概述
基于光场的3DoF+系统的优缺点
- 增加自由度的方法
- 使用光场增加自由度的优势
- 使用光场增加自由度目前的局限性
增加自由度的方法
目前增加自由度的方法有两种:
①在基于图像的虚拟现实系统中,增加自由度最直观的方法是以图形方式表示实际空间。通过对采集到的图像进行三维建模,可以实现类似于计算机图形学应用的6自由度。然而,这需要很高的计算复杂度,并且根据图像或捕获环境的特性增加了诸如孔洞之类的错误的概率。
②光场是另一种增加自由度的方法。在基于光场的VR系统中,自由空间中的光被密集地采集,然后通过光的组合呈现任意虚拟视点的视图。与三维建模不同,获得精确的几何信息不需要复杂的计算。LF中的视图理论上是光线的组合,但实际渲染使用的是相应采集的像素。因此,渲染的视图具有很高的真实感。
使用光场增加自由度的优势
与传统建模的3D场景相比,“光场”具有如下优点:
①传统建模中的3D场景通常需要艺术家进行大量工作来构建详细的模型,创建复杂的表面着色器以及合成和模拟复杂的照明。现代全局照明算法的渲染时间每帧要花费数小时,因为渲染场执行数万亿条射线查询、纹理查找和着色器评估。对于可拍摄的场景,光场极大地减少了这种工作量,只需简单地从已经具有真实感的图像中插值和外推像素数据,就可以实现真实感。
②光场的简单性表明,渲染解决方案可以用毫秒来衡量,与场景复杂度无关,从而达到了沉浸式虚拟现实所需的速率。
使用光场增加自由度目前的局限性
尽管光场提供了许多好处,它们在20多年前就被引入计算机图形学中,但它们仍未出现在许多商业应用中。主要有以下四个原因:
(1) 用例:必须存在一个引人注目的产品用例,以便内容创建者和分发平台都支持光场图像的生成。
(2) 获取复杂性:创建高质量的光场需要从密集的视点集获取数千个图像。光场相机必须在合理的时间内捕获所有这些图像,同时还必须具有可移植性和可靠性。并且光场内视点位置的表示范围高度依赖于输入相机的视角(FOV)。
(3) 大小:光场包含数千个图像,对于未压缩形式的存储和传输来说是不合理的麻烦。
(4) 质量:为了保持沉浸感,光场渲染必须没有分散注意力的伪影。
虚拟现实场景下还带来了另一个挑战:
(5)速度:要真正沉浸在VR中,需要以极高的帧速率进行渲染。虽然30Hz/60Hz足以满足传统实时应用的需求,但当前的桌面VR平台要求应用以90Hz进行渲染,以最大限度地提高用户的舒适度。
最后
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