VR虚拟现实在2015年下半年开始就受到各种的关注，其关注程度一直呈现火热的态势。特别是在今年HTC、Oculus以及索尼都推出了其基于电脑端以及家用游戏主机端的VR头盔产品，也进一步促进VR虚拟现实普及化的步伐。并且VR被视为下一个革命性领域，特别是游戏市场上，VR设备能带来完全不同的沉浸式体验。
但我们不能只知道不同品牌的VR设备，它们自己各自拥有什么不同的硬件规格参数，其实我们更应该了解一下它们在VR头盔上面的一些工作原理，这样能让我们更好地了解什么叫VR虚拟现实?VR虚拟现实的实现原理?VR头盔究竟如何让人能观看到虚拟现实环境效果的原理。
首先我们要了解两个基本的名词——视场角和深度感知，分别代表这什么功能效果。
视场角分物方视场角和像方视场角。一般光学设备的使用者关心的是物方视场角，而视场或任意时间里面周边环境的可视物是虚拟现实尤为重要的一个因素。视场越宽，用户越容易产生身临其境的感觉。人类视觉是由两部分视场组成的。一般来说，单眼视场的水平角度即为鼻子与瞳孔间的角度，介于170°-175°之间。鼻子视场通常是60°-65°，鼻子越大，视场角越小。
对大多数人来说，双目视场是两个单目视场的组合。组合时整个可视角度通常可以达到200°-220°。两个单目视场重叠立体部分即为双目视场，这样就能组成3D化的物体视觉，并且宽视场有助于产生沉浸感和临场感。
深度感知就是人类大脑可通过几种不同的方式开进行周围深度的感知。得知物体的实际大小，就能根据眼睛所见的物体大小，推测物体的距离，同时近处的物体会比远处的更快进入视网膜而形成一个3D的图像。当图像的差异越大，其深度感知效果越明显。所以近处的物体看起来更具明显的立体感，而远处的物体更为平面。
VR虚拟现实头盔中的透镜就是基于不同的视觉场以及在局部空间中营造出不同的画面深度感知，在用户大脑视觉系统中形成一个虚拟现实视场。而虚拟现实视场的主要限制因素是透镜，而非瞳孔。为了得到更宽广的视场，需要缩短用户眼球与透镜间的距离，或增加透镜的大小。
但值得注意一点就是要考虑头戴头盔体积以及重量的考量。使用较轻薄的透镜，透镜与显示屏间的距离就会增大，头显的大小也随之增大。使用更厚的透镜(放大物体的焦距更短)，会缩短与显示屏间的距离。但透镜的厚度会增加新的工程挑战，因为会出现几何失真和色差。因为放大增强，所以需要更高清的显示屏，避免出现纱窗效应。
另一个选择就是固定头显大小，增加透镜与眼睛的间距。但视场会随之缩小，这就是目前小型头显的通病。采用厚透镜，但透镜与眼睛的距离又太近。
为了更好地让固定大小的头显在VR虚拟现实显示效果更为稳定，目前主流的几款VR头显所采用的透镜模式都是基于菲涅尔透镜进行设计。如HTC Vive内置菲涅尔透镜，而Oculus Rift CV1则是内置混合菲涅尔透镜。而什么是菲涅尔透镜呢?
菲涅尔透镜是根据法国光物理学家FRESNEL发明的原理设计的，可采用不同的加工方式制造。最早在1800年使用于导航灯塔，后延用至今，现多采用聚乙烯塑料注塑成型工艺。其组成是表面加工成一圈圈由小到大，向外由浅至深的同心圆，从剖面看似锯齿。每个锯齿的顶圆弧线为同一大小的圆弧组成。也可以设计成锯齿左右对称成竖列排列。而菲涅尔透镜的工作的原理，我们引用Yivian网站中的一段图文说明来了解一下。
如果眼睛注视着远方，那注视点是无限远的。也就意味着光线是平行的，晶状体处于休息状态。
如果物体像这只小苍蝇靠近你的眼睛，你要一直看着它，那晶状体就会弯曲，光线平行状态就会打破。想要一直看着这只苍蝇的话，所有从苍蝇身上发出的单一的光，都需要聚焦在眼睛的一点上。
如果苍蝇靠近太近的话，晶状体弹性不够，无法弯曲，眼睛就失去了焦点。
这就是为什么头显需要特制的透镜，以便能修正晶状体的光源的角度，重新被人眼读取。
因为光束是从不同角度射到晶状体上的，所以会感觉眼睛与事物的距离较远，而事实上距离并没有那么远。
为了头显透镜能更薄更轻，部分头显使用了菲涅尔透镜。这款透镜与普通透镜的曲率一致，但其一面刻录了大小不一的螺纹。
但使用菲涅尔透镜意味着你需要做出一定的牺牲。你可以制作出多螺纹透镜，从而能看到更清晰的图像。但是光线无法聚焦在一点上，曲率也总是不正确的。
另外，你也可以使用螺纹较少的菲涅尔透镜，有助于光束集中和提高对比度，但图像的清晰度就会受损。而VR头显设备就是利用菲涅尔透镜的特性能在短距离中实现有效图像显示效果，也是目前主流VR头显中透镜的基本工作原理。
