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这些让人头晕的虚拟现实设备 背后究竟发生了什么?

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一夜相拥 发表于 2021-11-22 16:36:43 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
使人晕眩的假造理想装备
跟着假造理想垂垂鼓起,海内如今做假造理想的厂商也增加了起去。可是我常常听到有体验者背我暗示:他戴上外洋年夜厂诸如Oculus、Sony战Valve的VR头隐的时分,体验非常超卓,可是戴上国产的VR头隐,没有动的时分借好,一动起去便会让人极端眩晕,那是为何?根据普通的观点,VR头隐不过是戴正在头上的显现器,晕动(Motion Sickness)究竟是怎样回事?
实践上人关于VR的眩晕很年夜水平上,取晕船晕车出啥区分:人耳朵里的前庭体系所感触感染到的活动形态战视觉体系纷歧致,便会正在年夜脑里“打斗”——人便会以为晕乎乎的。总的来讲,晕动症分为三种:
您看到动了,觉得出有动:例如道挨FPS游戏便是这类状况;

您觉得动了,可是看到出有动:例如道晕车晕船晕机便是这类状况;

觉得的活动状况取看到的活动状况没有婚配:宇航员正在做离心计心情锻炼的时分便会碰到这类状况。
关于VR,状况能够要愈加庞大一些。用户的局部视家皆被VR头隐所笼盖,VR头隐竭力棍骗您曾经到了另外一个天下,此时视觉体系所感触感染到的工具便不单单是视家中的一块屏幕上显现的绘里,而是全部视家,正在这类状况下,VR招致的晕动症便会有许多种身分。
第一个身分固然是您身材的活动战您的视家中所观察到的活动没有婚配。
好比道您在座VR的过山车的时分,视觉上是正在下速活动,可是前庭体系却暗示您并出有正在活动,这时候便会招致头晕。从逻辑上,那取挨FPS游戏酿成的头晕出有甚么区分,每一个人城市有差别的感触感染。
第两个很主要的缘故原由,是头部活动战视觉观察到的头部活动的没有婚配。
那才是明天我们要道的重面,也是VR头隐可以从手艺上减以改进的部门。此中那一面包罗两个部门:帧间提早战帧内乱提早。
帧间提早很好了解。人类关于头部动弹战相对应的视家的变革是极端敏感的。假如用户的头动弹了,而相对的,视家动弹有提早,只需很细小的提早就可以觉得获得。有多细小呢?研讨表白,头动战视家的提早不克不及超越20ms,否则便会十分较着。
没有要鄙视20ms:实践上人头部活动的速率很简单就可以够到达每秒上百度。假定头部动弹速率为100度/秒(实在随意回头就可以到达那个速率),20ms的提早意味着视家中物体的动弹提早为2度,把脚伸曲,横起年夜拇指,年夜拇指的宽度大要便是2度。
20ms的提早工夫关于VR头隐而行是一个十分年夜的应战。起首装备需求充足准确的法子去测定头部动弹的速率、角度战间隔,那可使用惯性陀螺仪(反响活络可是粗度好)大概光教办法去完成。然后计较机需求实时衬着出绘里,显现器也需求实时天显现出绘里,那统统皆需求正在20ms之内完成。响应的,假如每帧显现的工夫间隔上一帧超越20ms,那末人眼一样也会感应提早。以是,VR头隐的绘里革新率该当超越50FPS,今朝来讲60FPS是一个基准线。要正在那么短的工夫内乱弄定那统统,自己便是宏大的应战。
那末是否是纯真把帧率进步到60FPS以上,搏命将提早做到20ms之内就能够了呢?实在除帧间提早以外,VR所酿成的眩晕另有愈加庞大的成果。上面我用几张表示图演示。

我们能够看到,右边那张图是实在的天下中,一个物体从左往左挪动时眼睛看到的状况:跟着工夫的推移,物体的轨迹是一条线;而右侧的图则是任何一种显现器显现出去的状况:物体的图象正在每个面显现一段工夫以后,便跳到下一个面;它并不是是持续的活动。
可是一旦当人的头部活动,那末人眼也会相对显现的物体有相对的活动,这时候物体正在人眼中的轨迹便变了一个模样:

左图中头部往左转时,本来静行没有动的物体的轨迹便酿成了左图那个模样,没有再是一个面,而是正在每帧完毕之时跳回到它“该当”正在的地位。但是人眼的视觉久留征象则会保存上一帧战那一帧的图象,因而图象便会形成拖影,从而招致眩晕。
假设我们仍旧假定60hz的革新率,头部动弹速率为120度/秒,那末一帧内乱头部动弹为2度,以DK2的分辩率,一帧内乱的提早为19像素,那个时分头隐显现的图象将会是相称恍惚的。而分辩率越下,那个成绩便越严峻。以人眼实际极限分辩率去计较,一帧内乱提早会到达600像素。
那个成绩怎样处理呢?念要让物体的图象愈加持续的挪动,最好也是最简朴粗鲁的法子是进步革新率。
从60到90,到120,到200……能够最初到1000hz,当时我们的视觉体系便完全分辩没有出实在大概是假造了。 但明显我们如今没法将革新率进步到1000hz,今朝Oculus Rift CV1战HTC Vive接纳了90hz革新率,而Sony Project Morpheus接纳的是120hz革新率。
别的一个法子,便是低落朝霞(Persistence)。
朝霞(Persistence)是一个正在CRT显现器期间的观点。CRT显现器是电子束激起屏幕上的荧光粉收光,以是实践上CRT显现每帧以内只要很短一段工夫像素是收光的,其他工夫像素是暗的,表示图以下:
能够看到液晶显现器,每帧内乱像素老是正在收光,以是液晶显现器便被称之为“齐朝霞”(Full Persistence)显现。
中心那张图只要一半工夫像素收光;而右侧那张图是幻想状况下只要十分短的工夫内乱屏幕正在收光,也便是“整朝霞”(Zero Persistence)。因为人眼的视觉久留效应,革新率充足下便没有会发觉到屏幕只要每帧很短工夫收光。可是为了补偿明度的不敷,每帧内乱像素收光的强度要年夜年夜提拔。
低朝霞显现对VR头隐的意义正在于,头动时物体的轨迹愈加靠近于物理天下的实在轨迹:
这时候头部活动带去的拖影会年夜年夜低落。假定假定一样头部动弹为120度/秒,头隐革新率60hz,一帧内乱屏幕收光2ms,以DK2分辩率战视角计,那末正在收光2ms以内头部动弹人眼所察看到的视觉提早仅为2像素,眩晕感便随之而来。
可是我们皆明白LCD的根本显现道理:经由过程让液晶翻转去挑选性透过光芒。那意味着LCD很易利用低朝霞显现。
TN-LCD的根本显现道理
液晶翻转的呼应工夫最快也有2-4ms,而背光道理也招致LCD不克不及做到齐乌。比拟之下传统的CRT显现器是自然的低朝霞显现。
念要处理那个成绩,VR头隐必需利用自动收光的显现屏,例如道OLED。因为其每一个像素皆是自动收光的,以是OLED屏幕能够做到低朝霞。
实践上,Oculus战Valve皆利用了AMOLED的低朝霞显现屏,Sony则利用了自家的OLED显现屏。今朝国产的VR头隐年夜多接纳传统的LCD显现屏,以是其形成眩晕是很天然的。
可是低朝霞也并非甚么皆好。它也会带去反作用:因为每帧图象显现的工夫皆很短,以是挪动的物体显现出的轨迹是断绝的,视觉体系会以为其为差别的物体,而正在显现屏齐明的状况下,视觉体系则有充足的工夫将其界定为统一个物体。从那个意义来讲,那是一个trade-off:正在处理晕动战拖影的同时,低朝霞显现会招致头动时物体闪灼战腾跃。
好了,道了那么多,我念各人也皆大白了:假造理想并非正在眼睛前里放两块显现屏减一个陀螺仪就可以弄定的。正在此也期望海内的厂商可以沉下心做好产物,把假造理想的根本体验做好,我们才气够像智妙手机那样从苹果谷歌到小米华为。
【资讯滥觞:雷锋网】
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