从肉体到机体 浅谈VR眩晕感从何而来

2016-10-26 09:47:06     作者:风景独好      来源:中关村在线

标签: 智能电视 虚拟现实技术 VR

虚拟现实技术,又称VR,它的出现,将曾经只存在于科幻小说中的“游戏头盔”真实的还原到了现实生活中,这项技术在20世纪60年代被首次提出,借助电脑的计算系统,生成一个三维环境,通过将使用者的视听觉完全包裹其中,带来无与伦比的体验感和临场感,我们先来总结一下VR概念的发展历程。

      VR产品发展历程 最早出现在60年代!

虚拟现实技术,又称VR,它的出现,将曾经只存在于科幻小说中的“游戏头盔”真实的还原到了现实生活中,这项技术在20世纪60年代被首次提出,借助电脑的计算系统,生成一个三维环境,通过将使用者的视听觉完全包裹其中,带来无与伦比的体验感和临场感,我们先来总结一下VR概念的发展历程。


1935年,小说家Stanley.Weinbaum在小说中描述了一款VR眼镜,以眼镜为基础,包括视觉,嗅觉,触觉等全方位沉浸式体验的虚拟现实概念,该小说被认为是世界上率先提出虚拟现实概念的作品。


1962年,名为Sensorama的虚拟现原形机被MortonHeilig所研发出来来被用以虚拟现实的方式进行模拟飞行训练。该阶段的VR技术仅限于研究阶段,并没有生产出能交付到使用者手上的产品。



Sensorama

  1994年开始,日本游戏公司Sega和任天堂分别针对游戏产业陆续推出SegaVR-1和Virtual Boy等产品,在当时的确在业内引起了不小的轰动。但因为设备成本高,游戏的实际体验十分有限,最终这款游戏机产品以市场的失利而告终。


Virtual Boy

  2016年开始良莠不齐的产品开始井喷式爆发,随着Oculus、HTC、SONY 等一线大厂多年的付出与努力。VR产品在2016年迎来了一次大爆发。这一阶段的产品拥有更亲民的设备定价,更强大的内容体验与交互手段,辅以强大的资本支持与市场推广。整个VR行业正式进入爆发成长期。


SONY PS VR

相信现在体验过VR产品玩家都有体验,VR除了能带给我们无与伦比的体验之外,它的通病“晕眩感”同时也令人非常头疼,就算是包括HTC、Oculus、SONY 等顶尖厂商生产的VR产品也依然存在这个“硬伤”也正是这个愿意,现在体验VR的玩家们,对VR设备也仅仅止步于浅尝即止,那么又是哪些原因才导致了VR头显设备造成了我们眩晕感呢?今天我们就从我们自己的身体构造出发,聊一聊“虚拟现实眩晕症”究竟是为什么。

景深问题 眼睛没有想象中那么好骗

头一个我们要说的就是景深问题,我们大家都知道,想要获得最好的临场体验,就要用VR设备欺骗我们的眼睛,在显示过程中营造出前后景物有距离感的画面,但是我们要知道显示设备的屏幕一般都是平面的,要想在平面的物体上显示出一个多维的空间,可不是简单的近大远小就能控制的,其中包括光线的变化,阴影的变化等诸多深层的因素在内,其中就包括“景深”。


由实到虚的距离可以简单的理解为景深 细节展现部位就叫焦点

  那么究竟什么是“景深”呢,相信学摄影的朋友都非常理解这个概念,对“景深”的控制算是每一个摄影师的基本功,我们抛开摄影层面不说,大家去网上能找到关于“景深”词汇的解释相信一定不比我少,秉承着互相学习互相进步的原则,今天要说一些笔者自己的理解。


一张图告诉你什么是近实远虚

其实我们现在的显示技术构成,都是尊崇美术学的,诸如景深、距离、阴影、到三基色变换颜色构成图像,人类对美术学的理解造成了现在显示技术,从影视、游戏、应用软件制作,从制作环节都要遵守美术理论这个铁律,就拿一个最基础的素描画来说,它规定了你想要重点呈现给观赏者的部位细节就要相对丰满,而次之的部位就要相对的减弱细节,来衬托主要展示部位,整体画面才会主次分明。但是遵循美术学的显示画面,远观完全没问题,放到VR上真的符合生理学么?

在电子显示设备中,素描规则呈现最直接的就是“对焦”和“景深”两个概念,这两个概念本身是不分家的。但是,虚拟环境生成的具有双眼视差的图像,但具有明显的深度和虚化感,眼睛想要观察到的地方却是虚的,这本身就很不舒服。

·简单的总结,平面结构的屏幕上构建三维空间,本身需要景深虚化效果辅助,但这种传统的辅助构建模式本身与我们的双眼视性相悖,现实和虚拟的视差导致了我们的不适应,就造成了眩晕。

延迟和拖影 都是液晶惹的祸?

而画面延迟在很大程度上又取决于显示屏的刷新率。目前世界上最先进的虚拟现实设备刷新率在75Hz,其中就包括鼎鼎有名的Oculus DK2。75Hz意味着渲染完成到显示在屏幕上,至少需要1秒除以75次等于每次13.3毫秒,包括安全保险的时间在内,一般是19.3ms的延迟。


19.3毫秒延迟产生过程图

  上图同时也是整个视讯信号从采样,到完成呈现的过程,这个过程形成的过程中还没有包括数据丢包,和CPU频率的损耗,所以能达到19.3ms已经是一个非常理想的延迟了,在延迟过程中我们的眼睛极易产生不适,从而导致眩晕。因此视讯的延迟也是导致眩晕的其中一项因素。

·画面拖影远观无碍 放在VR里就是大问题

  时至今日,依旧有不少用户抱怨液晶电视的画面不够流畅,尤其是一些中低端的电视产品尤为如此。说的深入一点,对于电视技术制造经验匮乏的新型互联网品牌而言,响应时间的问题更为突出一些。那么?液晶技术为何会存在响应时间偏慢的问题呢?


液晶屏物理结构注定响应时间问题无法根除

  当然,液晶作为电视和显示器的主要屏幕选择,远距离观看是完全没有问题的,但是用在VR上就完全不是一码事了,这就是在电视领域钟爱LCD的SONY,在旗下VR产品上选择OLED屏的原因。


拖影严重到一定程度 看静态图像都会吐

  液晶技术无论通过何种手段或技术,都无法从根本上解决画面残影现象,因为液晶分子偏转排列需要时间,液晶分子偏转不同的材质有不同的方式,液晶分子从接受驱动芯片指令到改变状态这一过程所需要的时间,这就是我们常说的“响应时间”,通俗一点说,无论多么高级的驱动技术都无法改变液晶分子需要偏转工作的事实,响应时间或快或慢,但不可能为零,因此液晶屏的残影注定无法根除。

·VR还有一段路需要走 从生理结构研发更会事半功倍

  有心的读者相信都已经发现了,以上的几种问题,都是导致画面虚化的现象,VR产品其屏幕距离眼球非常近,而且采用的是包覆式的设计,人眼在将注意力放在虚化的画面上,没有焦点的情况下,大脑就会重新寻找焦点,多次反复的重新聚焦的过程,就是造成眩晕的罪魁祸首,这就像是在雪山上人眼捕捉不到焦点而引发的雪盲。


  虚拟环境系统生成的两幅具有双眼视差的图像在映入视网膜之后,同现实世界一样,视线也可以聚焦于虚拟环境中的任意虚拟对象上,但是具有明显深度感的、前后位置各不相同的各个虚拟对象,不但没有发出与其所处位置相对应的散开度的光线,而且和平面图像一样,各对象发出的入瞳光线的散开度却相互几乎一致。



  究竟现在的VR产品值不值得买,笔者持有比较保守的态度,如果您喜欢最新、最好的体验,那您不妨买一个尝尝鲜,如果您手里没有什么闲钱,完全可以买一个现在国内很多厂家在卖的所谓“VR”的头戴手机支架来进行简单的体验,但是您一定要注意,您手机的性能再好,这种支架给你的体验是完全比不上几千元的VR头显的,像Oculus、HTC、SONY等大厂的VR品质尽管无法消除所有人的眩晕感(各人体质不同),但是已经在优化生理感受的方面已经开始努力了,现阶段的VR产品归根结底还是视觉显示技术,同样需要显示面板厂商和这些虚拟现实开发者一起努力。

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