Поле зрения в гарнитурах виртуальной реальности
Когда вы смотрите по сторонам, не поворачивая головы, вы не видите отдельных четких объектов. Вы видите широкую дугу — от левого плеча до правого, от пола под ногами до потолка над головой. Вся эта дуга — ваше поле зрения, которое обычно сокращают до ПЗ или FOV (Field of View) . Чем больше значение FOV, тем шире обзор и больше объектов попадает в кадр, но объекты кажутся дальше. Узкий FOV приближает картинку, фокусируя взгляд на деталях.
Что такое поле зрения и почему оно важно
Почему размер виртуального «окна» определяет, насколько реальным кажется виртуальный мир, и почему инженеры до сих пор стремятся его расширить.
В виртуальной реальности поле зрения — это то же самое, только применительно к дисплеям гарнитуры. Проще говоря, это размер окна, через которое вы смотрите. Чем шире окно, тем глубже погружение в мир. Узкое окно создает ощущение, будто вы смотрите через маску для дайвинга.
Безусловно зрительная система человека обладает чрезвычайно широким полем зрения. Оба глаза вместе охватывают примерно 200 градусов горизонтального периферического зрения. В свою очередь большая часть этой области — это скорее размытый фон, чем четкая фокусировка. Самая четкая часть , где мы читаем, распознаем лица и улавливаем мелкие детали, поле зрения занимает всего около 60 градусов в центральной части. Однако внешние зоны также играют огромную роль. Они подсказывают нам, где находятся объекты, сигнализируют о движении и создают ощущение, что мы находимся в пространстве, а не смотрим на экран.
Именно в этом и заключается недостаток большинства VR-гарнитур. При угле обзора 90–110 градусов они хорошо покрывают центральную зону детализации, но периферийные зоны, которые создают ощущение присутствия, полностью перекрываются. Ваш мозг это замечает. Он воспринимает отсутствующие края как рамку, и в тот момент, когда вы ощущаете эту рамку в поле зрения, иллюзия рассеивается.
Как измеряется поле зрения
Производители указывают угол обзора в градусах, но одно число, которое они приводят, может вводить в заблуждение. На самом деле существует три способа его измерения, и они не всегда совпадают.
Горизонтальный FOV
Это наиболее часто упоминаемый показатель: сколько градусов обзора вы можете видеть слева направо. Если в описании гарнитуры указано «110° FOV», это почти всегда означает, что угол обзора по горизонтали составляет 110 градусов. Именно этот показатель больше всего влияет на ощущение глубины пространства.
Вертикальный FOV
Сколько градусов обзора вы можете видеть сверху вниз. У большинства гарнитур вертикальный угол обзора заметно меньше горизонтального — от 90 до 100 градусов. Из-за малого вертикального угла обзора создается ощущение, что виртуальный пол и потолок расположены слишком близко.
Диагональный FOV
Угол обзора, измеряемый от одного угла дисплея до другого, — это максимальное значение, которое производитель может честно указать.
Почему это важно для погружения
Когда поле зрения достаточно широкое, происходит кое-что интересное: вы перестаете думать об экране. Ваше периферийное зрение насыщается, и виртуальное пространство перестает быть чем-то, за чем вы наблюдаете, и начинает восприниматься как место, где вы находитесь. Исследователи называют это ощущение присутствием.
При узком поле зрения происходит обратное. Даже если разрешение идеальное, а частота кадров высокая, мозг продолжает воспринимать мир как состоящий из границ. Это все равно что носить горнолыжные очки в теплой комнате: технически это возможно, но не совсем удобно.
Разрыв между современным VR-оборудованием и возможностями человеческого глаза по-прежнему велик. Поле зрения большинства доступных гарнитур обеспечивают обзор от 90 до 110 градусов по горизонтали. Это меньше половины полного диапазона периферийного зрения человека, составляющего 200 градусов. Лучшие потребительские гарнитуры сегодня обеспечивают обзор от 120 до 130 градусов. Полное соответствие возможностям человеческого зрения останется инженерной задачей на ближайшее десятилетие.
Сравнение гарнитур
| Valve Index | 130° | Подключенный компьютер | |
| HTC Vive Focus Vision | 120° | Автономный / ПК | |
| Sony PlayStation VR2 | 110° | Подключенная консоль | |
| Meta Quest 3 | 110° | Автономный | |
| Apple Vision Pro | ~100° | Автономный | |
| Meta Quest 3S | 96° | Автономный | |
| HTC Vive (original, 2016) | 110° | Подключенный компьютер |
Что ограничивает поле зрения в современных гарнитурах
Чтобы расширить поле зрения, недостаточно просто использовать экран большего размера. Необходимо решить сразу несколько технических проблем.
Конструкция объектива
Линзы, расположенные между вашими глазами и дисплеем, должны точно преломлять свет под широким углом. Традиционные сферические линзы плохо справляются с этой задачей по краям — изображение размывается и искажается по углам. Производители используют программное обеспечение для компенсации, но его возможности ограничены. Новые «блинные» линзы, которые используются в Meta Quest 3 и Apple Vision Pro, гораздо тоньше и меньше искажают изображение, но они уменьшают количество света, попадающего в глаз, что влияет на яркость и воспринимаемую четкость.
Компромисс в разрешении
Чем шире поле зрения, тем больше пикселей приходится на большую площадь. При удвоении угла обзора каждый пиксель покрывает в два раза большую область, что фактически снижает четкость изображения в два раза. Чтобы сохранить прежнюю четкость при расширении обзора, производители должны либо значительно увеличить разрешение дисплея (что дорого и требует много энергии), либо смириться с уменьшением плотности пикселей. Вот почему в сверхширокоугольных гарнитурах, таких как некоторые модели Pimax, периферия выглядит зернистой, даже если центральная часть изображения четкая.
Межзрачковое расстояние (IPD)
Расстояние между зрачками у всех людей одинаковое — обычно от 58 до 72 мм у взрослых. Если гарнитура не соответствует этому параметру, изображение будет слегка размытым или искаженным, а также может искусственно сузиться эффективный угол обзора за счет смещения оптической оси от глаза. Вот почему регулируемые настройки межзрачкового расстояния, которые есть в Valve Index и некоторых моделях HTC, важны как для комфорта, так и для качества поля зрения.
Всегда ли чем шире, тем лучше?
Не всегда. Хорошо настроенная 110-градусная гарнитура может обеспечивать более полное погружение и быть более удобной, чем плохо оптимизированная 120-градусная, если линзы более четкие, а изображение более плавное. Качество того, что попадает в поле зрения, не менее важно, чем его широта.
Кроме того, существует практический предел, связанный с особенностями человеческого мозга. Наши глаза естественным образом фокусируются на одном расстоянии (в фокальной плоскости), и в реальной жизни это расстояние постоянно меняется, когда мы смотрим на ближние и дальние объекты. Современные VR-гарнитуры фиксируют фокальную плоскость на одном расстоянии — обычно около 2 метров, — поэтому при взгляде на что-то «близкое» в поле зрения виртуальной реальности изображение слегка размыто. Мозг адаптируется, но это еще одно различие между виртуальным и реальным миром.
В некоторых случаях лучше использовать более узкий угол обзора. Например, в авиасимуляторах иногда намеренно ограничивают угол обзора, чтобы он соответствовал тому, что пилот видит через иллюминатор. В медицинских обучающих программах иногда используется узкий угол обзора, чтобы сосредоточить внимание пользователя. Поле зрения — это инструмент, а не соревнование.
Куда движется технология
Для следующего поколения гарнитур перспективными представляются несколько подходов чтобы улучшить поле зрения. Фовеальный рендеринг — технология, которая отслеживает направление взгляда и в мельчайших деталях воспроизводит только то, на что направлены глаза. Позволяя гарнитурам обеспечивать более широкий угол обзора без потери разрешения. Поскольку периферийные области отображаются с более низким разрешением, когда взгляд направлен в другую сторону. Поскольку периферийное зрение естественным образом улавливает меньше деталей, разница практически незаметна.
До достижения инженерной цели — создания легкой и удобной гарнитуры, которая будет полностью соответствовать полю зрения человека, с полным разрешением сетчатки и любой глубиной резкости, — еще много лет. Но траектория развития ясна. С каждым циклом разработки окно становится все шире, а границы — все менее различимыми.