网上有一个已经或者将要支持 Rift 的应用列表：

在后文我们也将看到，Oculus SDK 已经对 Unity 引擎提供了不错的整合，对于本身基于 Unity 开发的游戏或者应用，相信迁移到 Rift 上应当不是难事。

体验小结

总体来说 Rift 眼镜是满足我的期望的，并且带来的虚拟现实融入感很强。对于画面分辨率低的问题可以一定程度上被忽视。而且随着今后零售版本的发布，相信那时候将采用 1080p 或者更高的 LCD，此时画面颗粒感的问题应当有所缓解。

将 Rift 眼镜分离，并拆开。来源自 ifixit 的拆解文章

4. 内部构造和简要分析

在介绍完了 Rift 的使用感受后，让我们了解下 Rift 的构造和原理问题。由于之前 ifixit 网站已经做过了这方面的拆解，因此这里就直接以他们的图片作为例子。

Rift 可以通过简单的步骤拆开，在其核心的眼镜部分包含了 LCD 面板以及带有三轴陀螺仪、三轴加速计和三轴磁罗盘的 9 自由度传感器 PCB。

所有核心的部件均安装在眼镜底部的平坦部分

上图下边的黑色 PCB 对于制作无人飞行器的朋友会很熟悉，它其实就是一个标准的航姿参考系统 (AHRS)：

其中画面上半部分据采用了一块由台湾生产的 1280×800 7 寸的 LED 背光 LCD，据 ifixit 描述，这块面板的厂家也将在今后给 apple ipad mini 供应面板。而面板本身则通过画面中那些细线与控制盒连接。通过其中使用的芯片 (HX8851) 可以得知，该信号线为 LVDS，电脑输出的 HDMI/DVI 信号应该已经在控制盒中完成了转换。

Rift 使用的姿态传感器 PCB

同样功能的 PCB 在四旋翼等飞行器中广泛使用。

控制盒的 PCB，红色最大的芯片为视频信号接口芯片

对于飞行器来说，带有这类功能的 PCB 显得非常常见。从 ifixit 的照片中可以得知，Rift 采用了 MPU6000 的陀螺仪 / 加速计集成芯片。该芯片内置了 3 轴的陀螺仪和加速计，并且使用 SPI 总线对外输出数据，完全可以实现官方宣称的 1000hz 的采样速率。而画面上放黄色的芯片为 Honeywell 的 HMC5883 3 轴电子罗盘。在工作中，陀螺仪和加速计将用于感知自身的俯仰角和翻滚角信息，并配合电子罗盘得到人的水平朝向角度。

画面中央红色的芯片是一块主频为 72Mhz 的 32 位 ARM 处理器，STM32F103C8。该芯片应该将负责采集各传感器的数据后，进行必要的数据融合和滤波，并将处理好的姿态信息发送给 PC 机。

这样的配置，对于要实现低延迟的视角切换来说应当是绰绰有余的。

相比 Rift 眼镜部分，控制盒的构造就显得更为简单。从 ifixit 的拆解图看出，他内部基本部件就是负责将 HDMI/DVI 信号转化为直接驱动 LCD 的 LVDS 信号。并且负责稳压和对姿态传感器信号的转接传输工作。

Oculus 官方提供的 Rift SDK 下载

对于 Windows 下的开发，SDK 中包含了 Visual Studio 2010 的工程文件，可以很容易的编译出之前文中提到的官方 Demo 以及另外两个例子应用。

检测 Rift 上姿态传感器用的工具程序：

下图是一个简单的室内环境场景例子：

SDK 中的例子也允许开发者设定各种参数用于调节最佳的体验：

对于有图形开发经验的人来说，使用 SDK 配合这几个实例程序是很容易开发出自己的 Rift 应用的。同时 SDK 的源代码采用 C++ 开发，实现上具有很好的平台依赖的抽象，可读性优秀。很容易移植到其他的平台当中，也是不错的学习资料。

实测 Rift 功耗情况

便携式改造的探讨

这里讨论下如何将 Rift 改造成适合随身携带使用的可能性。前面的介绍中提到 Rift 不方便随身使用的问题。其中一个关键障碍在于它需要一个接交流电的 5V 电源适配器。
其实要解决对交流电的依赖很容易，可以使用 5V 输出的移动电源、电池组等给 Rift 进行供电即可。同时，我也对 Rift 工作时的具体功耗做了测试，大部分情况下，Rift 的工作电流是<600mA 的水平。目前的很多 PC 其实都可以提供 1A 的 USB 供电电流输出，因此也可以直接将 Rift 改造成为完全由 USB 供电的版本。