为什么玩VR眼镜会头晕?看完本文你就懂了

  很多用户都体验过各式各样的VR眼镜或者说头盔,但是不管哪一款,都很容易出现头晕的情况。相信大家都纳闷过,为什么玩VR眼镜会头晕?实际上这是和设备本身的技术含量有关的,下面就带大家详细的了解下,头晕的背后原因。

为什么玩VR眼镜会头晕?看完本文你就懂了

  为什么玩VR眼镜会头晕?

  对很多体验过VR的人来说,除了会感觉到爽以外,还一定会感觉到晕!所以,就算VR看上去很美,因为眩晕这一“致命伤”,目前也只能是浅尝即止。从某种意义上讲,VR的使命是制造一个与现实世界一样逼真的虚拟世界,这其实本身就是一种挑战。而眩晕问题,就是这一挑战中最难以解决的问题。

  在目前看来,市面上所有的VR产品几乎都无法避免眩晕这一问题,就算业界最顶尖的Oculus Rift都无法从根本上解决这一难题。总的来说,造成眩晕的因素有以下3点:1、受制于硬件设备的处理能力

  为了说清楚这一问题,我们还是拿Oculus Rift这一目前最先进的VR设备举例。简单来说,如果想要保证不晕,那么VR设备输出的画面就必须要有足够高的刷新率(120Hz及以上)以及足够高的分辨率(4K及以上),但是,这一数据在现在看来,几乎是奢望。Oculus Rift的刷新率仅为75Hz,而分辨率,也只有可怜的1080P。这几乎已经是目前VR设备的极限,同时也是PC处理能力的极限。你不要看不起Oculus Rift这些可怜的数据,要知道,以目前的技术来说,能达到这一数据已经非常难得了。

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为什么玩VR眼镜会头晕

  就拿其中的75Hz来说,想要达到75Hz的刷新率,就意味着要把设备的延迟做到19.3ms以内(1s除以75次约等于13.3ms/次,在加上数据传输的时间,大约为19.3ms)。即便如此,19.3ms的延迟差距对于长时间佩戴VR设备来说,也是灾难性的!

  除了刷新率,还有分辨率的问题。我们知道,分辨率低,在近距离观看VR设备的屏幕的时候,会有明显的颗粒感。你所处的环境是一个VR为你创造的虚拟世界,你的大脑以为这是一个真实的世界,但这个”真实的世界“却是由一个一个的晶格所组成的,你能不晕吗?那么,只要把分辨率提高到4K,甚至是8K,这个问题就能解决吗?从一定意义上来讲,是的!但是,你要知道,渲染一个全画幅的8K场景,无论你的电脑有多变态,目前也很难办到,就算是渲染一个4K的虚拟世界,对PC硬件的处理能力也有着极为苛刻的要求。所谓理想很美好,现实很残酷,这也许就是一个最真实的写照。

  但是,聪明的Oculus就想出了一个办法来解决分辨率的问题,它的解决方案就是注视点渲染技术。简单来说,就是着重渲染人眼聚焦的地方以及周围的图像,这部分图像采用全画幅渲染,而其他的部分就进行普通分辨率的渲染。这项技术的提出,可以从一定程度上解决PC处理能力不足的窘境,但是,能否应用注视点渲染技术又牵扯到其他行业的相关技术,也就是下一点我们要说的。

  2、相关技术发展缓慢

  昨天,我们曾发文《极AR视频专访七鑫易维:中国制造!国际水平的眼球追踪技术》。七鑫易维,就是国内一家致力于眼球追踪技术的公司。为了解决上述注视点渲染的技术,Oculus此前就曾找到过他们。应用眼球追踪技术,VR设备才可以知道使用者的注视点在哪里,并进行相对应的注视点渲染。同时,这也符合人在看东西时候的习惯:焦点清楚,背景虚化。

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  此外,作为VR领域不可或缺的技术之一,眼球追踪技术还可以解决VR图形畸变的问题。图形畸变,同样也是造成使用者眩晕的因素之一。通过上图,我们可以看到,左边就是普通的游戏画面,而右边,就是VR设备里所呈现的画面。由于图像畸变的原因,VR设备所呈现的画面中,图像的边缘已经发生了明显的畸变。即使Oculus曾在此问题上投入了大量的研发成本并应用反畸变算法优化了VR设备的成像,离开了眼球追踪技术,图像边缘的畸变依然无法完美地解决。

  至于如何才能在VR设备上应用此项技术,七鑫易维的副总裁彭凡曾在采访中称:“2020年,此项技术才有可能成为VR设备的标配,Oculus的下一代产品或将首先采用这一技术。”当然,相关的技术不只有文中举例的眼球追踪技术。反过来说,PC行业的硬件处理能力已经成为了VR行业发展的阻碍,更不用说更加可怜的智能手机行业了。

  3、VR设备本身的局限性

  这个因素显而易见,VR设备在诞生之时就有很多局限性。首当其冲,就是因为VR设备大多都是与外界完全隔离的。用户在一个与外界完全隔离的环境中能干什么?除了老老实实地坐着之外,难道你还准备两眼一抹黑地在现实世界中也跟着虚拟世界中的你一起奔跑吗?这显然是不可能的。所以,虚拟世界与现实世界不同步的问题也就来了!你可以想象,你在虚拟世界中奔跑,但是在现实世界中,你却在沙发上安安稳稳地坐着……如果这个例子还不够深刻的话,你还可以想象一下你在虚拟世界中坐过山车,你随着过山车的晃动,身体的感官也认为在晃动,但在现实中,你却仍然是在安稳地坐着……只有你的大脑知道你在晃动,但身体却没有,大脑默默承受了很多负担,最后晕了也就很容易理解了。同样的现象,也适用于现实中的3D游戏眩晕症和晕车、晕船等。说完了这些,你就应该明白为什么HTC非要在Vive的前面安装摄像头了吧?

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为什么玩VR眼镜会头晕

  除了运动中的加速度感知,人的感知系统其实还有很多,比如说还有景深、重力感等等。很显然,VR设备在这些感知系统中,能提供给使用者的感知也就只有视觉和听觉,未来还有可能解决景深的问题(下文会有详细介绍),但是加速度和重力,却是头戴式VR设备永远都无法做到的…… 说了这么多,最后让我们用3个轻松的实例来解释一下人为什么会晕:

  1、视觉不同步

  在虚拟世界中,你看到了一只猴子。但是猴子身上的毛却显示得极为模糊,猴子的脸上,甚至还有马赛克!当猴子从你的视野中快速地、拖着残影爬到身旁的一颗树上时,你抬头看向树上的猴子,过了大概20ms,画面才跟着你的头转了过去……

  2、声音不同步

  在你的面前,一颗炸弹爆炸了,爆炸造成碎片朝你迎面飞来,你在四处躲藏的同时,爆炸的声音却从你的身后传了过来……

  3、景深不同步

  在你的面前,有一张桌子,在桌子上,近处放了一个杯子,远处放了一个玩偶。你看着近处的杯子,按理来说远处的玩偶应该模糊不清,但是现在,远处的玩偶也看的非常清晰……总的来说,其实就是因为目前的VR设备所创造出来的虚拟世界还不够真实,还无法真正地欺骗到大脑,受到困扰的大脑不堪重负,才会造成眩晕的问题。那么,到底如何才能解决眩晕的问题呢?虽然目前还没有人能够成功地、彻底地解决VR设备的眩晕问题,但是想要尽可能地缓解眩晕问题,还是有几个解决思路可供分享的:

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为什么玩VR眼镜会头晕

  1、通过算法优化降低延迟

  以目前的最好成绩19.3ms来看,通过软件算法的优化进一步降低延迟,能从一定程度上解决眩晕的问题。当延迟小于10ms时,人类将基本无法察觉到画面的延迟。

  2、提高刷新率

  跟设备的延迟相关,想要达到低于10ms的延迟,就需要设备能以120Hz的刷新率进行画面的输出。这对于目前硬件行业的处理能力和显示技术来说都是一种挑战。

  3、提高分辨率

  VR设备理想的分辨率至少应该是4K,否则,人眼在观看VR设备的时候就很有可能产生纱窗效应从而导致眩晕。很可惜,即使是在有注视点渲染技术之后,提升分辨率也还是受制于PC硬件的处理能力。

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为什么玩VR眼镜会头晕

  4、提升景深的逼真程度

  按理来说,想在一块屏幕上提升景深的逼真程度是很难做到的。但是,来自Magic Leap的神秘技术却给了我们很多启发。这也是上文中没有细讲到的部分。在Magic Leap的技术文档中提到,Magic Leap所应用的主动选择性聚焦可以彻底地解决眩晕的问题。是因为与其他厂商不同,Magic Leap做的不是在显示屏上显示画面,而是直接把整个数字光场投射到使用者的视网膜上,从而可以让使用者可以根据人眼的聚焦习惯自由地选择聚焦的位置,以准确的虚实结合模拟人眼的视觉效果。根本不用提及刷新率和分辨率等问题,Magic Leap从另一个方向,用另一种方法一下子解决了所有问题。不幸的是,目前Magic Leap能拿的出手的只有一堆代码和一个演示视频,成熟的技术解决办法和产品依然遥遥无期。

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  5、提升声场的逼真程度

  这也许是目前最容易解决的问题。为此,Google之前收购的Thrive Audio就是一家致力于VR高保真环绕立体声技术的提供商。在SONY的Playstation VR上,我们也同样可以看到3D音效的身影,体验过的人都声称效果极其震撼,值得期待。

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