买VR\AR\头显设备前,必须要了解的显示参数——PPD、视场角和分辨率
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发布时间：2024-09-29 10:30
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热心网友
时间：2024-09-29 17:23
戴上VR眼睛之后我看到的画面到底是什么样的？
上网搜了一下也没有系统解释的文章，于是就研究了一番。希望看过之后能指导读者选购相关产品。
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先说现在的VR\AR\头显设备的显示水平仅处在“能看”阶段
本文只谈显示参数，主要关注：色域、视场角、分辨率、PPD、刷新率、图形畸变。其中色域和刷新率有大佬写过比较详细的介绍了，总得来说色域100%sRGB就已经能够满足大部分人需求，刷新率不同用法需求不同，不多赘述。图形畸变设计较为复杂，不在此深究。本文主要围绕视场角、分辨率、PPD这三点影响的画面精细度和画幅大小展开。
开始介绍之前，先要了解一下基础知识。
视场角
视场角比较好理解，不再赘述，直接列出公式：
[公式]
式中，α代表视场角，L代表显示器宽度，H代表观测点与显示器之间距离。
可以看到，屏幕宽度越大、使用距离越小，视场角越大，人眼感知到的屏幕就越大。影响视觉感知的最大因素是中心视场角，大约40°~60°。就是说人在看一个关注内容时，最关注以视觉中心向两侧20°范围内的内容，20°到30°之间的内容关注度有所下降但仍然很高，两侧30°以外的内容注意力可能就比较低了。
因此在看电脑屏幕、电视屏幕等，视场角在40°~60°之间是最合适的。小于40°，人会觉得屏幕太小，显示的东西都挤在一起；大于60°，人又会觉得屏幕太大，一眼看不完。
PPD
中文叫角分辨率又叫空间分辨率。可以简单理解为画面精细度，越高代表画面越细腻。因为引入了测量点到屏幕距离，所以和PPI相比更能描述一些固定距离使用屏幕的画面精细度。
PPD的计算公式为：[公式]
也就是说分辨率一定的情况下，PPD和视场角之间是成反比的。
关于PPD，目前普遍的说法是超过40就能获得较好的体验，越大越好上不封顶。但是超过60之后，人眼的感知就没那么敏感了。
根据上文内容，可以把40PPD和40°视场角定义为“及格”，60PPD和60°视场角定义为“优秀”。
平面显示器相关计算
光看数字肯定是没什么概念，接下来以最普遍的电脑显示屏大小（24寸1080p）为例，算一下该情况下PPD和视场角是多少，使用距离选择普通用户的70cm。
视场角：[公式]
PPD：[公式]
可以看到，24寸1080p这个配置经久不衰是有其道理的，刚好达成“双及格”。46.19的PPD使得整个屏幕看上去没有那么“大果粒”，同时41.56的视场角也刚好覆盖了人的中心视场角，玩游戏的时候可以关注到屏幕上的所有内容。
此外还列出了市面上比较常见的显示器尺寸和分辨率组合来对照，使用距离同样选择普通用户的70cm。
我们可以看到，最好的组合是24寸1080p（双及格）、24寸2k（PPD优秀，视场角及格）以及32寸4k（双优秀）。由于目前2k资源少，且做不到点对点播放1080p内容，因此24寸2k这个组合个人不推荐。
在常规70cm使用距离下，27寸2k的PPD就已经接近60，因此27寸上4k就显得没那么必要。如果上的话我建议可以适当缩短使用距离（从健康的角度不建议），使得PPD不那么浪费，适当增大视场角以提升观感，可以达成“双优秀”。
同样的道理，在玩游戏的情况下，32寸2k可以稍微增大使用距离，使得PPD接近60而减少一些视场角，更关注画面（牺牲一些视场角，达成PPD优秀）。
VR\AR\头显相关计算
有了以上为基准，目前市面上的VR\AR\头显设备的观感到底是怎样的？我选取了目前热度较高的几款产品进行了对比
在AR和头显设备中，有一些产品在宣传页同时标出了PPD和视场角，但是二者乘积虽不等于像素宽度，但是差距不大。这些设备我都在后面标注了宣传的PPD。
可以看到，目前所有市面上的VR设备，为了足够的沉浸感，增大视场角，只能在PPD上妥协，表现最高的PPD也没有超过21。在现在的基础上，分辨率至少要再提升一倍，才会有比较好的表现。VR设备的硬件发展还有很长一段路要走。而AR和头显设备，因为不需要这么大的视场角，所以表现就好很多，大部分都超过了40，达到了“双及格”。
那么我们在开头提出的问题就有了答案
目前市面上的VR设备表现就相当于你距离20cm左右看电脑显示器，AR和头显就相当于在正常距离看电脑显示器。
此外，关于GOOVIS Art这款设备，我在B站看到有人评测，说是相当于在看20~21寸显示器，我在图中也计算了一下，按照官方给的55PPD值来计算，确实是相当于20寸显示器。
顺便还计算了一下IMAX影厅的视觉效果：
4k片源，实际影厅现场空间安排下来，基本上正好达到PPD60~70，视场角60°左右的“双优秀”状态，和自己在家买个32寸4k显示器效果差不多（仅从图像细腻程度和画幅角度上）。因此现在的头显也尚未达到宣传的“个人影院”的效果。
写完了回头看看好像有点劝大家别买的意思，虽然想反驳这一点，但是我确实在分析过之后打消了购买的念头。我认为这些设备想要普及，至少要在现在价格不变的前提下分辨率提升一倍。但是看看最近几年的技术增长速度，只能说元宇宙的实现还来日方长。
参考资料
【剑桥摄影协会】相机VS.人眼_镜头和人眼结构对比-CSDN博客
关于VR，PPD - VR游戏网
