晕动症

yun

1. 概述

很久以来,虚拟现实只出现在科幻电影或者低性价比的游戏,不过从Oculus Rift头显开始,这项技术正在突破重围并即将变成每个人都能使用的“现实”。然而,无论虚拟现实能给人带来多么惊艳的体验,大部分的人却不能长时间地沉浸在虚拟世界当中,因为“晕动症”的存在。[1]

 


 

2. 产生原因

VR的头戴眼镜的视觉反应跟不上头部速度,就会产生严重的眩晕。也就是说当你的大脑从视觉系统接收到运动的景象时,会默认是因为你的身体运动造成的。这样会指挥你的手脚进行相应的运动。然后小脑放射特定的生物信号来在运动中保持平衡,如果传递的信号不一样就会发生紊乱。

举个例子,当你坐在车里或船上的时候,你接受到的视觉信号其实是一直运动的,但是你的身体一直没动。大脑并没有支配手脚运动,没有反射电流回馈到小脑。但小脑接收到视觉信号是动的。动了就要保持平衡啊。所以这家伙就给大脑回馈错误的平衡信息。大脑一听,不干啊,我是大脑,你是小脑,比我小一级,我还能听你的,所以,就拒绝。然后身体其他器官就紊乱了。因为管事的意见不合啊。这就是为什么人会晕船,晕车。 但是并不是所有人都这样,只有一本分人小脑和大脑老闹意见。 所以有人就不晕车。

晕动症并不是最近才出现的病。早在驾驶员和宇航员运用模拟器练习时就出现了,只不过当时叫模拟器综合症。罗格斯新泽西大学医学院的药理、生理和神经学教授Jorge Serrador认为 VR晕动症类似于模拟器综合症和晕船,都是由于视觉系统和前庭系统不协调引起的。


VR晕眩的原因
想象一下,外面的大海波涛汹涌,而你站在船甲板下,因此你的眼睛告诉你,你是一动不动的站着的。但你却感觉到了移动——一上一下,左右摇晃。你开始感觉不舒服,头痛,脸色苍白,赶紧冲到垃圾桶呕吐不已。

其实问题就出在了前庭系统,该系统位于内耳,由许多充满着内淋巴液的迷路和腔室组成。前庭系统包括了三个布满毛细胞的半规管(毛细胞得名于它们像毛发)。头部的移动会造成内淋巴液的移动,进而刺激内耳毛细胞。由于内耳迷路的位置各不同,它们传递到大脑的动作信息也不同:升降感,摆动感及倾斜感。

与半规管相通的是椭圆囊,含有碳酸钙和蛋白质组成的结晶体,称为耳石(otolith)。头部的移动也会造成耳石的移动,向大脑传递水平运动的信号。而它旁边的球囊也利用相同的原理传递垂直运动的信号。
前庭系统通常和视觉系统、身体感觉系统协同作用,通过视觉、肌肉和关节中受体的感觉告诉大脑身体在何处。而虚拟现实的环境打破了这三个系统之间的平衡。


模拟器综合症
和晕车或晕船都不同的一点是,虚拟现实晕动症的患者并没有移动。据一份美国陆军研究所1995年的报告,病症最早出现在1957年飞行员直升机模拟器飞行训练中。一份1989年的研究发现,约40%的军事飞行员在模拟器虚拟飞行时感觉到晕眩——比率高得令人担忧,因为军事飞行员患晕动症的可能性低于普通人。


Serrador教授说:“基于模拟器综合症,早期的模拟器开发人员在模拟模式中增加运动,飞行模拟器能真实地猛降,翻滚,上下移动。但根据陆军报告,晕眩并没有消失,因为电脑的可视化效果和模拟器的运动不能完全同步。直到如今,模拟器的可视化效果与实际运动还存在些微的时间差。”他还补充道:“当模拟器的可视化与实际运动匹配不是严丝合缝时,你马上会感觉到不舒服。”通常情况下,差距越大,晕眩越严重。一份刊登在《神经系统科学期刊》的研究提到,日本研究院让人们在使用虚拟现实模拟器的同时,加上摇头摆头。在某些情况下,VR图像比研究对象真实的头部运动快两倍。不出所料,这些研究对象感觉非常头晕,而其他屏幕图像与真实运动同步的研究对象感受的晕眩程度则低很多。


 

3. 症状分析

设备原因:


1.显示屏屏显不够,目前最好的屏显就是GearVR,因为是2K屏,Oculus和3Glasses是1K,所以三星的眩晕感就比Oculus和3Glasses低。


2.作为沉浸式头盔,你接受到的信息非常的真实,但你实际上是不动的,所以你晕。


3. 现在的头盔延迟都没达到理想的标准,也就是 turn around tracking ,据我所知目前做的最好的是OCULUS, 大概25ms, Sumsung gearvr, VRONE, 3 Glasses,以及一些国外其他头盔大概在28ms。


4.在3D场景中你没有参照物,运动时足部没有力反馈,所以你晕,如果配相关的力反馈手套,跑步机应该会降低眩晕程度。


游戏内容原因:


1. 大部分内容都是从PC上直接移植过来,所有的UI界面,玩法并不适合VR设备。操作变扭。且场景视角转换不合理。


2. 游戏光线色调,太过强烈或昏暗。因为以前是在屏幕上距离眼睛远,所以问题不凸显,但是现在在头显上问题就很明显了。


3. 视角和内容不合理,打个比方,现实中你一直低头看楼梯,不停的爬,你也晕。所以内容设计上要避免这种情况。还有视角变换太快,或者抖动,人体不舒服。比方说,我要是在头盔玩EVE,RUSH,就没有TF2(军团要塞,FPS)晕。


4. 场景不符合VR设备的图形畸变算法,看起来难受。所以你晕。


VR眼镜目前普遍使用的是5寸1080P屏幕作为显示器,虽然以手机的标准来讲这个屏幕的DPI已经够高了,但是VR眼镜会让人眼离屏幕更近,所以需要DPI更高。减少纱窗效应就需要更高的DPI,更高的DPI就意味着需要更高的分辨率。
解决眩晕这个问题,就需要在VR眼镜的显示刷新率和头动跟踪能力上费大力气进行技术开发,以及相应的在内容上进行针对性的优化。

 

 


 

4. 解决方法

虚拟现实眩晕解决方法有两种:

硬件解决
1. 用2K屏,4K屏,或者用双屏及OLED柔性屏,全面提升屏显、刷新频率、延迟显示等
2. 提升陀螺仪‘传感器的精确度
3. 加强数据传递速度


内容解决
重新设计UI界面符合VR操作
2. 提升图像畸变算法,符合VR视角
3. 对玩法、操作进行修正
4. 对贴图、渲染、建模技术进行修正

消除VR晕动症
没人知道为什么前庭系统与视觉系统的失配会引起晕眩。在1977年有一个理论认为,身体把接收到的信号混乱误解为食物中毒了(毒物会带来神经系统混乱)。为了安全起见,身体选择了呕吐反应。不过,这个理论并没有直接证据。
虚拟现实晕眩症的敏感性因人而异,而一开始令人晕眩的情况以后也能适应。例如,海军使用回旋椅训练领航员,降低晕眩的敏感性。过了一段时间,大脑就能分辨哪些信号应该警惕,哪些信号应该忽略。直到某一刻,即使戴上VR头显这个动作也能直接刺激大脑进入近似虚拟现实的模式。


VR开发者们正在研究如何为产品减少晕眩感。例如,Oculus Rift 提高了刷新率,有效防止操控过程中的视觉延缓。普渡大学的研究者们发明了一个非常简单的“补丁”:他们在VR游戏的虚拟视野中加了个卡通鼻子的图像(他们称为nasum virtualis)。他们于2015年三月在三藩市举行的游戏开发者大会上展示了成果,展示了这一发明能有效地帮助人们克服虚拟现实晕眩症。据普渡大学的计算机图形技术助理教授David Whittinghill分析,在一个探索托斯卡纳别墅的慢速游戏中,虚拟鼻子让用户平均增加了94.2秒的无晕眩时间。而在一个“翻天覆地”的过山车游戏中,人们的无晕眩时间也增加了2秒。他还在一份声明中表示:“我们推测,可能因为鼻子是人们身体熟悉的一部分,尽管常常被忽略,但你的感官系统知道它还在那。” [1]

 


 

5. 相关视频

 

 


6. 注意避免

1. 避免非向前的移动
与现实生活中不同的运动方式容易造成头晕。这类运动使用户眼睛看到的与大脑判断的景象产生冲突,例如身体向前运动,而眼睛看着侧面。一些简单的方法可以避免这个问题,比如只允许向用户注视的方向运动。但这会对游戏玩法造成很大限制。[2]


2. 避免相对运动错觉
想象如下场景:你坐在火车上,看着车窗。另一辆火车正缓缓驶离站台。当那辆火车开动时,你的意识中会产生一种幻觉,即你自己所在的火车在朝相反的方向移动。这种幻觉就是“相对运动错觉(Vection)”。这种错觉也是在VR中会引起晕动症的原因之一。解决这类问题的方法是简化所看到景象的复杂性(如降低贴图的复杂度),以及降低速度。


3. 避免加速
人类的内耳可以感知速度的各种变化(即加速度),但内耳不会感知持续的速度。因此,在VR中,用户沿直线作匀速运动时就不大会感到头晕。
但是如果在运动中加入转向或跳跃等加速度变化,用户感到眩晕的可能性就会大大增加。这也是为什么过山车类的体验并不适合介绍给VR的初学者


4. 避免镜头的偏转运动(Camera YAW)
偏转运动即沿垂直轴的转向运动。这种镜头运动非常容易引起头晕。尤其是当游戏中用摇杆来控制这种运动(而不是让玩家用自己的头部控制),马上会使玩家感到不适。Oculus的CTO John Carmack将这种做法称为“VR毒药”。所以开发者应该绝对避免用摇杆控制镜头的偏转运动。


不过这对游戏设计造成了很大的限制。因为这样的话,玩家只能坐在转椅上玩游戏,或是干脆一直站着。而考虑到目前的VR头显都是需要有线连接的,会使现场一团糟。有一种解决方法,即所谓的“舒适转向”模式,使镜头根据摇杆的控制直接跳过一定的角度。这可以使在水平方向的转动比较舒适,但会影响沉浸感。

5. 加入相对静止的参照物
这种方法不能适用于所有的游戏类型。但在玩家视角周围加入某种形式的参照物可以极大地减轻眩晕感,同时可能增强沉浸感。例如在一些空战类游戏中,如果加入座舱的影像,可以让玩家在激烈的运动中感到更稳定,也可以让玩家更有身临其境的感觉。

相对于初次体验VR的用户,随着体验次数的增加,用户的适应性会逐渐增强,从而对晕动症的敏感度降低。就像初次航海的人会晕船,但当成为水手后就不那么容易会晕了。但是在目前阶段,VR还刚开始普及,开发者们还是应该采取谨慎的作法,尽量避免危险的设计。

 

 

7. 参考资料

1. 为什么你会感到恶心?VR晕动症全方位解析  搜狐[引用日期2016-04-26]

 2.在虚拟现实中避免晕动症的几个注意点 VR日报[引用日期2016-04-26]

99VR视界二维码

相关文章

    404 Not Found

    404 Not Found


    nginx
在线客服