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体验VR,你的眩晕感从何而来?

赛先生  · 公众号  · 科学  · 2017-03-30 07:31

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图1. 耳朵的解剖学结构。前庭刺激信息和听觉信息分别经前庭神经、蜗神经传向大脑。(图片引用自百度百科,有修改)

图2. 半规管示意图。每侧耳朵内部都有前、后和水平三个半规管,同侧每个半规管所在平面与其他两个半规管所在平面均垂直;每侧一个半规管与对侧其中一个半规管所在平面平行。这种解剖结构可满足三维空间任何一个方向的运动感知。(图片引自《眼震电图手册》,1976.)

三、本体感觉


当身体各部位处于不同状态(运动或静止)时,运动组织(肌肉、肌腱、关节)中分布的各种感受器产生相应的感觉信息,通过神经传导通路到大脑皮层,从而产生对身体各个部位的感知。例如,人在闭眼、静止不动时能仍感知身体各部分的位置。

在不同的情境下,大脑会对不同的信息传入进行权重分析,综合评价身体的平衡状态和空间方位感知,并作出适当调整。但是,在有些情况下,各个感觉系统的信息会出现冲突的情况,常见的感觉冲突有以下几种情况:

看到动了,没有感觉到动: 单纯的视觉刺激,缺乏对应的前庭(或本体觉)刺激。比如:看大荧幕电影时,或者坐在静止的火车上看窗外通过的火车时,会产生自己在运动的错觉。


感觉动了,没有看到动: 单纯前庭(或本体觉刺激),缺乏视觉刺激,如:车辆行进过程中,无法或不能注视车厢外物体,在车厢里看书、行走、跳舞等。


感觉到的运动情况与看到的运动情况不匹配: 同时有视觉和前庭(或本体觉)刺激,但两者不匹配,如:在船的甲板上看海浪、在开着的车上看窗外风景。


当这些感觉冲突达到一定程度,大脑对身体平衡状态和空间方位的判断就会出现误差,表现为头晕和/或眩晕感。 此外,大脑会基于记忆系统中的存储副本,根据当前的感觉对身体的感知和外界环境的运动作出预测,假如预测与实际情况不符合,也会导致头晕和/或眩晕。由于低级前庭中枢(脑干和小脑)与其他脑区存在广泛的联系,通过前庭自主神经反射,产生恐惧、恶心、呕吐、大汗甚至便意等症状。

VR设备为什么会导致眩晕感

根据之前所谈到的导致头晕的理论基础,我们就容易理解,目前的VR设备之所以会导致眩晕感,主要原因就是VR技术尚不能完美虚拟现实世界。 在体验VR的过程中产生的感觉与现实不一致,就会产生眩晕感。 下面我们从VR设备的硬件、软件以及个人因素几个方面分别了解导致眩晕的原因。

一、硬件因素

硬件配置导致的 画面延迟 是导致眩晕的最主要的因素。

之前我们谈到,自然状态下人类头部转动时,其相对应的视野的变化是非常敏感的。研究表明,与用户的头动相对应的头显画面延迟不能超过20ms,不然就会非常明显。这就意味着,VR头显要在20ms的延迟时间内完成对头部转动的速度、角度和距离的灵敏测定,然后计算机进行运算并及时渲染出画面,最后显示器也要及时地显示出画面。不同的VR设备厂家采用不同的运动感受设备,目前做的比较好的有Oculus、Sony和Valve的头显。

而且,显示屏都有一定的刷新频率,如果刷新频率为50Hz,人眼就会感到闪烁感,虽然对人眼而言,视觉刷新频率达60Hz以上已经感受到的是连续画面,但是越高的视觉刷新频率,显示的图像越稳定,人眼越不容易觉得疲劳。

影响画面流畅性的另一个参数是画面帧数,也就是计算机每秒输出到屏显上的画面数(FPS),如果每一帧显示的时间距离上一帧超过20ms,那么人眼同样也会感到延迟。所以,60FPS也是VR头显画面帧数的基准线。

要在这么短的时间内搞定以上这一切,本身就是巨大的挑战。庆幸的是有一些公司的硬件标准已经能够达到这一要求。但是市场上产品质量参差不齐,质量稍差的产品更易诱发用户的眩晕症状。

其他如头戴式VR的舒适度、重量,显示屏与眼之间的瞳距以及身体其他部位传感器的灵敏度、舒适度等,都是造成身体不适的常见原因。

二、软件因素


所谓软件因素,主要指VR的内容设计,Oculus公司曾经发布了《VR最佳实践指南》,其中对一些容易导致用户头晕的内容、画面设计进行了推荐。常见的原因如下:







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