作為一名 VR 從業(yè)人員厂置，常有 VR 圈之外的朋友筆者吐槽說：國產(chǎn)的 VR 眼鏡菩掏，看看靜止的內(nèi)容還可以，一旦動(dòng)起來昵济，人就各種暈眩智绸，而 GearVR 等國外品牌的產(chǎn)品就沒有出現(xiàn)這樣的情況，這是為什么呢访忿？

對(duì)于這個(gè)問題瞧栗，筆者可以列出很多的原因，但是首先海铆，也是最重要的一點(diǎn)迹恐，是需要大家糾正這樣一個(gè)認(rèn)識(shí)誤區(qū)：VR 技術(shù)不是簡單的兩個(gè)顯示屏+盒子。不少 VR 眼鏡產(chǎn)品只是開發(fā)了一個(gè)手機(jī)盒子卧斟，并沒有針對(duì)插入其中的手機(jī)進(jìn)行軟硬件的優(yōu)化殴边，自然很容易造成體驗(yàn)不佳憎茂，引發(fā)所謂的的暈動(dòng)癥（Motion Sickness）。

而關(guān)于暈動(dòng)癥锤岸，VR 大牛 Michael Abrash 有著他的思考竖幔。

Michael Abrash 是圈內(nèi)首屈一指的圖形程序員，他于 2014 年加入 Oculus 擔(dān)任首席科學(xué)家能耻，致力于頭戴式可視設(shè)備（Head Mount Display 簡稱 HMD）研究赏枚，包括如何減少 HMD 在使用過程中帶來的暈眩。具體來說晓猛，HMD 有許多偽影現(xiàn)象（artifacts）饿幅，例如：色彩邊緣（color fringing）、抖動(dòng)（judder戒职，也稱視角震顫）栗恩、頻閃（strobing）、拖影（smearing）等洪燥。偽影問題會(huì)帶來眼腦協(xié)調(diào)不適磕秤，從而引發(fā)暈動(dòng)癥。所以捧韵，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不是簡單地把兩塊顯示器放在眼前市咆，然后放映圖片那么簡單。這篇文章是在 Michael Abrash 的三篇關(guān)于余暉（persistence）博文的基礎(chǔ)上創(chuàng)作的再来，深入探討了低余暉如何降低暈眩感蒙兰，以及低余暉技術(shù)所帶來的其他負(fù)面問題。

首先芒篷，什么是余暉效應(yīng)呢搜变？

換個(gè)詞來說，余暉效應(yīng)就是視覺暫留現(xiàn)象针炉，是指人眼在觀察事物時(shí)挠他，光信號(hào)傳入大腦神經(jīng)需要一段短暫的時(shí)間，光信號(hào)消失后篡帕，視覺形象并沒有立刻消失殖侵，這種殘留的視覺影像成為「后像」。舉一個(gè)簡單的例子镰烧，中國古代的走馬燈就是利用了這種現(xiàn)象拢军。我們生活中也有余暉效應(yīng)，比如觀察一個(gè)白熾燈拌滋，當(dāng)我們猛的轉(zhuǎn)頭后，白熾燈的燈光依然會(huì)映在我們眼前猜谚。

余暉與顯示器有什么關(guān)系呢败砂？

我們稱顯示器上的像素點(diǎn)被點(diǎn)亮的時(shí)間為余暉時(shí)間（persistence time）赌渣。我們現(xiàn)在用的液晶顯示器就是全余暉顯示器，因?yàn)橄袼攸c(diǎn)在每一幀都被點(diǎn)亮昌犹。那為什么在 HMD 中我們要選擇低余暉呢坚芜？這就要從人眼和顯示器上的虛擬圖像間相對(duì)運(yùn)動(dòng)說起了。

為了幫助我們了解人眼和顯示器上的虛擬圖像間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)斜姥，我們先來看一個(gè)簡單的問題——色像差（color fringing鸿竖，也稱為彩色邊紋或者色散現(xiàn)象）。

下圖是一個(gè)很好的例子铸敏，我們可以清楚地看到圖片有紅綠藍(lán)三種基色邊緣缚忧，圖片質(zhì)量大幅下降。那么什么情況下這種問題會(huì)發(fā)生呢杈笔？

我們可以認(rèn)為來自顯示器的光子是一個(gè)三維信號(hào)闪水，我們把這個(gè)三維信號(hào)量化為一個(gè)表達(dá)式：pixel_color = f(display_x, display_y, time)。這個(gè)表達(dá)式表示顯示器上的光子的位置和它的余暉時(shí)間蒙具。

我們將用時(shí)間-空間圖來幫助大家了解 HMD 頭戴顯示器與真實(shí)世界有什么不同（在這里我們忽略垂直分量 y）球榆。

真實(shí)世界中的物體：

LCOS 色序顯示器（經(jīng)常被用來當(dāng)做 HMD 的顯示器）上的虛擬物品：

如果你看不懂以上的解釋也沒有關(guān)系，簡單來說禁筏，由于色序顯示器三種色彩分量不能被同時(shí)點(diǎn)亮持钉，那么當(dāng)人眼相對(duì)于顯示器上的虛擬物品移動(dòng)時(shí)，我們就會(huì)看到色散現(xiàn)象篱昔。這種現(xiàn)象是一個(gè)很好解決的問題每强，因?yàn)橹灰_保色彩分量同時(shí)點(diǎn)亮就可以了，所以我們選擇更換顯示器旱爆，Oculus 使用的就是 OLED 有機(jī)電激光顯示器舀射。

我們之所以把色散問題放在開頭解釋，是為了讓大家更好地理解人眼和顯示器的虛擬物品間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)怀伦。這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)還會(huì)帶來抖動(dòng)（視角震顫）脆烟、頻閃、拖尾等偽影問題（頻閃和拖尾的混合現(xiàn)象我們稱為抖動(dòng)）房待。

首先什么是拖尾呢邢羔？根據(jù)維基百科的解釋，拖尾是在 VR 中對(duì)于動(dòng)感模糊的視覺感知桑孩，它降低了圖像銳度和細(xì)節(jié)拜鹤。拖尾發(fā)生是因?yàn)橄袼攸c(diǎn)在被點(diǎn)亮?xí)r間內(nèi)在視網(wǎng)膜上滑動(dòng)了一段距離，點(diǎn)亮?xí)r間越長流椒，滑動(dòng)的距離就越長敏簿。換言之，當(dāng)人眼與像素點(diǎn)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，余暉時(shí)間越長惯裕，拖尾現(xiàn)象越明顯温数。

其次什么是頻閃呢？根據(jù)維基百科定義蜻势，頻閃是指在 VR 中同一時(shí)間視覺感知到多張?zhí)摂M圖像副本撑刺。當(dāng)人眼觀察虛擬圖片位置從一幀到下一幀的位置超過 5-10 角分時(shí)，我們會(huì)感覺圖像明顯跳動(dòng)握玛，這種跳動(dòng)就是頻閃够傍。注意頻閃不是閃爍（flicker），閃爍是一種一亮一滅的現(xiàn)象挠铲，頻閃是同一時(shí)間看到多張相同的圖像冕屯。由于閃爍不涉及視覺暫留，在這里不做贅述市殷。

而這兩種現(xiàn)象的組合愕撰，我們稱之為抖動(dòng)。在 HMD 上醋寝，拖尾現(xiàn)象嚴(yán)重就會(huì)掩蓋住頻閃現(xiàn)象搞挣。下圖是一張渲染的游戲場景，和這個(gè)場景拖尾 2 度（把手伸直音羞，豎起大拇指囱桨，大拇指的寬度大概就是 2 度）的對(duì)比圖。

如果你還是對(duì)頻閃和拖影的產(chǎn)生抱有疑問嗅绰，那我們繼續(xù)來看看時(shí)間-空間圖來幫助理解舍肠。

真實(shí)世界中的物體：

HMD 上的虛擬圖像：

因?yàn)橛鄷熜?yīng)，人眼可以保存上一幀窘面，這一幀翠语，甚至下一幀的圖像。對(duì)于物體相對(duì)于眼睛從左到右移動(dòng)（眼睛注視前方不動(dòng)）這種情況财边，我們不會(huì)看到拖影現(xiàn)象肌括，但是由于實(shí)際的刷新率，我們可能會(huì)看到頻閃酣难。對(duì)于眼睛追蹤物體從左到右移動(dòng)這種情況谍夭，因?yàn)槊繋袼攸c(diǎn)都有滑動(dòng)，所以我們看到了拖影現(xiàn)象憨募。這時(shí)紧索，如果我們?nèi)搜圩粉櫜痪珳?zhǔn)，虛擬圖像沒有落在視網(wǎng)膜相同位置上（也就是說x軸有位移）菜谣，我們也會(huì)看到頻閃珠漂，這就造成了抖動(dòng)這種混合現(xiàn)象晚缩。

理解了這些偽影現(xiàn)象之后，我們想問的就是如何解決它媳危。

第一個(gè)方法當(dāng)然就是提高刷新率橡羞，讓虛擬物品運(yùn)動(dòng)更加接近真實(shí)世界。請(qǐng)看下圖：

那么問題來了济舆，多高的刷新率才足夠呢？

這個(gè)問題沒有確定的答案莺债，因?yàn)檫@個(gè)值與場景內(nèi)容滋觉、分辨率、視場角 FOV齐邦、像素點(diǎn)填充椎侠、顯示器類型、人眼移動(dòng)速度措拇、人眼特征等有關(guān)我纪。這個(gè)值大概接近于 100Hz，200Hz 會(huì)是一個(gè)很大的提升丐吓，但是還不夠浅悉。如果是一個(gè) 1080p 且有用 90 度 FOV 的顯示器，可能需要 300 到 1000Hz 的刷新率券犁，但是高頻率要求更高的分辨率术健。一個(gè) 1000Hz 的顯示頻看起來足夠好了，基本確定可以減少或者消除一些包括暈眩在內(nèi)的 HMD 問題粘衬，因?yàn)樗咏咏F(xiàn)實(shí)世界荞估。但這不是一個(gè)百分之百肯定的結(jié)論，因?yàn)槲覀冞€從沒見過一個(gè) 1000Hz 的頭戴顯示器稚新，目前技術(shù)暫時(shí)也難以達(dá)到這個(gè)要求勘伺。

除了提高刷新率，還有其他方法可以消除抖動(dòng)褂删，那就是降低余暉時(shí)間飞醉。我們?cè)賮砜磶讖垖?duì)比圖：

但是，解決了拖影笤妙，又引發(fā)了新的問題冒掌。

之前我們也提到了，在抖動(dòng)的情況下蹲盘，拖影隱藏了頻閃效果股毫。不看拖影，低余暉的顯示器會(huì)造成頻閃召衔。然而低余暉的頻閃看起來不是一個(gè)嚴(yán)重的問題铃诬，因?yàn)檠劬υ谕昝栏檲D像時(shí)不會(huì)頻閃，虛擬圖像上的像素點(diǎn)會(huì)在每一幀落在視網(wǎng)膜的相同位置，所以沒有幀到幀之間的圖像位置相隔問題（造成頻閃的原因）趣席。但是兵志，眼睛不可能追蹤場景里的所有虛擬物品。

舉一個(gè)例子宣肚，如果你在一個(gè)賽車場景里想罕，周圍有舞動(dòng)的人群，但你的視線一直在追蹤場景中的賽車霉涨，因?yàn)槿搜圩粉欃愜嚢醇郏晕覀內(nèi)搜酆鸵苿?dòng)的賽車間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，我們看不到頻閃笙瑟，但是場景中的其他部分楼镐，可能會(huì)出現(xiàn)頻閃現(xiàn)象。再比如往枷，如果你在玩一個(gè)游戲框产，讓你在一個(gè)喧鬧的街市場景中掃視尋找一個(gè)圖標(biāo)或者標(biāo)志，這時(shí)場景中的物體會(huì)相對(duì)人眼產(chǎn)生距離错洁，這個(gè)距離間隔大于 5-10 角分時(shí)秉宿，我們就會(huì)看到頻閃。

頻閃現(xiàn)象還沒有被人們好好研究過屯碴，這個(gè)現(xiàn)象所引發(fā)的問題現(xiàn)在還沒有被很好地解決蘸鲸， 其中涉及人體眼腦的合作機(jī)理。目前看來窿锉，Michael Abrash 發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)因素影響著這種視覺不穩(wěn)定問題酌摇。一個(gè)是掃視遮蔽（saccadic masking，也稱掃視抑制）嗡载，另一個(gè)是參照系（frame of reference）窑多。下面對(duì)這兩個(gè)概念進(jìn)行簡單的解釋。

對(duì)于人類來說洼滚，在頻繁的快速掃視眼動(dòng)中保持視知覺穩(wěn)定十分重要埂息。研究表明，伴隨快速掃視會(huì)發(fā)生視覺敏感性降低的現(xiàn)象遥巴，即掃視抑制千康。掃視抑制對(duì)于形成穩(wěn)定的視知覺具有重要作用，在我們掃視時(shí)铲掐，真實(shí)世界的圖像會(huì)在我們的視網(wǎng)膜上滑動(dòng)拾弃，但是低余暉使我們喪失了掃視抑制的功能，因?yàn)榈陀鄷煂?dǎo)致了虛擬圖像在掃視過程中始終保持清晰摆霉，失去了滑動(dòng)豪椿，這時(shí)頻閃現(xiàn)象就會(huì)發(fā)生奔坟。

另一個(gè)因素是參照系，為了把視網(wǎng)膜接收到的信息轉(zhuǎn)化為我們熟知世界的模型搭盾，無論什么時(shí)候眼腦都需要一個(gè)參照系（人腦預(yù)測被掃視的物品應(yīng)該處于什么位置）咳秉。但是低余暉消除了拖尾，圖像移動(dòng)變的不連貫鸯隅，所以人腦認(rèn)為虛擬圖像沒有處在正確位置上澜建。這時(shí)，我們就會(huì)感到視覺不穩(wěn)定蝌以。

頻閃帶來的視覺不穩(wěn)定性在游戲中不是一個(gè)很大的問題霎奢，也很少被檢測出來。人腦的適應(yīng)能力很強(qiáng)饼灿，有可能在未來的十幾年慢慢適應(yīng)這種問題，就像人配了一個(gè)新眼鏡一樣帝美。HMD 研究已經(jīng)有了許多突破性的發(fā)展碍彭，但是還有很多未知的問題等待我們?nèi)ヌ接憽ＯＭ@篇文章可以讓大家從視覺余暉的角度對(duì)暈動(dòng)癥有更多的了解悼潭，并且理解低余暉顯示器的益處和缺陷庇忌。如果文章中有哪些不精準(zhǔn)，不明確的解釋歡迎大家積極討論舰褪。

本文由深圳特約 布格VR 供稿 作者 張小朦

責(zé)任編輯 陳凱文