一玩VR就头晕?你的眩晕感从何而来?

2021-1-25

对很多体验过VR的人来说,伴随着用户强烈新鲜、刺激和兴奋体验感的是,部分用户出现了强烈的眩晕感,伴随疲劳、眼花、恶心等,这些都是VR晕动症的症状。从某种意义上讲,VR的使命是制造一个与现实世界一样逼真的虚拟世界,这其实本身就是一种挑战。而眩晕问题,就是这一挑战中最难以解决的问题。


VR(虚拟现实)视觉产品会引起晕动症吗?答案是肯定的,酷炫的VR技术已经让很多人有了不舒服的体验。爱威尔将为大家介绍晕动症的生理基础、VR设备导致晕动症的原因。相信在如何相应地改善VR设备方面,会带给大家一些启发。


晕动症


谈到晕动症,首先我们要了解人体的空间方位和平衡感知系统。人类的高级前庭中枢位于双侧大脑颞叶、顶叶和岛叶交界区,右侧为优势侧,前庭皮质区接受来自视觉、前庭觉以及本体感觉的传入信息,综合权重分析,对身体的空间方位、运动感知做出判断。


其实,造成眩晕是一种视觉技术上的问题,因为你的本体感觉与你的视觉系统不同步,晕车晕船也是同样的道理。



VR晕动症原理


根据之前所谈到的导致头晕的理论基础,我们就容易理解,目前的VR设备之所以会导致眩晕感,主要原因就是VR技术尚不能完美虚拟现实世界。在体验VR的过程中产生的感觉与现实不一致,就会产生眩晕感。下面我们从VR设备的硬件、软件因素分别了解导致眩晕的原因。


一、硬件因素


硬件配置导致的画面延迟是导致眩晕的最主要的因素。
 
研究表明,与用户的头动相对应的头显画面延迟不能超过20ms,不然就会非常明显。这就意味着,VR头显要在20ms的延迟时间内完成对头部转动的速度、角度和距离的灵敏测定,然后计算机进行运算并及时渲染出画面,最后显示器也要及时地显示出画面。
 
而且,显示屏都有一定的刷新频率,如果刷新频率为50Hz,人眼就会感到闪烁感,虽然对人眼而言,视觉刷新频率达60Hz以上已经感受到的是连续画面,但是越高的视觉刷新频率,显示的图像越稳定,人眼越不容易觉得疲劳。

影响画面流畅性的另一个参数是画面帧数,也就是计算机每秒输出到屏显上的画面数(FPS),如果每一帧显示的时间距离上一帧超过20ms,那么人眼同样也会感到延迟。所以,60FPS也是VR头显画面帧数的基准线。
 
要在这么短的时间内搞定以上这一切,本身就是巨大的挑战。庆幸的是有一些公司的硬件标准已经能够达到这一要求。但是市场上产品质量参差不齐,质量稍差的产品更易诱发用户的眩晕症状。
 
其他如头戴式VR的舒适度、重量,显示屏与眼之间的瞳距以及身体其他部位传感器的灵敏度、舒适度等,都是造成身体不适的常见原因。


二、软件因素


所谓软件因素,主要指VR的内容设计,Oculus公司曾经发布了《VR最佳实践指南》,其中对一些容易导致用户头晕的内容、画面设计进行了推荐。常见的原因如下:
 
虚拟场景的复杂程度、运动速度
 
过于复杂或者快速运动(如:移动、旋转、加速、减速、旋转和抖动等)的场景会让用户产生更多的眩晕感,原因如下:过多的场景细节会导致眼部以及大脑视觉神经疲劳,产生晕眩感;会诱发眼睛和头部产生大量的微小运动,从而增加VR设备运算、同步输出画面的能力,加重画面延迟;目前大部分VR只有头部运动传感器,而眼部运动更为细微,过多的复杂场景必然增加眼球的扫视运动,这就要求VR设备同时根据眼动和头动的方向、幅度做出运算并渲染传出画面,绝大多数VR设备尚达不到这样的硬件水平。
 
某些特定的环境,如旋转的楼梯、悬崖等,即使在现实中也容易让人产生晕眩,在进行VR场景设计时应适度减少或缩减出现的时间。
 
视角选择
 
VR晕动症的其中一个主要原因是视角的转动带来了显示内容的转动,但VR设备用户本身未发生身体运动,这种不同步会给用户带来晕眩的感觉。因此,第一人称视角的虚拟现实内容相比第三人称视角会更容易引起晕眩。但第三人称视角的沉浸感显然远远低于第一人称,在强调沉浸感的虚拟现实场景下,这一点需要做出权衡。
 
用户控制度
 
有些人会有这样的体验,坐车时经常晕车,但是自己开车反而不会晕车。这是由于人在驾驶汽车时会对身体运动、视野有预判,从而提前做出适应性调整,而在坐车时则缺乏这种预判和调整。VR内容设计中,过多的被动相机路径会导致晕眩。



总而言之,VR设备之所以导致晕动症,是因为目前VR技术所虚拟出来的仍然只是视觉,其他感知觉的虚拟水平还不足以欺骗我们的大脑。



如何解决晕动症问题


目前各种生物同步反馈、电磁刺激技术等方法都被各个研究中心、公司尝试用于进一步提高VR体验的“沉浸感”。
 
比如全向跑步机(图3),允许体验者在一平方米内完成各种运动,并且将方位、速率和里程等数据同步反馈到实际游戏中,在虚拟世界中作出对现实反应的真实模拟。目前产品有美国的Virtuix Omni、奥地利Cyberith Virtualizer以及我国的KATVR(杭州虚现科技有限公司)。
 
但与现实世界的各种动作相比,在全向跑步机内活动显然还是有限制的,因此The Void、Project Alice等公司选择了定制空间方案,体验者可以在稍大的空间内活动,并且联合增强虚拟性现实技术(即AR,与VR不同),提高真实感,但同时提高了对空间的要求,成本相对增加。


需要注意的是,即便完美的VR设备,如果其所虚拟的是在日常生活中就容易导致眩晕的场景,一样会引起晕动症。随着体验次数增加、时间延长,有些用户的晕动感可能会减轻,但是脱离VR后,会出现类似于长时间乘船登上陆地后的晕动感。这是因为大脑开始习惯VR环境,并根据VR环境做出了脑功能上的适应性调整。基于这一现象,VR已经被开始用于治疗一些神经、精神类疾病。


爱威尔科技公司成立于VR元年2016年9月,是专注于虚拟现实技术领域开发与创新的国家级高新技术企业、中小型科技企业、黑龙江省“专精特新”企业。目前主要从事XR(VR/AR/MR)、全息及5G数字化互动技术领域相关软硬件、内容及行业解决方案研发。技术人员占比65%,现已拥有9个商标、2项实用新型、60余项软件著作权等知识产权,并已通过ISO9001质量体系认证