低余暉技術(shù)如何解決VR最大絆腳石暈動(dòng)癥?
作為一名VR從業(yè)人員,常有VR圈之外的朋友和筆者吐槽說(shuō):為什么國(guó)產(chǎn)的VR眼鏡,看看靜止的內(nèi)容還可以,一旦動(dòng)起來(lái),人就各種暈眩。而國(guó)外品牌的產(chǎn)品如Gear VR沒(méi)有出現(xiàn)這樣的情況,這是為什么呢?
對(duì)于這個(gè)問(wèn)題,筆者可以寫出很多原因,但是主要有一點(diǎn),就是先讓大家認(rèn)識(shí)一個(gè)誤區(qū):VR技術(shù)不是簡(jiǎn)單的兩個(gè)顯示屏+盒子。同樣的VR眼鏡,不少?gòu)S商只是開發(fā)了一個(gè)盒子,并沒(méi)有針對(duì)插入其中的手機(jī)進(jìn)行軟硬件的優(yōu)化,自然很容易造成體驗(yàn)不佳,也就是科學(xué)上所稱之的暈動(dòng)癥。而暈動(dòng)癥歷來(lái)就被稱為VR發(fā)展的最大絆腳石。
嗯,關(guān)子賣完了,那今天就讓我們討論下關(guān)于如何解決暈動(dòng)癥的問(wèn)題。
先獻(xiàn)上VR大牛對(duì)于這個(gè)問(wèn)題的思考:
Michael Abrash是首屈一指的圖形程序員,他于2014年加入Oculus公司擔(dān)任首席科學(xué)家,致力于頭戴式可視設(shè)備(Head Mount Display簡(jiǎn)稱HMD)研究。提到VR大家就必不可少的會(huì)想到暈動(dòng)癥(MoTIon Sickness)一詞??梢哉f(shuō)這個(gè)問(wèn)題是VR發(fā)展中最大的一塊絆腳石,具體來(lái)說(shuō)HMD有許多偽影現(xiàn)象(arTIfacts),例如:色彩邊緣(color fringing)、抖動(dòng)(judder也稱視角震顫)、頻閃(strobing)、拖影(smearing)等偽影問(wèn)題會(huì)帶來(lái)眼腦協(xié)調(diào)不適,從而引發(fā)暈動(dòng)癥。所以說(shuō)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不是簡(jiǎn)單的把兩塊顯示器放在眼前然后放映圖片那么簡(jiǎn)單。這篇文章是在Michael Abrash的三篇關(guān)于余暉(persistence)博文的基礎(chǔ)上創(chuàng)作的,深入探討低余暉如何降低暈眩感和低余暉技術(shù)所帶來(lái)的其他負(fù)面問(wèn)題。
首先什么是余暉效應(yīng)呢?
換個(gè)詞來(lái)說(shuō)余暉效應(yīng)就是視覺(jué)暫留現(xiàn)象,是指人眼在觀察事物時(shí),光信號(hào)傳入大腦神經(jīng)需要一段短暫的時(shí)間,光信號(hào)消失后,視覺(jué)形象并沒(méi)有立刻消失。這種殘留的視覺(jué)影像成為“后像”。舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子,中國(guó)古代的走馬燈就是利用了這種現(xiàn)象。我們生活中也有余暉效應(yīng),比如觀察一個(gè)白熾燈,當(dāng)我們猛的轉(zhuǎn)頭后,白熾燈的燈光依然會(huì)映在我們眼前。
那么余暉與顯示器有什么關(guān)系呢?
我們稱顯示器上的像素點(diǎn)被點(diǎn)亮的時(shí)間為余暉時(shí)間(persistence TIme)。我們現(xiàn)在用的液晶顯示器就是全余暉顯示器,因?yàn)橄袼攸c(diǎn)在每一幀都被點(diǎn)亮。那為什么在HMD中我們要選擇低余暉呢?這個(gè)問(wèn)題我們就要從人眼和顯示器上的虛擬圖像間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)說(shuō)起了。
色像差(color fringing)也稱為彩色邊紋或者色散現(xiàn)象。在解釋低余暉之前,我們先來(lái)看一個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題:色像差。這是一個(gè)很好修復(fù)的問(wèn)題,也可以很好地幫助我們了解人眼和顯示器上的虛擬圖像間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
下圖是一個(gè)很好的例子,我們可以清楚地看到圖片有紅綠藍(lán)三種基色邊緣,圖片質(zhì)量大幅下降。那么什么情況下這種問(wèn)題會(huì)發(fā)生呢?
我們可以認(rèn)為來(lái)自顯示器的光子是一個(gè)三維信號(hào),我們把這個(gè)三維信號(hào)量化為一個(gè)表達(dá)式:pixel_color = f(display_x, display_y, TIme)。這個(gè)表達(dá)式表示顯示器上的光子的位置和它的余暉時(shí)間。