體驗(yàn)過(guò)VR視頻或VR游戲的用戶，在感受到虛擬世界的沉浸感的同時(shí)，總會(huì)提到一個(gè)問(wèn)題：眩暈。今天針對(duì)VR造成的眩暈（學(xué)名暈動(dòng)癥）進(jìn)行一些探討，希望大家能對(duì)VR眩暈有更清晰的認(rèn)識(shí)，同時(shí)更好地解決眩暈問(wèn)題，享受VR帶來(lái)的虛擬沉浸體驗(yàn)。首先必須說(shuō)明，暈動(dòng)癥的成因尚無(wú)一個(gè)可以完美解釋所有現(xiàn)象的理論，主流理論一個(gè)是感官?zèng)_突理論，一個(gè)是姿態(tài)不穩(wěn)定理論，各有不足，不過(guò)VR相關(guān)眩暈基本都可以用感官?zèng)_突解釋，本文以該理論進(jìn)行分析。簡(jiǎn)單的說(shuō)感官?zèng)_突就是視覺(jué)感受到的和前庭（負(fù)責(zé)感知身體狀態(tài)）感受到的不一致，導(dǎo)致大腦信息混亂，出現(xiàn)眩暈。如上表格，VR導(dǎo)致的眩暈一種是由視覺(jué)與前庭的認(rèn)知差異導(dǎo)致（前四行），一種是設(shè)備性能不足導(dǎo)致（后兩行）。可以將VR相關(guān)暈動(dòng)癥分為兩種：視覺(jué)暈動(dòng)癥和模擬暈動(dòng)癥。視覺(jué)暈動(dòng)癥即單純由視覺(jué)不適引起的眩暈感。VR游戲中導(dǎo)致視覺(jué)暈動(dòng)癥的原因包括顯示的幀數(shù)過(guò)低、畫面畸變、清晰度不足、瞳距不匹配、景深缺失、畫風(fēng)等等。引起視覺(jué)暈動(dòng)癥的原因很多，最重要的是幀數(shù)過(guò)低。這里有兩個(gè)指標(biāo)：一個(gè)是人眼刷新率極限，這個(gè)無(wú)定論，一般認(rèn)為60 Hz即比較流暢；另一個(gè)是相關(guān)但不完全相同的指標(biāo)，頭動(dòng)和視野的延遲，一般認(rèn)為超過(guò)20 ms即會(huì)發(fā)生眩暈。針對(duì)人眼刷新率，即人在不動(dòng)的情況下，如觀影狀態(tài)，VR視頻幀數(shù)要在60 fps及以上，這個(gè)目前一般的VR設(shè)備均可以達(dá)到。針對(duì)頭動(dòng)和視野的延遲，包括幀間延遲和幀內(nèi)延遲，幀間延遲指頭部轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過(guò)的畫面中每一幀之間的處理與顯示時(shí)間，這就要求從頭動(dòng)、檢測(cè)到頭動(dòng)具體信息，處理輸出，畫面顯示整套流程在20ms以內(nèi)完成。幀內(nèi)延遲是指人頭轉(zhuǎn)的時(shí)候，構(gòu)成畫面幀的像素點(diǎn)在每一幀結(jié)束時(shí)會(huì)跳回原點(diǎn)，這時(shí)候，人眼的視覺(jué)暫留現(xiàn)象會(huì)保留上一幀和這一幀的圖像，產(chǎn)生拖影現(xiàn)象。假定刷新率為60 Hz，屏幕分辨率為單眼960×1080，幀內(nèi)延遲在頭轉(zhuǎn)速度120°/s前提下為19像素，即會(huì)感覺(jué)到明顯的延遲。解決該問(wèn)題，要一方面提升刷新率，一方面降低余暉，同樣假定60Hz的刷新率，一幀內(nèi)屏幕發(fā)光時(shí)間降為從~16 ms降低到2 ms，單眼960×1080的屏幕分辨率，幀內(nèi)延遲在頭轉(zhuǎn)速度120°/s前提下為2像素，可以有效改善眩暈感，但同時(shí)亮度也將大幅降低。對(duì)于VR游戲，造成視覺(jué)暈動(dòng)癥最主要的原因即幀數(shù)過(guò)低造成的延遲感，因此對(duì)于微顯示屏，需要提升刷新率和降低余暉，目前常用的fast-LCD屏幕，極限響應(yīng)時(shí)間在1ms，限制了其刷新率的提升，且LCD的工作模式導(dǎo)致其不能降低余暉，無(wú)法滿足需求，因此高端VR機(jī)型通常會(huì)選擇Micro-OLED，其極限響應(yīng)時(shí)間在μs級(jí)，且可以實(shí)現(xiàn)降低余暉，可以有效降低延遲，改善視覺(jué)暈動(dòng)癥。其他顯示效果不佳現(xiàn)象，如畫面畸變、分辨率不足，瞳距不匹配等也會(huì)造成視覺(jué)疲勞甚至眩暈，這都需要微顯示器和光學(xué)系統(tǒng)不斷提升相關(guān)性能進(jìn)行改善。模擬暈動(dòng)癥是指視覺(jué)觀察到的狀態(tài)和身體的真實(shí)狀態(tài)之間的不一致引發(fā)的眩暈。這是目前VR眩暈最大的來(lái)源，也是最難解決的眩暈類型，且這種眩暈會(huì)不斷積累加強(qiáng)，即使當(dāng)停止使用VR設(shè)備時(shí)仍會(huì)持續(xù)一段時(shí)間，嚴(yán)重可導(dǎo)致嘔吐等癥狀。但因人而異，并且同暈車暈船一樣，可通過(guò)訓(xùn)練和適應(yīng)得到有效改善。下面說(shuō)明一下模擬暈動(dòng)癥的來(lái)源和改善方案，由其定義可知，即使當(dāng)VR視頻系統(tǒng)非常優(yōu)秀，沉浸感十足，滿足視覺(jué)圖靈測(cè)試，但如果人身體與視覺(jué)不符，就會(huì)造成眩暈。因此，其來(lái)源并不是VR顯示效果不好，而是交互方式尚未實(shí)現(xiàn)同步。通過(guò)萬(wàn)向行動(dòng)平臺(tái)（或者叫萬(wàn)向跑步機(jī)、VR跑步機(jī)）實(shí)現(xiàn)通過(guò)真實(shí)行動(dòng)操控VR游戲角色的行為，可以保持視覺(jué)和前庭感受一致，從而有效改善眩暈。該裝置相當(dāng)于視覺(jué)虛擬外加入動(dòng)作虛擬，如同《頭號(hào)玩家》的場(chǎng)景，這會(huì)提供一個(gè)更高級(jí)的，沉浸感更強(qiáng)的虛擬世界。其缺點(diǎn)是：貴。
另一個(gè)方法是提供一個(gè)大房間，捕捉人的真實(shí)動(dòng)作，操控VR游戲角色。像Zero Latency是目前世界上最成熟的虛擬現(xiàn)實(shí)游戲中心之一，其游戲模式是6位玩家佩戴VR設(shè)備在400平米的場(chǎng)地內(nèi)共同完成游戲任務(wù)。采用PS MOVE光學(xué)定位與圖像識(shí)別方案，通過(guò)129個(gè)攝像頭，進(jìn)行空間定位和捕捉人體動(dòng)作。
圖源：知乎Victor普杜大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，在 VR 場(chǎng)景中加一個(gè)虛擬鼻子，可有效改善頭暈等問(wèn)題。對(duì) 41 名參與者進(jìn)行了測(cè)試，一部分人會(huì)有虛擬鼻子，一部分沒(méi)有。結(jié)果表明，有虛擬鼻子的人都能保持更長(zhǎng)時(shí)間的清醒。 vMocion 公司，打算利用梅奧醫(yī)學(xué)中心的航空航天醫(yī)學(xué)和前庭研究實(shí)驗(yàn)室花費(fèi) 10 多年研究的技術(shù)去解決這個(gè)問(wèn)題。這項(xiàng)技術(shù)名為電前庭刺激 (GVS)，將電極放在對(duì)應(yīng)位置（每只耳朵后要放置兩個(gè)電極，一個(gè)在前部，一個(gè)在頸背），追蹤用戶內(nèi)耳的感知運(yùn)動(dòng)，并將視野范圍的運(yùn)動(dòng)觸發(fā)成 GVS 同步指令，刺激產(chǎn)生三維運(yùn)動(dòng)。Oculus也正在嘗試研究的“前庭輸入”，雖然仍在試驗(yàn)階段，但如果成功的話，它可以讓用戶完全沉浸在當(dāng)前的環(huán)境中，真正感覺(jué)在自己駕駛的宇宙飛船在俯沖或轉(zhuǎn)彎。如果該方法成熟，且可以打消用戶對(duì)副作用的擔(dān)心，或許也是個(gè)靠譜的方法。
圖源：?jiǎn)袅▎袅髷?shù)學(xué)系同學(xué)其他如吃抗眩暈藥，甚至手術(shù)切掉前庭解決暈動(dòng)癥的方法，想必普通玩家應(yīng)該難以接受。如同暈車暈船，VR造成的暈動(dòng)癥不同的人敏感程度不一樣，同時(shí)也可以通過(guò)更多的適應(yīng)或訓(xùn)練來(lái)緩解甚至消除。
在仿生機(jī)器人領(lǐng)域有個(gè)概念叫“恐怖谷效應(yīng)”，即當(dāng)機(jī)器人與人類的相似程度上升到一個(gè)特定程度但又不完全相同時(shí)，人類對(duì)他們的反應(yīng)便會(huì)突然變得極其負(fù)面和反感，甚至恐懼。個(gè)人認(rèn)為在沉浸感領(lǐng)域也有些類似，毫無(wú)沉浸感時(shí)，人是不會(huì)眩暈的，當(dāng)沉浸感達(dá)到一定程度，但又不完全沉浸式，就會(huì)眩暈，而最終完全沉浸無(wú)法辨別是虛擬還是真實(shí)時(shí)，眩暈就消失了。兩者雖然不太一樣，但我認(rèn)為應(yīng)該都是人類自我保護(hù)的一種機(jī)制，面對(duì)潛在風(fēng)險(xiǎn)的生理反應(yīng)。因此在進(jìn)入虛擬世界的過(guò)程中，當(dāng)前階段下，一定程度的沉浸感即會(huì)導(dǎo)致眩暈，但不能通過(guò)降低沉浸感來(lái)消除眩暈（雖然可行），應(yīng)該向前走，進(jìn)入到更強(qiáng)的沉浸感來(lái)解決問(wèn)題。
圖源：清華大學(xué)元宇宙發(fā)展研究報(bào)告2.0版
總結(jié)一下，VR眩暈一方面是視覺(jué)暈動(dòng)癥，主要是幀率不足造成，可以通過(guò)微顯示屏刷新率提升、余暉降低等性能優(yōu)化的方式進(jìn)行改善；另一方面是模擬暈動(dòng)癥，主要是交互方式與視覺(jué)輸入不符導(dǎo)致，需要改進(jìn)交互方式或生理面進(jìn)行解決。
最后，不得不說(shuō)，暈眩問(wèn)題是阻礙虛擬現(xiàn)實(shí)爆發(fā)的最重要原因，但相信隨著技術(shù)的發(fā)展，必將得到解決。希望這一天早一些到來(lái)，消費(fèi)者就可以更加真實(shí)地享受虛擬世界帶來(lái)的無(wú)限快樂(lè)。
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