VR很爽，可是暈眩問題怎么破？

隨著VR產(chǎn)業(yè)漸漸進入人們的視線，VR熱潮正處于爆發(fā)前期。縱觀國內(nèi)幾家VR領(lǐng)域的尖端企業(yè)，中國的VR硬件與國際水準相比并不低。如果以“國際標準”O(jiān)culus的VR硬件來說，可以說與其基本持平。對于過國內(nèi)廣大普通產(chǎn)品使用者來說無疑是個好消息，國內(nèi)的VR團隊在保持硬件的技術(shù)過關(guān)的前提下，性價比頗高。

然而，就算是比較尖端的VR產(chǎn)品，目前依舊有致命的“硬傷”：暈眩感太強。很多VR體驗者表示，在一段時間使用VR產(chǎn)品后，會出現(xiàn)不適，惡心，甚至嘔吐。這成為了VR發(fā)展比較大的一個絆腳石，解決暈眩問題成為VR的燃眉之急。

一、為什么會產(chǎn)生VR暈眩?

VR暈眩原理其實非常簡單，因為眼睛看到的（VR）畫面與從耳朵接收到的（真實位置）信息不匹配，導致腦負擔加大，從而產(chǎn)生暈眩感。

　產(chǎn)生這樣的問題主要有兩個方面：

一方面和3D暈眩癥的道理有點類似，3D特效大片之所以會讓觀眾覺得頭暈，是因為3D電影除了大量實焦畫面外，還有元素豐富的虛焦布景畫面。

畫面里的元素過于豐富，像遠處景深里虛焦樹葉就是眾多元素里的一部分。但觀看3D電影的時候，觀眾必須舍棄虛焦畫面里的這些元素。因為這些元素會讓眼球重新聚焦，且屢屢聚焦失敗，就容易產(chǎn)生3D暈眩癥，這就類似在雪山上的人眼球長期搜查不到視覺焦點而造成的雪盲。

簡單來說就是畫面太逼真了，讓你有身臨其境的感覺，身體認為你正在做劇烈的運動，或者處于畫面中的狀態(tài)，但是實際上你是坐在座位上并沒有運動。這是一種自我保護的本能，大多數(shù)人可以通過鍛煉減輕暈眩，但是不可能讓人真正去移動一段距離。

另一方面是VR硬件的延遲造成時間上的不同步，當人轉(zhuǎn)動視角或是移動的時候，畫面呈現(xiàn)的速度跟不上，在VR這樣全視角的屏幕中，這樣的延遲是造成暈眩的比較大問題，目前降低延遲是當下減弱VR眩暈的主要手段。

二、延遲——VR領(lǐng)域中降低暈眩的方法

選購虛擬現(xiàn)實設(shè)備，很重要的一個指標是從轉(zhuǎn)動頭部到轉(zhuǎn)動畫面的延遲。

而畫面延遲在很大程度上又取決于顯示屏的刷新率。目前世界上比較先進的虛擬現(xiàn)實設(shè)備刷新率在75Hz，包括鼎鼎有名的Oculus DK2和上海樂相科技的大朋等。

75Hz意味著渲染完成到顯示在屏幕上，至少需要1秒除以75次等于每次13.3毫秒，包括安全保險的時間在內(nèi)，一般是19.3ms的延遲。所以任何聲稱自己延遲在19.3ms以下的都是虛假宣傳。

那么延遲19.3ms是由什么構(gòu)成的？

（19.3ms延遲的產(chǎn)生過程）

1、首先從頭部轉(zhuǎn)動到傳感器讀到數(shù)據(jù)大概需要1ms的時間，如果采用世界一流的傳感器，那么采樣率在1KHz，也就是說每秒鐘可以讀取到一千個數(shù)據(jù)，那么每個數(shù)據(jù)就是1ms，也就得出了這1ms的延遲。

2、然后數(shù)據(jù)需要經(jīng)由單片機，傳輸?shù)诫娔X。因為它們的接口是不同的，就好像空調(diào)的電源插頭不能插到小臺燈的插座里，需要一些轉(zhuǎn)換工作，單片機就負責了這樣的轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)從傳感器到單片機大概需要1ms。因為前面數(shù)據(jù)的產(chǎn)生需要1ms，于是如果不在1ms內(nèi)將這些數(shù)據(jù)傳送到單片機，那么后來的數(shù)據(jù)就會被丟棄。

3、接下來是單片機經(jīng)由USB線將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C。USB線具有極高的傳輸速率，但是完全由Host端（也就是PC端）控制傳輸?shù)?。也就是說，如果Host端不接收單片機發(fā)來的數(shù)據(jù)，那么數(shù)據(jù)就會被丟棄。采用HID方式的情況下，Host端會經(jīng)常檢查是否有數(shù)據(jù)傳輸上來，然后將數(shù)據(jù)存放到內(nèi)存，所以這個時間在1ms之內(nèi)。至此，數(shù)據(jù)已經(jīng)到達PC的內(nèi)存了，走完了全部的硬件過程。由于數(shù)據(jù)帶寬、通信協(xié)議等限制，會占用3ms~4ms之間的時間，很難再減少了。

4、在硬件上傳輸完成后，就是軟件算法處理的過程了。

由于模擬信號本身的噪聲和漂移，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后，數(shù)據(jù)中存在大量的噪聲和漂移。于是需要復(fù)雜的數(shù)字信號處理方法將這些噪聲和漂移過濾掉。這樣，傳感器傳來的9軸數(shù)據(jù)就成為了渲染游戲所需的頭部旋轉(zhuǎn)的四元數(shù)旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。處理這個數(shù)據(jù)一般在1ms以內(nèi)。渲染時只要將這個旋轉(zhuǎn)的四元數(shù)乘以攝像機的坐標，就得出了觀察方向，可以用于渲染場景。通過特殊的算法(例如Time-warp,目前比較快的算法)，根據(jù)先前的數(shù)據(jù)處理得到的圖像，完成真正被顯示的畫面。幸虧有了Time-warp算法，我們可以基本忽略渲染場景的延遲。

5、當場景渲染完之后還需要做反畸變，反色散等處理。這些處理一般需要消耗GPU 0.5ms的時間。為了安全起見，將這個時間設(shè)為3ms，來保證準備傳輸下一幀到顯示器，也就是下一個垂直同步信號來之前，GPU必定能把反畸變、反色散做成。

6、然后就是傳輸圖像到顯示器的時間了。如前所述，按照75Hz計算，那么需要13.3ms。到此就結(jié)束了嗎？不是的，還有顯示器將圖像顯示出來的時間。由于LCD顯示器是晶體由電場控制旋轉(zhuǎn)的物理過程，所以傳統(tǒng)的LCD顯示器需要15~28ms不等的時間來響應(yīng)。而比較新的OLED技術(shù)則將這個時間減少到了微秒級。

好了，讓我們將這些時間累加起來，3ms + 3ms + 13.3ms = 19.3ms。當然這是比較理想的情況，還有可能CPU的性能、USB丟包等問題可能導致達不到這樣低的延遲。

國內(nèi)大朋和“國際標準”O(jiān)culus的產(chǎn)品都是采用此種算法，比較低延遲是完全一致的，在全世界范圍內(nèi)，19.3ms的延遲是當下比較科學，比較可信的延遲推算時間。

當然Oculus展望未來可以將延遲降得更低也不是吹噓的。從上面的算式可以看出，主要瓶頸在13.3ms這個延遲過程上。通過一些特殊的方法可以減少一半，甚至更少。但這需要硬件廠家、操作系統(tǒng)、游戲開發(fā)者共同的努力。

目前看來，VR硬件改善延遲是改善眩暈比較好的解決方法，所有需要的時間不斷壓縮能夠來降低畫面的延遲，從硬件上先解決造成暈眩的問題。其次就像之前的3D眩暈一樣，使用者通過一段時間的適應(yīng)，才能使VR成為真正意義上的虛擬現(xiàn)實產(chǎn)物。