【译】人眼对 AR 空间的理解
原文链接: https://uxdesign.cc/human-eyes-understanding-of-space-for-augmented-reality-d5ce4d9fa37b
从工程的角度来看，我们的眼睛是精密的光学传感器，其结构长期以来一直被用作设计相机的蓝图。光通过一系列光学元件进入，其中折射和聚焦都发生在这里。光圈控制通过光圈的光量。随后的光图案落在图像平面上，电信号从该图像平面发送到大脑。然后将这些信号解码为图像。尽管眼睛的功能本身就是一个有趣的话题，但是为了简单起见，我还是自由地忽略了眼睛如何工作的很大一部分。但是，我敢肯定，您会有所了解。
可见光谱
人类的视觉离不开光的存在。光是电磁辐射的一种形式，是刺激人类视觉的关键。这种辐射以波的形式在空间中移动，并能够刺激视网膜产生视觉感。电磁辐射根据其波长进行分类，波长是波的两个波峰之间的距离。尽管整个电磁频谱都包括无线电波，红外线，X射线和其他波类型，但人眼仅对380-740纳米之间的款窄带*敏感。这称为可见光谱。
1纳米= 1米的十亿分之一
人眼的基本特性
视场角（FOV）
它定义为两只眼睛都能看到的图像的总角度大小。平均而言，水平双眼FOV为200度，其中120度为双眼重叠。双眼重叠对于进一步讨论的立体和其他深度提示尤其重要。垂直视场约为130度。
瞳距（IPD）
顾名思义，它是眼睛的瞳孔之间的距离，是双目观察系统的一个非常重要的考虑因素。这个距离因性别和种族而异。不正确的IPD可能会导致不良的眼镜对准，图像失真，眼睛疲劳和头痛。成人的平均IPD约为63mm，多数在50-75mm范围内。儿童的最小IPD约为40mm。
适眼距
这是从眼睛的角膜到第一光学元件的表面的距离。它定义了用户可获得完整视角的距离。这是一个重要的考虑因素，特别是对于戴矫正眼镜或眼镜的人。眼镜的适眼距约12mm。对于头戴式显示器而言，使用户能够调节适眼距极为重要。
出瞳距离
这是由光学系统传输到眼睛的光的直径。
视窗
这是用户可以放置其瞳孔感受到完全体验视觉效果的体积。
空间视觉和深度暗示
从字面上看，数十亿个信号发送到大脑皮层进行分析以形成图像。有许多空间和深度可以使人脑解密这些光信号，从而创造出我们可见的现实。
视网膜外提示
这些提示是生理过程的结果，而不是源自进入眼睛的光模式的结果。
Accommodation（变焦）
住宿是一个额外的视网膜线索，帮助眼睛在前景和背景对象之间的焦点移动。睫状肌环绕虹膜，帮助观察者在不同景深之间快速转移焦点。眼镜的屈光力改变。当眼睛以舒适的距离注视物体时，这些肌肉就会放松。当眼睛需要聚焦在附近的物体上时，睫状肌收缩或适应。这就是为什么当您需要放松眼睛时建议您望向远方的原因。
Vergence（聚散度）
这是一个非常简单的知识，当注视远处的物体时，两个眼球都朝着中心旋转，以对齐图像以供大脑处理。当物体靠近时，眼球朝彼此稍微汇聚。这种同步旋转称为聚散。
为什么适应和融合对于AR是重要的概念？
许多AR眼镜使用者经常抱怨头痛和眼睛疲劳。这是由于眼睛在数英寸内聚焦在平板上而引起的。即使3D对象看起来很远，也只能模拟深度错觉。除此之外，眼睛向大脑提供的感觉提示不匹配，眼睛必须适应并会聚大量时间，这是造成这种不适的主要原因。在模拟真实深度的同时减少变焦和聚散度的影响是一个有待解决的问题。
视网膜或深度暗示
这些信息来自进入眼睛的光模式。这些信息有可能是双目的（具有两个眼球会对这些信息产生影响）或单眼的（即使使用一个起作用的眼球也可以观察到）。
立体感
我们有两只眼睛，它们之间的平均距离约为2.5英寸，每个眼球捕获的图像略有不同。由于大脑正在处理的两个图像中的微小偏移而观察到的感知深度称为立体感。立体感视觉对于沉浸式头戴式VR显示器尤其重要。向每只眼睛显示两个单独的图像，甚至图像中的微小偏移都会导致失去立体感，使VR体验不自然。
将眼睛靠近屏幕，以便一只眼睛只能看到一个立方体。如果您正在通话，请确保手机处于横向模式以获得最佳体验
立体视觉是此处讨论的唯一双目提示。其余的提示都是单眼的。
运动视差
这是一个很强的深度提示，即使两个物体都以相同的速度移动，距离较近的物体似乎也会比距离较远的物体快得多。这样做的原因是，距离较近的物体比距离较远的物体更快地穿过您的视野。此信息对于模拟3D环境中运动对象之间的相对深度非常重要。
遮挡或插入
当一个物体遮挡另一物体的视线时，会观察到这些信息。大脑记录到被阻挡物体比被阻挡物体更近。对于计算机必须知道视图中近处和远处对象的位置的AR场景，模拟遮挡的效果尤其困难。使用深度感应相机将是解决附近物体此问题的可行解决方案。
缺失和堆积
该信息是运动视差和深度提示的扩展。当一个对象在另一个对象后面移动时，就会发生缺失；而当对象在观察者的视点中显示自己时，就会发生堆积。如果缺失和堆积很快发生，则将该对象注册为更靠近阻塞对象。如果两个对象距离较远，则缺失和堆积会缓慢发生。
线性透视
该深度感知是线向距离中的单个点收敛的结果。平行线似乎向后退。线收敛的越多，它们出现的越远。
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图一：线性透视图。
图二：一系列轮廓的运动深度效果（来源：Wikipedia）
运动深度效应
这种效应是从物体的运动中感知物体的结构。即使缺少其他深度提示，此效果在显示对象的复杂结构时也特别有用。
熟悉的尺寸
这种深度信息有助于我们估算物体相对于周围元素的尺寸。这在数据可视化中特别有用，其中显示相对大小可以使用户看到数据。
绿房子看起来比黄房子小
相对大小
相对于距观察者的距离，两个大小相似但距离不同的对象被视为不同的大小。大小相同但距离不同的两个房屋投射出不同的视网膜图像，这些图像被视为距离感。
相对高度
在大多数正常设置中，靠近视场的物体是在视网膜视野的下部看到的，而距离较远的物体是在较高视野的看到的。
大气或空中透视图
这种深度信息是光被蒸气和烟雾等粒子散射的结果。随着距离的增加，物体和背景之间的对比度降低。
大气角度
纹理渐变
这是一个重要的信息，物体的纹理逐渐变化（通常从精细到粗糙）会产生深度感。纹理单位的密度或单位的高度或纹理之间的减小的距离给出了距离感知。
照明，阴影和阴影
这是艺术家和建筑师最常用和最常用的深度信息之一。阴影的角度和清晰度会影响深度感知。清晰的阴影表示距离更近，而模糊的阴影则表示深度更大。同样，光与不规则形状的物体相互作用的方式可能会揭示有关该物体的重要信息。
光学扩展
该信息是相对大小和遮挡的扩展。随着对象视网膜图像尺寸的增大，它似乎越来越靠近并开始阻塞其路径中的对象。
球似乎越来越近
了解人眼的工作原理可以帮助我们建立更自然的AR体验，并为虚拟环境的未来做出更好的理解。