当前位置: 首页 > 科技赋能

VR 很棒,如何解决头晕问题?

时间:2024-05-22 15:50:18 科技赋能

随着VR产业逐渐进入人们的视线,VR热潮正处于爆发初期。

纵观国内VR领域的几家尖端公司,我国的VR硬件与国际水平相比并不低。

如果我们看“国际标准”的Oculus VR硬件,可以说基本相同。

这对于国内广大普通产品用户来说无疑是一个好消息。

国内VR团队在保持硬件技术水准的同时,性价比非常高。

然而,即使是最前沿的VR产品也仍然有一个致命的缺陷:头晕太多。

不少VR体验者表示,使用VR产品一段时间后,会出现不适、恶心,甚至呕吐的情况。

这已经成为VR发展的最大绊脚石,而解决头晕问题也成为VR的迫切需求。

  1。

为什么会出现VR头晕的情况? VR头晕的原理其实很简单,因为眼睛看到的(VR)画面与耳朵接收到的(真实位置)信息不符,导致大脑负担增加,产生一种头晕。

这个问题主要有两个方面:一方面,它与3D眩晕的原理类似。

3D特效大片之所以让观众感到头晕,是因为3D电影除了大量的实焦画面外,还拥有丰富的虚拟元素。

聚焦场景。

画面中的元素太多了,远处失焦的树叶只是众多元素中的一部分。

但在观看 3D 电影时,观众必须放弃这些失焦图像中的元素。

因为这些因素会导致眼球重新聚焦,而反复聚焦失败很容易造成3D头晕,类似于雪山上的人长时间无法寻找视觉焦点而导致的雪盲症。

简单来说,画面太真实了,让人感觉身临其境。

你的身体以为你在剧烈运动或者处于图中的状态,但实际上你坐在座位上一动不动。

这是一种自我保护的本能。

大多数人都可以通过运动来减少头晕,但人不可能真正移动一定的距离。

另一方面,VR硬件的延迟导致时间不同步。

当人们转动视角或移动时,画面渲染的速度就跟不上。

在VR这样的全视角屏幕中,这种延迟会导致头晕。

最大的问题是,目前降低延迟是减少VR眩晕的主要手段。

  2。

延迟 - VR 领域减少眩晕的方法。

购买虚拟现实设备时,一个非常重要的指标就是从转动头部到转动屏幕的延迟。

画面延迟很大程度上取决于显示器的刷新率。

目前,世界上最先进的虚拟现实设备的刷新率都达到了75Hz,包括著名的Oculus DK2和上海乐享科技的大鹏。

75Hz是指从渲染到显示在屏幕上至少需要1秒除以75,等于每次13.3毫秒。

包括安全时间在内,一般为19.3ms的延迟。

因此,任何声称延迟低于19.3ms的说法都是虚假广告。

那么19.3ms的延迟是由什么组成的呢? (19.3ms延迟的产生过程) 1. 首先,从磁头旋转到传感器读取数据大约需要1ms。

如果采用世界一流的传感器,采样率为1KHz,也就是说每秒可以读取一个。

几千个数据,那么每个数据都是1ms,这就导致了1ms的延迟。

2.然后需要通过单片机将数据传输到计算机。

因为它们的接口不同,就像空调的电源插头不能插在小台灯的插座上一样,需要进行一些转换工作,而单片机就负责这样的转换。

数据从传感器到微控制器大约需要 1 毫秒。

因为前面数据的生成需要1ms,如果这些数据在1ms内没有传输到单片机,那么后面的数据就会被丢弃。

3.接下来,微控制器通过USB线将数据传输到PC。

USB线具有极高的传输速率,但传输完全由Host端(即PC端)控制。

也就是说,如果Host没有收到单片机发送的数据,则该数据将被丢弃。

在使用HID方式时,Host会经常检查是否有数据传输,然后将数据存储到内存中,所以这个时间在1ms以内。

至此,数据已到达PC内存并完成所有硬件处理。

由于数据带宽、通信协议等限制,耗时会在3ms到4ms之间,而且很难降低。

4、硬件上的传输完成后,就是软件算法处理的过程。

由于模拟信号本身的噪声和漂移,导致数据转换为数字信号后存在大量的噪声和漂移。

因此需要复杂的数字信号处理方法来滤除这些噪声和漂移。

这样,来自传感器的9轴数据就变成了渲染游戏所需的头部旋转的四元数旋转数据。

处理这些数据通常需要不到 1 毫秒。

渲染时,只需将这个旋转的四元数乘以相机的坐标即可得到观看方向,可以用来渲染场景。

通过特殊的算法(如Time-warp,目前最快的算法),根据之前的数据处理得到的图像来完成实际显示的画面。

得益于Time-warp算法,我们基本上可以忽略渲染场景的延迟。

5、场景渲染后,需要进行抗畸变、抗色散等处理。

这些过程通常需要 0.5 毫秒的 GPU 时间。

出于安全考虑,将此时间设置为3ms,以确保GPU准备好传输下一帧到显示器,即在下一个垂直同步信号到来之前,GPU必须能够实现抗失真和抗色散。

6. 然后将图像传输到显示器上。

前面提到,基于75Hz计算,需要13.3ms。

这就是结局?不,还有显示器显示图像所需的时间。

由于LCD显示是由电场控制晶体旋转的物理过程,因此传统LCD显示需要15到28ms的响应时间。

最新的 OLED 技术将此时间缩短至微秒。

好吧,我们把这些时间加起来,3ms + 3ms + 13.3ms = 19.3ms。

当然,这是最理想的情况。

还可能存在 CPU 性能、USB 数据包丢失等问题,这些问题可能会阻止实现如此低的延迟。

国产大鹏和“国际标准”Oculus产品均采用该算法,最小延迟完全相同。

在全球范围内,19.3ms的延迟是目前最科学可信的延迟估算时间。

当然,Oculus 期待未来进一步减少延迟,这并不是吹嘘。

从上面的计算可以看出,主要瓶颈是13.3ms的延迟过程。

通过一些特殊的方法可以减少一半甚至更少。

但这需要硬件厂商、操作系统、游戏开发商的共同努力。

目前看来,改善VR硬件的延迟是改善头晕的最佳方案。

对所有需要的时间进行连续压缩,可以减少画面的延迟,首先从硬件上解决眩晕问题。

其次,就像之前的3D晕眩一样,只有用户适应一段时间后,VR才能成为真正的虚拟现实产品。