当前暴露的问题-人机交互变革时代：虚拟现实技术及其应用研究

2023-10-18 理论教育版权反馈

【摘要】：下面的内容是VR目前面临的主要问题,同时也给出了一些公司的解决方案。如今的电视机分辨率超高,这个问题早已不复存在,结果它在一些VR头显上重现了。晕动病是内耳前庭感觉到的运动和眼睛看到的信号之间的不一致带来的。了解模拟器晕动病的潜在原因有助于我们解决这些问题。(三)移动与虚拟现实在VR的数字环境中移动依然是一个问题。VR中的远距离移动很可能会成为始终伴随应用程序开发人员的逻辑问题。

虽然消费级VR产品已变得越来越轻量、廉价和精致,但仍有很多技术障碍需要克服,之后才能真正发掘出大众消费市场的潜力。幸运的是,过去几年里人们对VR与日俱增的兴趣吸引了大量的投资,所以这些问题一定会很快得到解决。下面的内容是VR目前面临的主要问题,同时也给出了一些公司的解决方案。

(一)“纱窗效应”

如图2-1-13所示,是VR中的“纱窗效应”,看上去非常夸张(实际的“纱窗效应”是以像素为单位发生的,此处未显示)。当用户的脸部距离显示屏很近时,会发现像素之间存在着明显的网格。

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图2-1-13　VR中的“纱窗效应”

戴上老款的VR头显(或者在售的手机型VR产品)近看屏幕上的图像。根据不同的分辨率,我们会注意到画面的像素点之间有某种“线”存在。小朋友会发现,离老式电视机太近的时候也会看到同样的东西。这种现象被称为“纱窗效应”　(Screen-door Effect),这与隔着一道纱门看世界很像。如今的电视机分辨率超高,这个问题早已不复存在,结果它在一些VR头显上重现了。

这种效应在分辨率较低的显示屏中尤其明显,如本来就不是用作VR设备的老款头显和一些智能手机,因为用于VR的屏幕与鼻子只有几英寸(1英寸=2.54厘米)的距离,同时显示的内容还会被光学镜头放大。

为了解决这个问题,人们提出了各种各样的建议,例如,LG建议在屏幕和镜头之间放置“光漫射器”,尽管大多数人都认为真正的解决方案是更高分辨率的显示屏。就像电视一样,高清显示屏应该能减少“纱窗效应”,但是这需要更强大的处理能力。与模拟器晕动病一样,硬件越强大,产生这种效应的可能性就越小。“纱窗效应”可能会在下一代或下一代的下一代VR头显中成为历史。

(二)模拟器晕动病

早期的HMD用户普遍对其引发的晕动病(也叫“运动眩晕”)怨声载道。仅此一个问题就足以毁掉早期的大众消费级VR产品,如Sega VR和任天堂的Virtual Boy,而且这个问题至今仍困扰着头显的制造商。

晕动病是内耳前庭感觉到的运动和眼睛看到的信号之间的不一致带来的。因为当人脑感觉到这些信号不同步时,会假定身体出状况了,要么是中毒,要么是疾病。这个时候,大脑会让身体做出头痛、头晕、迷失方向感和恶心的反应。使用VR头显会诱发这种根本没做任何运动的晕动病,研究人员称它为模拟器晕动病。有很多办法可以对抗模拟器晕动病,包括一些非常规办法。美国普渡大学(Purdue University)计算机图形技术系一项研究表明,为每个VR应用程序添加“虚拟鼻子”有助于提高用户的稳定感。Virtualis LLC公司正在研究如何把“虚拟鼻子”商业化,还给它起了个名字“Nasum Virtualis”。把“虚拟鼻子”嵌入到用户的视域中作为固定的视觉参照点,能对VR晕动病起到缓解作用。其实我们在生活中是能看到自己的鼻子的,只不过常常没意识到而已。同样,根据Virtuais的研究,大多数用户甚至也没注意到VR中的“虚拟鼻子”,但他们的晕动病严重程度下降了13.5%,花在模拟器上的时间也有所增加。

如图2-1-14所示,是“虚拟鼻子”在VR世界中的样子。

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图2-1-14　利用“虚拟鼻子”预防模拟器晕动病

其实,解决模拟器晕动病最有效的方法是将头显响应用户动作的延时降至最低。在现实世界中,我们的头部运动和对周边环境的视觉反应之间是没有延迟的,所以,在头显中重现那种无延迟感至关重要。

随着VR用户数量在低性能移动型设备上的暴增,让头显显示尽可能高的FPS(Frames Per Second)比以往任何时候都更加重要。这样做可以使头显中的视觉效果与用户的动作保持同步。以下是在开发或使用VR应用程序时防止模拟器晕动病的一些其他建议。

(1)确保已调整好头显。如果在使用头显时虚拟世界看起来很模糊,那么很可能需要调整头显。大多数头显都允许用户调整松紧度和眼距,以消除模糊。在开始VR之前,请确保装置已调好。

(2)坐下来。对有些人来说,坐下来的稳定感有助于他们克服晕动病。

(3)保持文字清晰易读。在VR世界遇到小字不要去读,也不要写,如果一定要用文字来表达,越短越好(每次就几个词最好)。(www.chuimin.cn)

(4)不要做出其不意的动作。编写程序的过程中不要无缘无故地移动摄像机。除非用户自己移动或触发互动的时候,否则不要让用户感觉到动作。

(5)不要加速。移动虚拟世界的摄像机是有可能不引起晕动病的,前提是动作一定要稳。如果一定要让用户移动,避免加速或减速。

(6)永远跟随用户的动作。请勿逆着用户的动作方向操作摄像机,跟踪用户的时候也请保持跟随头部位置。用户的视域必须一直随着头部动作走。

(7)不要使用固定视图的内容。固定视图的内容指那种不会因视图变化而变化的内容,如屏幕中央的弹窗通知或是平视显示器(HUD,Headsup Display),这在2D游戏中相当普遍。但固定视图确实与VR“水土不服”,因为在现实世界根本没这一东西,所以无法让用户习惯。

随着设备的性能越来越强,那种因低FPS带来的模拟器晕动病理论上会越来越少。设备的性能越强,就越能保证在视觉和动作两方面让虚拟世界与现实世界同步,从而减少模拟器晕动病的主要成因。

然而,虽然现代计算机的运算能力远远超过了那些老掉牙的机器,可软件往往比20年前的游戏运行得还慢,那是因为硬件越强大,我们想从它们身上获得的就越多——更好的视觉效果!屏幕上更多的东西!更大的视域!更多的特效!了解模拟器晕动病的潜在原因有助于我们解决这些问题。

(三)移动与虚拟现实

在VR的数字环境中移动依然是一个问题。像Vive和Rift这样的高端头显,可以让用户在房间大小的空间里实现动作捕捉,但也仅限于这么大。要想得到更好的效果,要么需要应用程序内置某种运动机制,要么需要配备大多数消费者负担不起的专用硬件。

VR中的远距离移动很可能会成为始终伴随应用程序开发人员的逻辑问题。即使采用了前面列出的解决方案,用户在VR世界的移动若是与身体的动作不同步,也会引发某些用户的模拟器晕动病。即使确实存在全向跑步机可以跟踪每个用户的运动,也会有很多人并不愿意走那么长的路,况且身体不太健全的玩家根本不可能长距离步行。移动,是硬件和软件开发人员需要合作解决的问题。目前已经有了一些办法。

(四)VR市场问题

最后,让我们来看看整个VR市场。“移动型”VR产品(特别是最便宜的Google Cardboard)比高端头显的市场占有率要高很多。也许理由很充分。对于消费者来说,购买低端移动型VR产品只需要20美元,比购买高端系列要少花数百美元。

可想而知,低端产品只能提供低端的体验。用户可能瞧不上低端VR系统,觉得它们比玩具强不了多少,甚至认为它们代表着目前的VR技术水平。如果真是这样的认知,那么离真相就真的是太远了。从长远来看,低端产品的普及会不会损害VR的普及,蚕食掉整个市场的份额?

低端产品的销售数字可能会使一些公司突然警惕起来。许多厂商似乎打算在下一代VR产品上力推分级策略,为不同的消费者提供从低端到高端的不同体验。例如,Oculus的联合创始人Nate Mitchell在接受“科技博客网”　(Ars Technica)采访时声称,Oculus的下一代消费级头显将实行“三级策略”,低端的Oculus Go单机于2018年发布,紧接着发布中端的Oculus Santa Cruz。同时,高端的 HTC Vive Pro也已经发布,单机版的HTC Vive Focus(在中国发布)更多地关注中端市场。

从长远来看,可能会有足够广泛的市场基础来支撑VR的层级细分。随着下一代头显的出现,静观哪些厂商能在最大程度上赢得消费者的青睐,是一件很有趣的事情。而在不久的将来,中端的移动型VR设备可能会迎来增长,而外置式的高端产品则专注迎合高端玩家的需要。高端玩家虽然人数不多,但愿意花更多的钱来享受VR所能提供的最佳体验。

(五)潜在的健康风险

健康风险可能是VR最大的未知问题。Oculus Rift的健康和安全指南是不建议孕妇和老人使用的,身体太疲倦或患有心脏病的人也最好不要用,否则很有可能会遭遇严重的晕眩或黑视,病情也可能突然发作,真的很吓人!VR对健康的长期影响也存在很大的未知数。目前,关于长期使用VR头显会对视力和大脑造成何种影响,尚未进行彻底的研究。

初步的研究结果表明,大多数对健康的不良影响是短期的,问题不大。然而,随着用户在VR空间中的驻留时间越来越长,需要从各方面进一步研究VR的长期影响。

与此同时,VR制造商似乎对此持谨慎态度。正如英国人类和人因工程学特许研究所(Chartered Institute of Ergonomics and Human Factors)所长Sarah Sharples在接受《卫报》采访时说:“VR绝对有可能存在负面影响。虽然保持小心谨慎是最重要的事情,但也不能让它阻碍我们发掘这项技术的巨大潜力”。

当前暴露的问题-人机交互变革时代：虚拟现实技术及其应用研究

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