相信很多看过VR视频的朋友,有时候都会有这个困惑:怎么看视频内容这么不清晰。是机器的问题?还是内容源的问题?

有一些初入视频拍摄行业的朋友,也会问到:你们这个VR眼镜是4K屏,我应该输出多少尺寸的VR视频,是不是也要4K?

为了解答这个问题,我们先需要了解一下,"清晰度" 这个概念怎么定义的?

注:本文涉及到很多技术数据,请非战斗人员撤离。

一、PPD:清晰度的黄金标准

说到 清晰度,大家都会想到 视网膜分辨率(裸眼分辨不出像素颗粒),毕竟 这是清晰度的终极目标。对于手机来说,苹果把 视网膜分辨率的屏定义为:300 PPI(Pixel Per Inch)。也就是 每 inch 300个像素,用户在使用这样的手机时,是看不到像素颗粒的。但是这个分辨率的屏幕,在VR眼镜里,却远远不够用。因为VR眼镜,相当于用一个放大镜看屏幕,原来肉眼看不到的像素点,当然就现了原形。

所以问题来了,VR眼镜如果要达到 视网膜屏,需要多高的单位分辨率?

这里我们需要引入一个更加跨平台、与使用场景无关的通用概念:PPD( Pixel Per Degree),即,每一度视场角的像素数。相比于 PPI,PPD才是一个万用的与使用场景无关的黄金标准。

比如以视网膜屏手机为例,当用户在40cm左右处使用手机时,手机屏幕在用户视野中水平所占据的度数大约是10度(iPhone4)。而因为iPhone4手机屏幕宽度是 640 个像素,所以,相当于,每一度视场角,被分配了 64 个像素,即 64PPD,而用户此时就是无法分辨像素颗粒度的状态。

所以,业内比较流行的说法是达到 60 PPD 的图像,才能算得上是视网膜分辨率。

当然,这个60PPD的标准,是在非常严格的测试场景下,比如 观察边缘锐利的静止文字。其实观看动态的视频时,只要达到 30PPD左右时,人眼就注意不到像素颗粒。30PPD 是什么概念呢,大约就是你在 20cm处,使用 iPhone4 手机的感觉。

那么,我们平时观看VR视频时,看到图像 PPD 是多少呢?

它与两个因素有关。一是屏幕本身的 PPD,二就是视频内容的PPD。

下面我们就分别分析一下这两个因素。

二、VR眼镜的PPD

目前,提到VR眼镜的分辨率,一般直接说屏幕是 几K 屏(比如 2019年最主流的是4k屏)。这是因为,目前的眼镜普遍的视场角都在100度左右,所以,眼镜的K数越大,基本上也越清晰。那么这个 几K 屏,怎么对应到我们上面说的 PPD 上呢?

首先我们要确定,这个 K,是指单眼还是双眼,因为有的VR眼镜,它的双目屏幕其实是一整块屏。对于双眼几K,需要首先除以2.

比如,2019年流行的是双眼4K屏。那么,每个眼睛看到的就是 2K 的屏幕。下面简单列了一下,当前市面上一些主流一体机的 双目屏幕尺寸及其真实比例(有一些一体机其实是 双屏,这里直接合并展示)。

可见在最早期,三大VR眼镜(PSVR、Rift、vive)普遍使用 2k 的分辨率,这个分辨率下,就会有比较明显的纱窗效应。很多用户对VR眼镜的 “纱窗感” 体验,其实都停留在这个时期,但是时至今日(2019年),在4K屏的加持下,纱窗感已经不再存在。

在知道眼镜的分辨率后,我们还需要了解另一个数值:FOV(Field of view,视场角),比如,某个眼镜是 100度 FOV,那么就是说,用户在使用时,能同时看到 100度的视角。

两者结合起来,就不难得到一个VR眼镜的清晰度指标PPD,双眼4K 100度FOV 的VR眼镜,它的PPD = 2K/100 = 20 (实际中,FOV一般指双目的FOV,这个数值会比 单目FOV要稍微大一些,这里我们就简化处理,用双目FOV来当单目FOV使用)。

可见,这个 20PPD,其实比我们上面说的看视频时注意不到颗粒感的 30PPD 还是要小一些。那么,这是我们看VR视频时,不清晰的原因吗?我们先不下这个结论,再来看一下,在当下视频内容的PPD又是多少?

三、视频内容的 PPD

要计算视频内容的 PPD,我们首先要知道VR视频是怎样被播放出来的:

我们就以一个最普通的 2D 360度 4K VR视频为例。一般来说, 2d 的 360度视频,都是被输出成 1:2 的长宽比例。在正式播放时,这个画面,会被拉伸平铺到一个球面上(下图是一个简单的示意,并没有真正的围成球形)。我们可以看出,源视频的4k像素的长边,被完整地拉到了360度

那么在这种情况下,这个视频的横向PPD就等于 4K/360 = 11 PPD

可见,一个4k 的 360度视频,它的等效PPD 只有 11。也就是每个视场角只有 11个像素,远远低于 30PPD 的标准,甚至低于4K屏幕的 20PPD 的屏幕分辨精度。

所以说,当我们在一个4KVR眼镜上看一个4K分辨率的VR视频时,视频的清晰度 是低于 屏幕的分辨精度的。

2019年VR视频领域,最常见的高清分辨率还是 4K视频,8K的内容还很少。所以说我们觉得视频播放看不清,其实大部分时间是视频本身的问题。

那么,4K屏,应该放多大尺寸的视频,才能充分利用好屏幕分辨率呢。其实我们利用PPD的概念,可以很容易反推出来。

4K屏,是 20PPD,那么,在上面放20PPD的视频,才能充分利用屏幕分辨率。

而一个 20PPD 的 360度视频,需要 20x360=7200 的横向像素数。所以大约需要8K视频才能充分利用4K屏的分辨率。

当然,以上是针对 360度的VR视频来说。对于180度的VR视频,4K分辨率已经达到了22PPD的程度(4K / 180 ),所以,它已经能够充分利用 4K屏VR眼镜的分辨率。

四、视频内容的 码率

撇开视频 码率 谈 分辨率其实都是耍流氓。虽然 4K 视频并不能完全利用上4K屏幕的分辨率,但是同样是4K,码率的不同,对结果影响也是很大。

那么4KVR视频,码率要到多少才能看起来比较清晰?

要确定码率,首先得知道 VR的各种不同的尺寸格式。影响码率需求的,有几个因素:

1. 是 2D视频 还是 3D视频?对于3D VR视频来说,因为它要分别记录两个眼睛看到的内容,所以,它的源文件的尺寸,是 2D VR视频的两倍(如下图所示),因此它的文件大小也差不多是2D视频的两倍(实际上不会是正好两倍),同样清晰度的情况下,码率也就大约高两倍。

3D VR 视频

2. 帧率是多少(30?60?)帧率(Frame rate) 是指一个视频播放时,每秒钟播放的画面数,用 fps(frame per second)表示。对于画面变化较慢的视频来说,一般30fps就够用。但是对于画面变化剧烈的(比如舞蹈视频),就需要60fps来进行记录。而一个 60fps的视频,比 30fps的视频,文件大小差不多也是2倍的关系,因为它每秒显示的图像数多了一倍。

有了上面这些因素分析,基于我们的实验观察,得到了以下结论:

a. 4k 2d 30帧 的视频,需要40Mbps 码率,才能达到比较清晰的效果,比 40Mbps 低,会感觉出变模糊。

b. 以此类推,4k 2d 60帧 则需要 80Mbps 的码率

如果在线看VR视频,按照现在的网络带宽,大部分人家里很难达到40Mbps这个码率,那么清晰度也就没法保证,只能使用下载到本地播放的方式。

综上所示, 影响 VR视频观看清晰度的因素很多,但是主要还是视频源的问题。对于屏幕显示来说,双眼4K屏幕 其实已经能满足当前最高到 8K视频的显示需求。随着8K视频的增多,相信人们会越来越感受到VR视频的深度沉浸效果。

更多文章,也可关注本人专栏:逐鹿VR

Rockeymen:聊一聊VR虚拟现实:进入VR行业需要学习哪些计算机技术?​zhuanlan.zhihu.com

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