VR眩晕感的原因因素及怎么解决 VR为什么会眩晕

虚拟现实的输出技术主要依赖于视觉表现。视觉是人类感知世界最重要的信息来源，70%以上的外界信息由视觉捕获。视觉系统是形成沉浸感的最重要的因素，也是目前虚拟现实各项技术中相对成熟的一项:平面显示技术，是通过双目视差形成立体视觉，“欺骗大脑”产生三维立体感的技术。此外，业界认为视网膜投影技术将在增强现实领域大展身手。

虚拟现实的“沉浸感”要求计算机生成的虚拟环境能够复原人在真实世界中的视觉体验。最突出的三点来源于立体感、大视场角与视角切换。人在现实世界中所看到的景物有近、远之分，而从二维屏幕上看到的虚拟画面与人的相对距离总是固定的，产生立体感的关键在于双目视觉技术。市面上的VR设备大多配有左右两块屏幕，所播放的内容在水平方向上有细微的差别，正是这种视差给人以空间感的立体视觉效果，虽然人所看到的是屏幕上的实像，反馈到脑中的却是有深度的虚像。沉浸感还来源于光路的巧妙设计使得近处厘米见方的屏幕内容就可以覆盖人的整个视场，当戴上VR头盔所看到的内容没有视界边缘的黑边，虚拟世界完整的填充于视野。此外，当头部上下、左右转动时，需要有设备采集头部运动并呈现与之匹配的不同视角的虚拟世界。因此，虚拟现实头盔的基本组合包含透镜+双屏幕+头部追踪传感器(陀螺仪)三部分，计算设备不断地渲染屏幕成像，结合头部追踪传感器对方向的识别，利用双目视觉技术，打造虚拟现实体验的“沉浸感”。

透镜+屏幕+头部追踪传感器的基本结构也为虚拟现实体验带来了挑战。首先，光学透镜放大屏幕上的内容像素点也同时会被放大，如果屏幕分辨率不够高，用户很容易看到像素颗粒，因此VR设备需要高分屏。此外多数用户反馈使用VR头盔一段时间后会有眩晕感，学名为“晕动症”。这种眩晕使很多专家学者担忧其对健康的影响，也是目前制约消费者使用时间的瓶颈。

“晕动症”的产生机理较为复杂，一种原因是前庭系统与视觉系统的失配引起的眩晕，也即视觉看到的动与内耳中的运动感知器官传达的静相互错节，这与人“晕车”“晕船”的原理类似。此类眩晕的解决方法包括:采用The Void主题公园的方案，建立一个真实的物理空间，然后让人穿戴VR设备在里面移动，通过虚拟世界和实际物理模型叠加的形式来解决。也可以通过优化游戏设计的方式，比如采用瞬移，或者非行走的移动方式，避免剧烈运动情景下的冲突场景，例如Oculus Rift要求用户坐在椅子上使用，通过游戏视角设计规避眩晕移动方式，以达到大部分人可用的标准。

有专家认为景深感的缺失也会导致“晕动症”。人眼借助“立体视觉”感知空间深度，眼睛的主动对焦会使得关注的焦点清晰而背景泛化模糊，重点自然突出。这种虚化是人眼判断空间深度和距离的一种途径，如果虚拟现实世界不能根据视线的移动做出景深的变化，也会产生一种不真实感甚至眩晕不适。在AR领域此问题已经通过Magic Leap提出的四维光场投射技术得以解决，VR领域最有潜力的解决方案是眼球追踪技术+背景虚化。也即通过眼球追踪技术实时获得关注的焦点，进而在VR的3D模型渲染中把背景作模糊处理，以达到以假乱真的效果。

然而在导致眩晕的各类原因中，主要矛盾是延迟。延迟是多方面的，从人转动头部/做出动作到得到视角更新/动作反馈期间的延迟又称为“帧间延迟”。VR头盔中的陀螺仪、加速度计和磁力计等惯性传感装置跟踪人的头部运动，而各类外设如手柄、动作捕捉系统检测人的肢体运动，从传感器进行数据采集计算并据此指导处理器进行图像渲染，整个过程都需要被精确的控制在几毫秒的级别才能保证良好的沉浸感。此类延迟的解决方案是提高传感器数据捕捉精度及采集频率，提升数据传输效率和处理器运算性能等。

显示延迟也是晕动症的“幕后推手”。显示器成像时会产生各类伪影现象:色彩边缘、频闪、拖影等等。伪影问题会带来眼脑不协调进而引发晕动症，例如拖影现象是指像素点在每一帧被点亮一段时间(即为“余晖时间”)，当眼睛追踪虚拟物体运动时，可视时间内每帧像素点都在视网膜上滑动了一段距离。拖影问题的解决之道是减小余晖时间，提高刷新频率，这将使得头部追踪物体时，物体的运动轨迹更加接近于物理世界的真实轨迹。假设头部转动为120度/秒，头显刷新率60Hz，一帧内屏幕发光2ms，以Oculus Rift DK2的分辨率和视角计算在像素发光时间内，头部转动引起人眼所观察到的视觉延迟仅为2像素，眩晕感也就随之而去。

根据Digi-Capital提出的VR视觉显示参数，一台能提供理想沉浸感、避免“晕动症”的VR设备应达到4k屏幕清晰度、136度视场角、120Hz的屏幕刷新率和低于20ms的延迟，而目前市面上的VR设备普遍无法达到该标准，产业界普遍认为2k分辨率、120度视场角、20ms延迟、75Hz刷新频率以及1k陀螺仪刷新速率已能打造一款体验达标的VR设备。