传说中一直困扰虚拟现实培训班的VAC现象 真的无解么

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2017-09-25 08:16 标签： vr虚拟现实视频
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虚拟现实的奥义起源于人性
虚拟现实的奥义起源于人性
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摘要：虚拟现实的奥义起源于人性 VR的魅力和潜力不仅仅是它能带来视听上的震撼，也不仅是将事物数字化呈现，它会将人们的想象力在虚拟空间里具象化，进而增加在现实世界中这些构想实现的可能。
在笔者看来，VR技术是令人难忘的，这或许是笔者对这个领域本身具有强烈的兴趣使然。VR的创新之路从来都是辛苦和喜乐并存，但想一想通过虚拟现实呈现出未来世界可能的模样…
VR的魅力和潜力不仅仅是它能带来视听上的震撼，也不仅是将事物数字化呈现，它会将人们的想象力在虚拟空间里具象化，进而增加在现实世界中这些构想实现的可能。在笔者看来，VR技术是令人难忘的，这或许是笔者对这个领域本身具有强烈的兴趣使然。VR的创新之路从来都是辛苦和喜乐并存，但想一想通过虚拟现实呈现出未来世界可能的模样，依然会令人兴奋着迷。正所谓“人若没有梦想，和咸鱼有什么区别?”笔者不禁想到了VR发展史上一位有趣的人物。他有着多元的社会身份:既是计算机科学家，又是作曲家;既是作家，又是视觉艺术家。他就是VR这个词的定义者杰伦·拉尼尔。这位美国人在上世纪80年代创造并普及了虚拟现实(VR，Virtual Reality)这一术语，被称为“虚拟现实之父”。杰伦曾先后创办了几家技术公司，并以高价将它们卖给了Google和Adobe。如今，杰伦正带领研究人员在微软实验室里开发多人增强现实的技术。从这样的人生经历中，人们或许可以感知到，虚拟现实的确是个丰富有趣、多学科跨界交融的领域。对VR的体验，还让笔者联想起4年前参加过的一次文博会。在北京创客空间的展台里，曾经有一款用于设计椅子的软件“家具草图”。电脑屏幕上，有一个动画小人。当你用手画出一把椅子后，它就会坐上去。如果椅子设计得受力不均，小人就会摔下来。倘若椅子能受力平衡，就可以确定数据，将纸质模型打印出来，拼装成一把小型立体的纸制座椅。而现场展台里摆放的木椅，就是按照这样的流程用木板拼装而成。在那之后的几年里，随着3D打印技术的日益普及，“将想法变为现实”的创客精神开始被国内广泛了解和认知。同样具有“创”精神的虚拟现实领域，能否为人们提供一个更为广阔的创意、创新和创造的施展空间?恐怕，只有践行方能感知未来。虚拟现实技术的终极奥义或许不止于虚拟，更在于现实。拨开商业、名利和数字的层层外衣，用虚拟技术构筑的时空来填补人们在现实中的遗憾，追求更加美好和快乐的生活，或许才是这项技术发源于人性的魅力所在，这也将成为人们深度探知虚拟现实的驱动力。(原文来源:经济日报作者:任九耳)
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　　VR中的VAC现象
　　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。
　　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。
　　光辐射传播
　　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玩游戏了，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！
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