VR眩暈感的原因因素及怎么解決 VR為什么會眩暈

虛擬現實的輸出技術主要依賴于視覺表現。視覺是人類感知世界最重要的信息來源，70%以上的外界信息由視覺捕獲。視覺系統是形成沉浸感的最重要的因素，也是目前虛擬現實各項技術中相對成熟的一項:平面顯示技術，是通過雙目視差形成立體視覺，“欺騙大腦”產生三維立體感的技術。此外，業界認為視網膜投影技術將在增強現實領域大展身手。

虛擬現實的“沉浸感”要求計算機生成的虛擬環境能夠復原人在真實世界中的視覺體驗。最突出的三點來源于立體感、大視場角與視角切換。人在現實世界中所看到的景物有近、遠之分，而從二維屏幕上看到的虛擬畫面與人的相對距離總是固定的，產生立體感的關鍵在于雙目視覺技術。市面上的VR設備大多配有左右兩塊屏幕，所播放的內容在水平方向上有細微的差別，正是這種視差給人以空間感的立體視覺效果，雖然人所看到的是屏幕上的實像，反饋到腦中的卻是有深度的虛像。沉浸感還來源于光路的巧妙設計使得近處厘米見方的屏幕內容就可以覆蓋人的整個視場，當戴上VR頭盔所看到的內容沒有視界邊緣的黑邊，虛擬世界完整的填充于視野。此外，當頭部上下、左右轉動時，需要有設備采集頭部運動并呈現與之匹配的不同視角的虛擬世界。因此，虛擬現實頭盔的基本組合包含透鏡+雙屏幕+頭部追蹤傳感器(陀螺儀)三部分，計算設備不斷地渲染屏幕成像，結合頭部追蹤傳感器對方向的識別，利用雙目視覺技術，打造虛擬現實體驗的“沉浸感”。

透鏡+屏幕+頭部追蹤傳感器的基本結構也為虛擬現實體驗帶來了挑戰。首先，光學透鏡放大屏幕上的內容像素點也同時會被放大，如果屏幕分辨率不夠高，用戶很容易看到像素顆粒，因此VR設備需要高分屏。此外多數用戶反饋使用VR頭盔一段時間后會有眩暈感，學名為“暈動癥”。這種眩暈使很多專家學者擔憂其對健康的影響，也是目前制約消費者使用時間的瓶頸。

“暈動癥”的產生機理較為復雜，一種原因是前庭系統與視覺系統的失配引起的眩暈，也即視覺看到的動與內耳中的運動感知器官傳達的靜相互錯節，這與人“暈車”“暈船”的原理類似。此類眩暈的解決方法包括:采用The Void主題公園的方案，建立一個真實的物理空間，然后讓人穿戴VR設備在里面移動，通過虛擬世界和實際物理模型疊加的形式來解決。也可以通過優化游戲設計的方式，比如采用瞬移，或者非行走的移動方式，避免劇烈運動情景下的沖突場景，例如Oculus Rift要求用戶坐在椅子上使用，通過游戲視角設計規避眩暈移動方式，以達到大部分人可用的標準。

有專家認為景深感的缺失也會導致“暈動癥”。人眼借助“立體視覺”感知空間深度，眼睛的主動對焦會使得關注的焦點清晰而背景泛化模糊，重點自然突出。這種虛化是人眼判斷空間深度和距離的一種途徑，如果虛擬現實世界不能根據視線的移動做出景深的變化，也會產生一種不真實感甚至眩暈不適。在AR領域此問題已經通過Magic Leap提出的四維光場投射技術得以解決，VR領域最有潛力的解決方案是眼球追蹤技術+背景虛化。也即通過眼球追蹤技術實時獲得關注的焦點，進而在VR的3D模型渲染中把背景作模糊處理，以達到以假亂真的效果。

然而在導致眩暈的各類原因中，主要矛盾是延遲。延遲是多方面的，從人轉動頭部/做出動作到得到視角更新/動作反饋期間的延遲又稱為“幀間延遲”。VR頭盔中的陀螺儀、加速度計和磁力計等慣性傳感裝置跟蹤人的頭部運動，而各類外設如手柄、動作捕捉系統檢測人的肢體運動，從傳感器進行數據采集計算并據此指導處理器進行圖像渲染，整個過程都需要被精確的控制在幾毫秒的級別才能保證良好的沉浸感。此類延遲的解決方案是提高傳感器數據捕捉精度及采集頻率，提升數據傳輸效率和處理器運算性能等。

顯示延遲也是暈動癥的“幕后推手”。顯示器成像時會產生各類偽影現象:色彩邊緣、頻閃、拖影等等。偽影問題會帶來眼腦不協調進而引發暈動癥，例如拖影現象是指像素點在每一幀被點亮一段時間(即為“余暉時間”)，當眼睛追蹤虛擬物體運動時，可視時間內每幀像素點都在視網膜上滑動了一段距離。拖影問題的解決之道是減小余暉時間，提高刷新頻率，這將使得頭部追蹤物體時，物體的運動軌跡更加接近于物理世界的真實軌跡。假設頭部轉動為120度/秒，頭顯刷新率60Hz，一幀內屏幕發光2ms，以Oculus Rift DK2的分辨率和視角計算在像素發光時間內，頭部轉動引起人眼所觀察到的視覺延遲僅為2像素，眩暈感也就隨之而去。

根據Digi-Capital提出的VR視覺顯示參數，一臺能提供理想沉浸感、避免“暈動癥”的VR設備應達到4k屏幕清晰度、136度視場角、120Hz的屏幕刷新率和低于20ms的延遲，而目前市面上的VR設備普遍無法達到該標準，產業界普遍認為2k分辨率、120度視場角、20ms延遲、75Hz刷新頻率以及1k陀螺儀刷新速率已能打造一款體驗達標的VR設備。