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一玩 VR 头显就感觉晕?这其实不是你的错

2016-05-09| 发布者: 杜松鹏 |来自: 极客公园

简介:在虚拟现实(Virtual Reality,以下简称 VR)普及的过程中,我们听到得最多的不适症状莫过于眩晕了。用户玩完第一人称射击 VR 游戏,脱下头戴显示器觉得天旋地转是常有的事。当然,除了眩晕,有人还会出现其他不适症 ...

一玩 VR 头显就感觉晕?这其实不是你的错

虚拟现实(Virtual Reality,以下简称 VR)普及的过程中,我们听到得最多的不适症状莫过于眩晕了。

用户玩完第一人称射击 VR 游戏,脱下头戴显示器觉得天旋地转是常有的事。当然,除了眩晕,有人还会出现其他不适症状,比如疲劳、眼花、恶心等。

所有这些症状,我们统称为虚拟现实晕动症(Virtual reality sickness/Cybersickness)。

一玩 VR 头显就感觉晕?这其实不是你的错

有研究表明,在 VR 中待了超过 20 分钟后,80% 的人都会有虚拟现实晕动症症状。这也就是为什么,目前很少有 VR 应用会将使用时长设置在 20 分钟以上,因此说虚拟现实晕动症是 VR 产业发展最大的拦路虎也不为过。

想知道虚拟现实晕动症产生的原因,首先要理解一个人体构造——前庭系统,以及人体平衡机制。

前庭系统和晕动症

日常生活中,起立、坐下、转身、走路等动作都需要维持身体重心的平衡才能完成。平衡是一套复杂且精细的机制,依赖于前庭系统和视觉感官的相互配合。

前庭系统位于人体的内耳,它和听觉系统的一部分耳蜗一起构成了内耳迷路。其肩负的责任是,感受头部运动,并将其转换成神经系统可以利用的信息。如果人体的前庭系统受到了不良刺激,很容易引发晕动症。

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我们在乘坐汽车、轮船和飞机时,总会感觉到颠婆、摇摆或旋转等各种形式的加速度运动。

而前庭系统对加速度运动非常敏感,它将运动信息传递给神经系统,让大脑认为人体是处于运动中的。此时,如果视觉感官没有感受到运动,前庭系统和视觉感官的冲突就导致了晕动症(Motion Sickness)。

比如,如果我们在开得不平稳的车上看书、看手机,视觉感官感受到的是静止物体,就很容易晕车。晕船、晕机都是同样道理。

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以上说的都是现实生活中的晕动症,直到 1992 年,伴随着 VR 的一次商业化浪潮(最终失败了),才出现了一个新词「Cybersickness」专指虚拟现实晕动症。

虚拟现实晕动症同样是因为前庭系统和视觉感官的冲突。不同的是,晕动症是人体实际运动了,而视觉感官没有感受到。虚拟现实晕动症则是人体实际没有运动,而视觉感官感受了运动。

北京理工大学光电学院副研究员翁冬冬教授团队的研究表明,虚拟现实晕动症典型症状为恶心、眼部不适和方向障碍,小型症状更是有 16 项之多,包括身体不适、疲劳、头痛、眼睛疲劳、眼睛聚焦困难、唾液分泌增加、出汗、恶心、注意力不集中、头胀、视觉模糊、眼花(眼睛睁开时)、眼花(眼睛闭合时)、头晕、胃部不适、打嗝。

另外,还可能干扰平衡能力、方向感,也有在使用后不相信真实环境的真实性这种情况。

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值得一提的是,不管是晕动症,还是虚拟现实晕动症,都和个体有很大关系,产生的症状也因人而异。因此,同一个 VR 应用,有的用户没有任何不适,有的用户会觉得晕。

厂商是如何解决虚拟现实晕动症的?

在一个 VR 系统中,导致前庭系统和视觉感官冲突的原因有很多,硬件方面的因素大致可以分为 2 类——系统设计以及性能。

目前很多 VR 系统仅仅设计为一个带头部追踪功能的显示器,完全没有手部、脚部的交互,这使得人的身体与虚拟内容不能同步运动,很容易导致前庭系统感知与视觉感知不一致,进而引发虚拟现实晕动症。

为了尽可能地让人的身体和虚拟内容同步运动,三大 PC 头显都设计了手部控制器来匹配手部运动。Oculus RiftOculus Touch, PS VR 有 PS Move,HTC Vive 也有 Vive 控制器。

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HTC Vive 更是具备 room-scale 级别的动作捕捉系统,允许用户最大在 15x15 英尺的空间内自由走动,真实身体和虚拟运动完全同步。

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头显厂商之外,还有不少第三方交互设备厂商在提供运动同步方案。比如,手部有 Leap Motion 的 Orion,Nimble VR, Usens, 微动、Ximmerse 等;脚部有 KAT WALK, Virtuix Omni, Cyberith Virtualizer 等;提供全身解决方案的有诺亦腾 Project Alice, Kinect, 奥比中光等。

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除了系统设计本身的原因,硬件性能不足也是导致虚拟现实晕动症的一个重要原因,最明显的表现是延迟。延迟又与显示延迟、运算性能限制、交互系统延迟、跟踪交互精度密切相关。

一玩 VR 头显就感觉晕?这其实不是你的错

把延迟控制在 20ms 以下,VR 头显才算到了及格线。虚拟现实资深从业者台伯河分析道:

首先,设备需要足够精确的办法来测定头部转动的速度、角度和距离,这可以使用惯性陀螺仪(反应灵敏但是精度差)或者光学方法来实现。

然后计算机需要及时渲染出画面,显示器也需要及时地显示出画面,这一切都需要在 20ms 以内完成。

相应的,如果每一帧显示的时间距离上一帧超过 20ms,那么人眼同样也会感到延迟。所以,VR 头显的画面刷新率应该超过 50FPS,目前来说 60FPS 是一个基准线。要在这么短的时间内搞定这一切,本身就是巨大的挑战。

内容开发者怎么规避可能的诱因?

VR 内容导致虚拟现实晕动症的原因有很多,常见的有视角、加速度、场景复杂程度和比例等。

VR 能大大增强第一人称视角的沉浸感,但也最容易引发晕动症。减轻这种不舒适的有效方法是舍弃第一人称视角,比如 Oculus Rift 随机附送的游戏《Lucky’s Tale》使用的就是第三人称视角。

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不过,第三人称视角没第一人称视角那种代入感,有用户会质疑:「这种内容有必要做成 VR 吗?」   对于视角选择这个问题,业界现在也仍处于讨论阶段。

前文说到,前庭系统对加速度非常敏感,VR 内容开发中更应该慎用加速度运动。但这并不代表 VR 内容中不能采用加速度运动,有经验的团队会耗费大量精力在测试上,以确定什么范围的加速度在 VR 中不会引起虚拟现实晕动症。

场景设计方面,有实验证明,虚拟现实晕动症随着场景复杂度的提升而增强。这可能是由于更多的细节导致了更频繁的眼动,或是更重的大脑负担。同时,虚拟场景一旦与真实场景比例有偏差,就会引发晕动症,这种偏差越大,越容易诱发 。

VR 内容中引发虚拟现实晕动症的原因还有很多,翁冬冬教授团队的研究列出了 21 项可能的因素。即使有相应的研究,内容开发者还是得自己一点一点去摸索细节。因为当前 VR 内容开发技术的发展远谈不上成熟,更没有一本万能的《防虚拟现实晕动症开发指南》。

一玩 VR 头显就感觉晕?这其实不是你的错

极客公园曾与开发出 Google Cardboard 上体验最棒游戏《Lamper VR:Firefly Rescue》的 Archiact Interactive 团队就晕动症问题进行过一次深入讨论。

其 CTO Derek 表示,为了规避可能导致虚拟现实晕动症的「陷阱」,他们进行过无数次测试,总结出 40-60 多条防眩晕设计原则,每迭代一个版本,会有专门的人员去一条条地核对。比如,运动中的物体会对人体造成什么影响,怎样的 UI 在 VR 中不会产生眩晕,在迅速移动中要用什么样的贴图,甚至是怎样的字体才是合适的、字体多大、放多远等等。

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