一直困扰虚拟现实的VAC现象,真的无解么?

2015-08-27| 发布者: www.vr186.com| 我要评论()

摘要: VAC现象在学术上称之为视觉辐辏调节冲突,英文vergence-accommodation conflict,也就是我们常说的调焦冲突。这一现象造成的眩晕感是目前虚拟现实面临着的难以突破的瓶颈。

 【编者按】尽管VR火得一塌糊涂,但是一个神经性问题一直困扰着虚拟现实,这就是VAC现象。雷锋网作者黄通兵,七鑫易维CEO,对于眼控技术有深入研究。

VAC现象在学术上称之为视觉辐辏调节冲突,英文vergence-accommodation conflict,也就是我们常说的调焦冲突。

这一现象造成的眩晕感是目前虚拟现实面临着的难以突破的瓶颈。其实眩晕并不是虚拟现实所特有的,有的人在影院看3D电影也会眩晕,有的人在公交上看书也会眩晕,但是眩晕感在VR上却是更为明显的。

其原因之一是,因为近距离的屏幕3D显示使视觉辐辏调节冲突更为明显。

什么是VAC(视觉辐辏调节)?

当我们在看某一点时,双眼转动使视点落在视网膜上相对应的位置,看近处的物体时,双眼通常向内看,看远处的物体视轴会发散些,这就产生了视觉辐辏。双眼从不同角度观看同一物体得到的影像也会有一些差异,大脑会根据这种差异感觉到立体的影像。这也是目前3D显示的常用的方式。

 

(辐辏调节)

当我们看现实中的实物时,除了视觉辐辏调节,还需要对不同距离的光进行屈光调解,将光线聚焦到视网膜上才能成清晰的像。此过程中晶状体聚焦在物体的过程叫做焦点调节。

 

(焦点调节)

目前的虚拟现实设备均是通过左右屏显示同一物体不同角度拍摄的画面,利用双眼看到的图像偏移来呈现立体的感觉。

 

(辐辏调节引起的立体视觉)

但是屏幕发出的光线并没有深度信息,眼睛的焦点就定在屏幕上,因而眼睛的焦点调节与这种纵深感是不匹配的,从而产生视觉辐辏调节冲突(VAC现象)。

这种冲突是与人类日常生理规律是相违背的,因此才会有视觉疲劳、眩晕感。

要想解决这个问题,就要从人眼成像的原理上出发,让VR设备展现的画面可以有深度信息,也就是光就要从空间立体中的点发射出来,让人眼的视觉辐辏和焦点匹配,光不仅要有强度还要有方向,那就是光场显示技术。

那么既然知道怎么解决,为什么不把这个技术应用?

虽然有了解决方案,但是真正应用起来可没那么容易,目前光场技术在相机领域的应用还算较早,但也仅限于光的采集。如图所示,物体向各个方向发出的光是不同的,因此人站在不同的角度、观看也会有视觉差异。

而光场相机可以记录光辐射在传播过程中的位置信息和方向信息,这比传统的成像方式多出2个自由度,因此拍摄者可以先拍摄,后期根据自己的需求再选择自己的聚焦点。

(光场相机)

而光场显示技术的实现要比这个困难的多,可以说这不仅仅是学术圈面对的难题,即使是微软、Oculus这样世界领先的虚拟显示公司也在为这件事而发愁。

斯坦福大学的一项研究表明光场技术是可以改善虚拟显示目前存在的眩晕缺陷的,像光场相机一样,先收集各个方向的光,再通过多层堆叠的显示屏进行显示,每层都显示不同焦点的图像,这样人眼就可以实现正常对焦了。

维茨坦因的一个团队设计了一款利用光场显示的VR大盒子,里面有三四个位面展示了同一个图像的不同部分。这些位面前有一个可以改变功率的透镜,可以对焦到画面的不同部分。光线可以模拟现实世界中光在物体上的反射,进而投射出三维效果。

该设备就使用了两层叠加的液晶显示器,使图像不同部分在两层液晶显示器上呈差异化显示,距离远的物体会在后面那层显示器上显示更多细节,距离近的则在前面那层显示器上显示更多细节。如果让VR显示技术和显示视觉效果一样,还需要更多层显示屏的叠加,目前研究人员仅在静态画面上进行了测试,对于动态画面的效果仍有待验证。

除此之外,还可以采用焦距仅为几毫米的微镜头阵列来代替普通透镜。利用特殊的GPU芯片进行实时光源光线追踪运算,将影像分解成为数十组不同的视角阵列,然后再通过微透镜阵列重新将画面还原显示在用户的眼前,从而使观赏者能够如同身处真实世界中一样,通过眼睛来从不同角度自然观察立体影像。

但是此种技术还有一道硬伤,NVIDIA就曾推出过采用此种技术头戴显示设备,其原型设备的空间分辨率仅为146×78,根本无法满足商业化需求,因此只能通过4K级别甚至更高级别显示面板才能达到想要的效果。就目前普及的1080P的手机而言,屏幕已经算是功耗大户了,因此4K级别的显示屏的功耗也就可想而知。

光场显示技术的两种实现方法势必会增加硬件设备GPU的负担,对处理器要求高,但人眼是不需要看全整个画面的,占用GPU渲染出的有深度的画面大部分都是不用看的,这也就导致了资源的浪费。

而眼球追踪技术正是光场显示技术的最佳拍档,我们可以通过捕捉的人眼动作判断人眼的注视点,模拟辐辏调节过程,仅渲染人眼注视点位置的画面,让画面主动去适应视点位置。

这样既保证了真实感,又不会因为眼睛去适应画面而产生疲劳。而在这个过程中局部渲染也自然而然地降低了GPU的负荷。目前我们的虚拟显示设备aGlass已经尝试通过这种方式解决眩晕,不过似乎还有一段艰难的路要走。但一旦让光场显示技术和眼球追踪技术在VR设备上实现,那VR设备也将不再局限于看电影游戏了,他甚至可以在虚拟世界里再现任何你在视觉上想要的东西,并且还和现实感官没差异!

来源:雷锋网 黄通兵

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