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往嗨了说——VR晕动症与延时的爱恨情仇

HYPEREAL2018-11-02 07:57:21


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应广大小伙伴们的热烈要求,本着让VR的概念更深入人心,HYPEREAL担起VR科普的大任(看小编的严肃脸),往嗨了说喜迎改版,奉上更浅显易懂的VR科普啦~


 

20ms V.S. 400ms
晕动症

熟悉VR的盆友们应该都听说过,“延时”作为VR中衡量头显品质的重要硬指标之一,只有控制在20ms以内,人体才不会有排斥反应。而在互联网早期的网络游戏中,从手柄上按下一个按键开始,到显示屏上呈现出新的图像,这之间的延时可能高达400ms,也没听说过玩游戏玩晕了的呀。


大家不也都玩得很嗨嘛~


400ms可以忍受,而在VR中大于20ms的延迟就会产生眩晕,歪??



VR之所以跟3D视频、360度全景视频等有所不同,是因为其带来的“沉浸感”,让你置身其中,而虚拟世界只是自然地生长在你周围。当你与屏幕之间的次元壁被打破,大脑会被眼前的图像和耳旁的声音所欺骗,认为你仍然身处现实世界。小僵尸分分钟就跑到了你的眼前,这种亦真亦假的体验才是那么多人喜欢VR的原因。


而在早期网络游戏中,人与游戏始终隔着一块屏幕的距离,大脑并不会被欺骗。现实就是现实,游戏只是游戏。



模拟晕动症与视觉晕动症
晕动症

为了保证VR的这种“沉浸感”,程序猿和工程狮们付出了不小的努力。因为并不是所有的VR体验都是那么愉悦的。摘下头盔后回到现实世界,那感觉可能跟晕车晕船是一样一样的。这就是影响VR沉浸感绕不开的一座大山:VR晕动症。


可以想像一下这样的场景,戴VR头显后头部开始前后左右转动,而你看到的画面就像慢动作里的那些叠影,这样的“沉浸感”是不是大打折扣。而且,还晕的快吐了吧?



其实晕动症也分两种。一种称为模拟晕动症。举个栗子,当静止站立时,用手柄操控角色移动,视觉上是“我在动”,然而负责感知身体状态的中耳前庭器官却觉得“我没动”,这样的信息不匹配让大脑立刻用强烈的眩晕感来警告用户:危险!快离开现在的状态。


要解决模拟晕动症,只要让身体状态感知和视觉状态感知保持一致就可以了。说人话:就是让你的身体真的动起来。这也是VR空间定位技术、动作捕捉技术与万向行动平台等正在研究和解决的。


第二类晕动症称为视觉晕动症,是由于头显本身的硬件或软件等引起的高延迟问题导致的眩晕感。如果你也曾这么晕过,这个锅还得给“延时”背。


延时,简单地来说就是时间差。假设在0.5秒内头部向右边旋转90度,头显最终也会呈现右转90度之后的画面。但如果头显存在高延迟的问题,画面的转换会花费1秒的时间(假设),这个0.5秒时间差就是延时。


检测延迟与成像延迟

那么造成这个时间差的罪魁祸首是谁?


VR中,你的头部就作为游戏手柄,每一次运动都会触发一系列的运算,直到新的图像呈现在你的眼前。整个过程分为以下几个步骤,具体可回顾往嗨了说第二期

  • 头部运动:用户佩戴好头显后,头部开始运动,计时开始;

  • 空间定位:定位系统检测和精确确定新的头部位置和姿态;

  • 立体渲染:根据新的头部位置和姿态,计算机渲染左右眼所需要的一对立体视觉图像;

  • 扫描输出:图形硬件传输渲染完成的立体图像对到头显准备显示;

  • 显示开始:根据收到的像素数据,头显开始为每个像素发射光子;

  • 显示结束:显示完成后,头显停止为像素发射光子;

  • 到达眼睛:光子经过透镜达到人眼,完成整个过程,计时结束。


造成延时的原因不外乎两大类:定位系统的检测延迟图像渲染的成像延迟


与定位有关的延迟包括了“头部运动”与“空间定位”两个步骤。人的位置和方位检测有机电、电磁、声学和光学四种方法。而每种跟踪系统都不同程度地存在着位置检测延迟,范围大概在几十毫米至几百毫秒之间。


对于定位所造成的延迟,一般有延后获取头部位置和建立模型预测预测头部位置等方法,就是在往嗨了说第三期中说的“别太早”和“猜猜看”。



另一类延迟是指从系统获得用户输入设备数据后开始处理到用户能在立体显示设备上看到新生成的图像这段时间,称为成像延迟。在“立体渲染”这一步骤中,一块手机大小、60hz的LCD屏幕将像素逐个绘制到你的眼前,这一过程就会引入大约15ms左右的延时。为了加快这一过程,工程师想出了“抓重点”,“分治之”,“走捷径”与“安全网”等解决方案。


所以,VR延时=检测延迟+成像延迟。而市面上很多号称低延时的VR头显有可能只计算了图像渲染与输出所需要的时间,其实并没有计算空间定位的延迟,这可就耍流氓了啊(摊手)。



《往嗨了说》往期回顾

1. 往嗨了说——人人都在说的沉浸感到底是什么

2. 往嗨了说——被称作VR最硬指标的延时到底是怎么一回事(上)

3. 往嗨了说——被称作VR最硬指标的延时到底是怎么一回事(下)

4. 往嗨了说——时间卷曲跟VR有啥关系(上)?

5. 往嗨了说——时间卷曲跟VR有啥关系(下)?

6. 往嗨了说——如何在几米见方的房间里创造出无限空间