一直困擾虛擬現(xiàn)實(shí)的VAC現(xiàn)象，真的無解么？

【編者按】盡管VR火得一塌糊涂，但是一個(gè)神經(jīng)性問題一直困擾著虛擬現(xiàn)實(shí)，這就是VAC現(xiàn)象。雷鋒網(wǎng)作者黃通兵，七鑫易維CEO，對(duì)于眼控技術(shù)有深入研究。

VAC現(xiàn)象在學(xué)術(shù)上稱之為視覺輻輳調(diào)節(jié)沖突，英文vergence-accommodation conflict，也就是我們常說的調(diào)焦沖突。

這一現(xiàn)象造成的眩暈感是目前虛擬現(xiàn)實(shí)面臨著的難以突破的瓶頸。其實(shí)眩暈并不是虛擬現(xiàn)實(shí)所特有的，有的人在影院看3D電影也會(huì)眩暈，有的人在公交上看書也會(huì)眩暈，但是眩暈感在VR上卻是更為明顯的。

其原因之一是，因?yàn)榻嚯x的屏幕3D顯示使視覺輻輳調(diào)節(jié)沖突更為明顯。

什么是VAC（視覺輻輳調(diào)節(jié)）？

當(dāng)我們?cè)诳茨骋稽c(diǎn)時(shí)，雙眼轉(zhuǎn)動(dòng)使視點(diǎn)落在視網(wǎng)膜上相對(duì)應(yīng)的位置，看近處的物體時(shí)，雙眼通常向內(nèi)看，看遠(yuǎn)處的物體視軸會(huì)發(fā)散些，這就產(chǎn)生了視覺輻輳。雙眼從不同角度觀看同一物體得到的影像也會(huì)有一些差異，大腦會(huì)根據(jù)這種差異感覺到立體的影像。這也是目前3D顯示的常用的方式。

 

（輻輳調(diào)節(jié)）

當(dāng)我們看現(xiàn)實(shí)中的實(shí)物時(shí)，除了視覺輻輳調(diào)節(jié)，還需要對(duì)不同距離的光進(jìn)行屈光調(diào)解，將光線聚焦到視網(wǎng)膜上才能成清晰的像。此過程中晶狀體聚焦在物體的過程叫做焦點(diǎn)調(diào)節(jié)。

 

（焦點(diǎn)調(diào)節(jié)）

目前的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備均是通過左右屏顯示同一物體不同角度拍攝的畫面，利用雙眼看到的圖像偏移來呈現(xiàn)立體的感覺。

 

（輻輳調(diào)節(jié)引起的立體視覺）

但是屏幕發(fā)出的光線并沒有深度信息，眼睛的焦點(diǎn)就定在屏幕上，因而眼睛的焦點(diǎn)調(diào)節(jié)與這種縱深感是不匹配的，從而產(chǎn)生視覺輻輳調(diào)節(jié)沖突（VAC現(xiàn)象）。

這種沖突是與人類日常生理規(guī)律是相違背的，因此才會(huì)有視覺疲勞、眩暈感。

要想解決這個(gè)問題，就要從人眼成像的原理上出發(fā)，讓VR設(shè)備展現(xiàn)的畫面可以有深度信息，也就是光就要從空間立體中的點(diǎn)發(fā)射出來，讓人眼的視覺輻輳和焦點(diǎn)匹配，光不僅要有強(qiáng)度還要有方向，那就是光場(chǎng)顯示技術(shù)。

那么既然知道怎么解決，為什么不把這個(gè)技術(shù)應(yīng)用？

雖然有了解決方案，但是真正應(yīng)用起來可沒那么容易，目前光場(chǎng)技術(shù)在相機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用還算較早，但也僅限于光的采集。如圖所示，物體向各個(gè)方向發(fā)出的光是不同的，因此人站在不同的角度、觀看也會(huì)有視覺差異。

而光場(chǎng)相機(jī)可以記錄光輻射在傳播過程中的位置信息和方向信息，這比傳統(tǒng)的成像方式多出2個(gè)自由度，因此拍攝者可以先拍攝，后期根據(jù)自己的需求再選擇自己的聚焦點(diǎn)。

（光場(chǎng)相機(jī)）

而光場(chǎng)顯示技術(shù)的實(shí)現(xiàn)要比這個(gè)困難的多，可以說這不僅僅是學(xué)術(shù)圈面對(duì)的難題，即使是微軟、Oculus這樣世界領(lǐng)先的虛擬顯示公司也在為這件事而發(fā)愁。

斯坦福大學(xué)的一項(xiàng)研究表明光場(chǎng)技術(shù)是可以改善虛擬顯示目前存在的眩暈缺陷的，像光場(chǎng)相機(jī)一樣，先收集各個(gè)方向的光，再通過多層堆疊的顯示屏進(jìn)行顯示，每層都顯示不同焦點(diǎn)的圖像，這樣人眼就可以實(shí)現(xiàn)正常對(duì)焦了。

維茨坦因的一個(gè)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一款利用光場(chǎng)顯示的VR大盒子，里面有三四個(gè)位面展示了同一個(gè)圖像的不同部分。這些位面前有一個(gè)可以改變功率的透鏡，可以對(duì)焦到畫面的不同部分。光線可以模擬現(xiàn)實(shí)世界中光在物體上的反射，進(jìn)而投射出三維效果。

該設(shè)備就使用了兩層疊加的液晶顯示器，使圖像不同部分在兩層液晶顯示器上呈差異化顯示，距離遠(yuǎn)的物體會(huì)在后面那層顯示器上顯示更多細(xì)節(jié)，距離近的則在前面那層顯示器上顯示更多細(xì)節(jié)。如果讓VR顯示技術(shù)和顯示視覺效果一樣，還需要更多層顯示屏的疊加，目前研究人員僅在靜態(tài)畫面上進(jìn)行了測(cè)試，對(duì)于動(dòng)態(tài)畫面的效果仍有待驗(yàn)證。

除此之外，還可以采用焦距僅為幾毫米的微鏡頭陣列來代替普通透鏡。利用特殊的GPU芯片進(jìn)行實(shí)時(shí)光源光線追蹤運(yùn)算，將影像分解成為數(shù)十組不同的視角陣列，然后再通過微透鏡陣列重新將畫面還原顯示在用戶的眼前，從而使觀賞者能夠如同身處真實(shí)世界中一樣，通過眼睛來從不同角度自然觀察立體影像。

但是此種技術(shù)還有一道硬傷，NVIDIA就曾推出過采用此種技術(shù)頭戴顯示設(shè)備，其原型設(shè)備的空間分辨率僅為146×78，根本無法滿足商業(yè)化需求，因此只能通過4K級(jí)別甚至更高級(jí)別顯示面板才能達(dá)到想要的效果。就目前普及的1080P的手機(jī)而言，屏幕已經(jīng)算是功耗大戶了，因此4K級(jí)別的顯示屏的功耗也就可想而知。

光場(chǎng)顯示技術(shù)的兩種實(shí)現(xiàn)方法勢(shì)必會(huì)增加硬件設(shè)備GPU的負(fù)擔(dān)，對(duì)處理器要求高，但人眼是不需要看全整個(gè)畫面的，占用GPU渲染出的有深度的畫面大部分都是不用看的，這也就導(dǎo)致了資源的浪費(fèi)。

而眼球追蹤技術(shù)正是光場(chǎng)顯示技術(shù)的最佳拍檔，我們可以通過捕捉的人眼動(dòng)作判斷人眼的注視點(diǎn)，模擬輻輳調(diào)節(jié)過程，僅渲染人眼注視點(diǎn)位置的畫面，讓畫面主動(dòng)去適應(yīng)視點(diǎn)位置。

這樣既保證了真實(shí)感，又不會(huì)因?yàn)檠劬θミm應(yīng)畫面而產(chǎn)生疲勞。而在這個(gè)過程中局部渲染也自然而然地降低了GPU的負(fù)荷。目前我們的虛擬顯示設(shè)備aGlass已經(jīng)嘗試通過這種方式解決眩暈，不過似乎還有一段艱難的路要走。但一旦讓光場(chǎng)顯示技術(shù)和眼球追蹤技術(shù)在VR設(shè)備上實(shí)現(xiàn)，那VR設(shè)備也將不再局限于看電影玩游戲了，他甚至可以在虛擬世界里再現(xiàn)任何你在視覺上想要的東西，并且還和現(xiàn)實(shí)感官?zèng)]差異！

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