空间计算时代,你还需要担心 VR 眩晕吗?

日期:2023-11-15  作者:小天  来源:www.txunda.com  人气:601

VR晕眩(Cybersickness)是当前 VR技术发展中最为常见的一种现象。造成 VR头重脚轻的原因是多方面的,一方面是因为硬件的问题,另一方面是因为虚拟内容的呈现。与晕车症状类似, VR晕车症患者对 VR的敏感度也各不相同。早期的虚拟现实技术还比较落后,呈现速度慢,延迟大,更易引起用户的眩晕感。

此外,由于光学、显示器等因素的限制,使用者长期处于低质量、高清晰度、高清晰度的环境下,也更易出现眩晕感。

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虚拟现实(VR)出现后,业界和学术界对其进行了大量的研究,包括硬件、交互、内容以及人机工程学等。在“Cybersickness”的关键字中,有超过13000份的论文与专利: 如果归纳一下硬件和内容所导致的 VR 眩晕,主要因素可以概括为以下几类: 追踪画面延迟(运动到光子延迟,motion-to-photon latency) 3D 显示辐辏调节冲突(Vergence-accommodation conflict,VAC) 视觉晕动效应(Vection) 接下来我们会简单总结一下当前行业领先的头戴显示设备(HMD)是如何处理这些问题的。 

一、MTP 延迟

 头戴设备需要对用户的头部移动进行跟踪,并将其转换成虚拟图像绘制时的角度调节,业内普遍认为 MTP延迟小于20毫秒,这样用户就不会感到显著的图像延迟。

 以苹果 Vision Pro为代表的视频视角头显(VST),不仅要对用户的头部动作进行跟踪,而且要将周围的环境信息以视频流的形式展现出来,并且要将虚拟场景与现实场景进行融合渲染。

 最近的 Meta Quest 3,支持10个同时拍摄的相机,以及全彩色超快的透视/透视,以及12毫秒的延迟,这是基于骁龙XR2Gen2的。苹果公司还为苹果视觉专业版研发了一款名为“R1”的专用芯片,它声称从图片到显示器的延迟仅需12毫秒,是人眼的8倍! R1 virtually eliminates lag, streaming new images to the displays within 12 milliseconds. That’s eight times faster than the blink of an eye! 

二、辐辏调节冲突(VAC) 

在真实生活中,我们的眼球会自动调节焦点,从而使目标在视网膜上清晰可见。 然而,在虚拟现实环境下,为了保证虚拟世界中的目标能够看得更清楚,人眼必须根据屏幕的远近来调节焦点。但是,在调节焦点的过程中,眼球的调整与焦点不能始终保持一致,容易造成眼部疲劳与不适。集合的矛盾就是集合调节的矛盾。

 举一个不是特别恰当的例子类比,VAC 所带来的视觉疲劳和眩晕就像是长时间斗鸡眼带来的感觉一样: 裸眼3D显示器(裸眼3D)的常见问题,即使是 Apple Vision Pro,也无法彻底解决人眼视觉疲劳、头晕等问题。《电影风暴》的 Tim曾经说过,如果佩戴半个小时,他就会发现自己的真实世界变得更加立体,这应该是因为他的眼睛已经习惯了 VAC的冲突,所以才会有这种感觉。

 该问题即使在以光学透视(OST)为基础的 AR眼镜中也同样存在,其实质是大脑接受的集合与调节信息互相冲突: 为缓解 VAC效应,近年来,多焦点显示、光场显示等新型显示方法被广泛应用于实际场景。另外,部分 VR软件还支持眼球运动追踪,通过眼动信息对虚拟场景进行调整,减小集合调整冲突。 比如, Meta Reality实验室在 SIGGRAPH 2023发布的可调焦距头盔样机:

 三、视觉诱发的晕动症(visually induced motion sickness,VIMS) 

除了上述硬件与显示性能导致的 VR 眩晕之外,虚拟内容本身也是造成用户眩晕的重要因素。尤其是当虚拟内容中存在大量高速运动的场景时,会给人产生自己正在运动的错觉:目前的研究普遍认为,视听觉与前庭感知之间存在着一种矛盾,即人的视觉与平衡系统之间存在着一种相互协调的关系。

比如,人在乘车时,其视觉系统会对汽车的运动图像进行识别,而前庭平衡则会对汽车的动作进行感知,两者之间存在着一定的协同关系。但是,在虚拟现实环境中,受渲染速度、延迟等因素影响,虚拟现实中的场景常常与人的实际移动状态不符,造成视觉与前庭平衡的不协调,产生头晕等不适症状。 

四、运动内容设计建议 

为了尽量避免视觉诱发的眩晕,Apple 和 Meta 都针对虚拟内容和交互方式给出了设计规范和建议。WWDC 2023 有一节专门关于 visionOS 视觉和运动设计考虑因素的演讲(Session-10078),包括以下这些对于虚拟内容的设计建议: 在适当的限度内控制虚拟内容(视窗)的大小 将不需要的动态效果减至最小,如有需要,使用柔和的,渐变的,而不是突然的动作。

 尽量避开震动物体,特别是在0.2 Hz左右的振动 试着避免在使用者视野的边界上出现动态效果,因为使用者对动态效果特别敏感。 可以将其视为一个静态的参照系,也可以将其部分的实际情况保存下来。

 总结:

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