视场（FOV）
我们开始开发 Index 头戴式显示器时，我们的一个主要目标是提供 VR 体验的整体保真度，包含视觉、声音、人体工学、定位质量等各方面。很明显，提供宽阔的视场是实现视觉保真的重要部分。这能增加沉浸感，使头戴式显示器佩戴更舒适，并且，视体验不同，可以提升对游戏和交互的满意度。
我们开始详述前，要先介绍一些与 FOV 有关联的视觉保真方面。
角分辨率。角分辨率按每度像素（PPD）度量，是虚拟世界的锐度和真实度的重要因素。从头戴式显示器设计的角度而言，角分辨率由显示分辨率和 FOV 驱动。但是，由于可用像素在大的视野范围中分散开来，直接提供大 FOV 会降低角分辨率。很显示，这对头戴式显示器设计来说是一个很艰难的取舍，因为视觉清晰度和 FOV 都对出色的 VR 非常重要。完整的视觉清晰度牵涉到的不只是每度像素，还有许多其他方面，比如次像素布局、填充因子、光学，甚至是人体工学，是需要另找时间阐述的大主题。
显示器刷新率和显示器照明时间（“暂留”）。桌面板电脑情况下的较高刷新率的好处已众所周知。但是在 VR 里，当显示器戴在头上时，不断更新与较低的暂留是减少运动模糊的关键。与增加分辨率类似，减少运动模糊有助于感知到更高的系统锐度，还提供了一些只靠增加每度像素不能带来的好处：提高虚拟物体的真实持久感，并同时增加了虚拟环境整体上的稳定性。由于人体视觉的生理机能，这些特性的重要性随 FOV 提升而增加。
我们计划在今后的文章中对这两点进行更详细地讲解，但是要谈 FOV 就必须先提及。
VR FOV 是什么？
在光学里，关于 FOV 有一套非常成熟的术语与规范。VR 则不同，在许多方面有非同寻常的要求。因此，我们对术语的解释略有不同。对于非 VR 视觉系统，光瞳*位置固定，就给定镜头来说，面板或传感器尺寸对限制 FOV 起决定作用。在这类情况下，FOV 很容易以水平、垂直、对角等术语来描述，其尺寸为从视觉系统的光瞳到传感器或面板的边缘。然而，在 VR 视觉系统中，光瞳牵涉到人眼瞳孔位置（包括良视距和 IPD 位置）、头戴式显示器光圈（由于人体工学关系，通常不为圆形）、焦距长度、显示器尺寸、双眼关系等方方面面。因此，测量 VR 的视觉 FOV 要复杂得多。（我们使用术语“良视距”来指代镜头前部与使用者眼部最接近处——通常为角膜正面——的距离。)
各头戴式显示器对各用户而言，都有设计决定的最大可能允许的单眼 FOV。一般大家谈到或试图测量的便是此值。但从 VR 的设计角度来看，我们主要关注的是各个用户实际看到的内容。我们开始设计 Index 时调查头戴式显示器的设计位置发现，由于头戴式显示器的合身程度和用户个人的面部结构，导致用户获得的 FOV 比理论最大 FOV 要少（甚至少得多）是很常见的情况。例如，根据基础三角学，如果人眼离镜头相对于镜头直径来说太远，整个镜头覆盖的角度不会很大，就不会看到很大的 FOV。在此镜头受限的情况下，对于 Index 这样旨在提供超过 90 度的 FOV 的头戴式显示器来说，即使良视距多一毫米，FOV 也会减少大约 3 度。
戴上 Index 头戴式显示器后，您可以将良视距旋钮前后转动至最远端，观察看似很小量调整对视场造成的明显效果，直接体验视场对良视距的高灵敏度。人与人间的面部几何差别，能够相当轻易地造成良视距 +/-6 毫米的不同。
当您考虑到影响您眼睛相对于镜片的位置的其他因素时，从几何角度理解这个情形就更为复杂了。想像一下您的眼睛向前直视，然后开始转动，瞳孔从镜片位置移开至一边，会怎么样。类似的，如果头戴式显示器的硬件瞳距未正确调整，也可能限制视场。一个常见的例子是，如果硬件瞳距过小，会限制向外的视场部分。
舒适度也很重要。您可以将头戴式显示器调紧或调松一些，或者稍微偏着戴。这些都会影响视场。眼镜会使情况更加复杂化，可能从光学上改变原本有效的良视距值。 除了物理上的不确定性之外，软件方面也有复杂之处，比如投影矩阵的可视范围偏移量，遮罩的渲染目标不是圆形等。这些会影响视场，使其不对称。另外，叠影器面板遮罩，即控制杂散光与色散的软件，是动态的，而且依赖并响应再投影系统……这意味着，任何现代头戴式显示器的视场从一帧到另一帧甚至不是完全静态。
以上所说的这些只是考虑到了单眼视场。考虑双眼视场使复杂性更进一步，牵涉到立体重叠，并深入到个人主观感知的领域。
分别看待上述情况，影响的可能只是一二毫米，但是如果作为一个整体，那么：1）需要在头戴式显示器中内置大量边缘部分和/或调节区间，才能向用户提供 FOV；2） 很难（几乎不可能）做出哪怕一个客观量化的 FOV 值来预测任何单个用户将切实获得的 FOV。因此，我们不喜欢用单个数字来讨论 FOV，从来没有一个接近于我们期望的明确值的数字。我们先谈一下第一点：
为 FOV 而设计
为了使处于“较近的”良视距的用户（以及戴眼镜的用户）能使用头戴式显示器，不具有良视距调整功能及不关注舒适度的头戴式显示器会设计得良视距非常向外。这样返回来导致两个糟糕的设置选项：或者把所有人的最大 FOV 都设计得相当低，或者将最大 FOV 设计到合理的值，但是会让许多用户的 FOV 被截去一部分，并且角分辨率浪费。
我们为 Index 头戴式显示器保留了理论最大 FOV，与旧款头戴式显示器的高值相当接近，然后再注重于向所有用户提供完整 FOV。我们把许多设计元素组合在一起，从而实现了有效的 FOV，并保证了舒适度：
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良视距：
首先最重要的一点是，我们实现了物理良视和 IPD 调节，以提供理论上的最佳眼位，尽我们可能使最多用户获得最大程度的舒适和 FOV。除了更容易调整以外，与之前的头戴式显示器相比，Index 良视机制使其显示器更靠近眼部。这意味着，更多 GPU 渲染的完整图像能传送到多数用户的眼里。Valve Index 头戴式显示器也在物理上设计了高效运作的光学子系统，帮助处理其必须在其中操作的空间限制。 -
倾斜的目镜：
其次，我们将各镜片/显示器倾斜 5 度，使内部和外部 FOV 值相差最大，并且改善了可用的内部 IPD 范围。此倾斜设计带来的第一个好处相当明显：使 FOV 向外增加了几度，代价是立体重叠起效的各眼内侧。当然，立体重叠仍然很重要。倾斜设计只是一个方法，既能保持系统的高度角分辨率，且同时尽量达到我们想提供的较高的整体双眼 FOV。
倾斜的主要缺点是现有软件内容库与 GPU 渲染硬件领域一般都对平行眼进行优化。幸运的是，使用维持固定帧率所依赖的再投影技术，这一问题在软件端可能很容易弥补。我们只需要为每一帧做一点点……这样，应用在过去、现在以及未来可以继续按既有方式平行渲染，而且只用一点倾斜角度“就能适用”于头戴式显示器。 -
镜头几何结构：
第三，我们把镜头的前部表面制作得更平了。这让眼部能舒适地与镜头更贴近，尤其便利了使用眼镜的用户。虽然这一改变为大约几毫米，我们已经看到这点滴改变带来的效果。同时，虽然可以通过增加通光孔径从相反方向在技术上实现这一点，但是镜头要能装入头戴式显示器并能提供足够的瞳距范围以便各类用户都有良好体验，其外径事实上明显受到限制。
除了这三个主要方面外，头戴式显示器设计上还有其他几个对 FOV 有影响的方面值得一提。我们在设计 Index 时也不得不考虑这些方面。
- 镜头直径：我们保持了 50 毫米的大镜头直径，便眼部处于舒适距离并获得几何稳定的高 FOV。我们一直采取这个方法，因为直径较小的镜头会减少进入眼睛的有效光，并且会很快成为 FOV 的制约因素。
- 全面清晰度：Index 的新镜头设计为在整个视觉区间内达到更均衡的清晰度。如果品质不够高，额外的 FOV 也许不能带来我们期望的好处。
- 几何稳定性：FOV 越高会越难以调节变形和保持图像的几何稳定。不稳定性由许多因素导致，但最主要表现为虚拟世界中的晃动，当玩家的头运动时，那些应显示为稳固的物体看起来像果冻一样摇摆。我们相信，达到几何稳定性，对长时间保持舒适并使 VR 使用度可持续增长至关重要。
因此，有数十个影响 FOV 的方面需要纳入考量，而且需要进行整体设计，使整个用户群获得最大程度的实际可用 FOV。
结论：
- Index 头戴式显示器在带有完整面部衬垫的情况下，让镜头更接近于眼部，实现 FOV 最大化。
- GPU 为 Index 渲染的 FOV 与 Vive 或Vive Pro 类似，但是用户看到的视图更大。=
- Index 的精巧设计向各个用户提供了更高的有效 FOV，且不为牺牲每度像素为代价。
- 倾斜的目镜将一小部分水平 FOV 有效地从内侧转移至外侧，使之更为平衡。
- 使用单个数字来有效描述头戴式显示器的 FOV 非常难。
*光瞳指导致系统中可能出现的任何折射或反射的系统光圈，可以包括系统的光圈、入瞳或出瞳。