本篇文章從早期VR技術(shù)所存在的最主要問(wèn)題，即VR眩暈出發(fā)，總結(jié)了3類導(dǎo)致VR眩暈產(chǎn)生的因素，并分析當(dāng)前行業(yè)領(lǐng)先產(chǎn)品是如何解決這些問(wèn)題的，為設(shè)計(jì)師與開(kāi)發(fā)者提供了參考建議。推薦對(duì)VR感興趣的同學(xué)閱讀。

VR眩暈（又稱Cybersickness）是人們對(duì)早期VR技術(shù)最普遍的抱怨之一。導(dǎo)致VR眩暈的原因有很多，既有硬件性能因素，也包括虛擬內(nèi)容呈現(xiàn)方式的原因。和暈車癥狀一樣，不同人群對(duì)VR眩暈的敏感程度也存在很大差異。早期VR技術(shù)相對(duì)落后，其圖像渲染速度較慢、延遲較高，更容易導(dǎo)致眩暈。同時(shí)，由于光學(xué)和顯示性能不足，用戶長(zhǎng)時(shí)間暴露在低畫質(zhì)和立體成像效果差的環(huán)境中，也更容易產(chǎn)生眩暈。

自從VR技術(shù)問(wèn)世以來(lái)，產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界一直在探索改善導(dǎo)致眩暈癥狀的因素，包括硬件、交互、VR內(nèi)容和人因工程等方面。通過(guò)搜索關(guān)鍵詞“Cybersickness”，可以找到13000多篇文獻(xiàn)和專利：

如果歸納一下硬件和內(nèi)容所導(dǎo)致的 VR 眩暈，主要因素可以概括為以下幾類：

• 追蹤畫面延遲（運(yùn)動(dòng)到光子延遲，motion-to-photon latency）
• 3D 顯示輻輳調(diào)節(jié)沖突（Vergence-accommodation conflict，VAC）
• 視覺(jué)暈動(dòng)效應(yīng)（Vection）

接下來(lái)我們會(huì)簡(jiǎn)單總結(jié)一下當(dāng)前行業(yè)領(lǐng)先的頭戴顯示設(shè)備（HMD）是如何處理這些問(wèn)題的。

一、MTP 延遲

頭顯需要追蹤用戶頭部運(yùn)動(dòng)，然后轉(zhuǎn)化為虛擬畫面渲染的角度調(diào)整，業(yè)界通常認(rèn)為 MTP 延遲在20ms以內(nèi)才不會(huì)讓用戶感覺(jué)到明顯的畫面延遲：

基于視頻透視（Video See-through，VST）的頭顯（如 Apple Vision Pro）除了追蹤用戶頭部運(yùn)動(dòng)之外，還需要實(shí)時(shí)拍攝環(huán)境信息并通過(guò)視頻流的方式呈現(xiàn)給用戶，同時(shí)還要完成虛擬場(chǎng)景和真實(shí)場(chǎng)景的融合渲染：

最新發(fā)布的 Meta Quest 3 在驍龍 XR2 Gen2 芯片的支持下，支持多達(dá) 10 個(gè)并發(fā)攝像頭和全彩、超快的透視/穿透功能，延遲時(shí)間小至12ms；蘋果也為 Apple Vision Pro 專門設(shè)計(jì)了用于處理 VST 視頻流的 R1 芯片，并宣稱圖像到顯示的延遲可以控制在12ms以內(nèi)，這比人類眨眼的速度還要快 8 倍！

R1 virtually eliminates lag, streaming new images to the displays within 12 milliseconds. That’s eight times faster than the blink of an eye!

二、輻輳調(diào)節(jié)沖突（VAC）

在現(xiàn)實(shí)世界中，當(dāng)我們注視一個(gè)物體時(shí)，我們的眼睛會(huì)自然地調(diào)整焦距，使得物體清晰地顯示在視網(wǎng)膜上。

但是，在虛擬現(xiàn)實(shí)中，由于虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴式顯示器的顯示屏距離眼睛非常接近，因此眼睛需要調(diào)整焦距來(lái)適應(yīng)顯示屏的距離，以確保虛擬世界的物體清晰可見(jiàn)。然而，當(dāng)眼睛調(diào)整焦距時(shí)，眼睛的調(diào)節(jié)和聚焦并不總是同步進(jìn)行，可能會(huì)導(dǎo)致眼睛的疲勞和不適感。這種不協(xié)調(diào)就是輻輳調(diào)節(jié)沖突。

舉一個(gè)不是特別恰當(dāng)?shù)睦宇惐?，VAC 所帶來(lái)的視覺(jué)疲勞和眩暈就像是長(zhǎng)時(shí)間斗雞眼帶來(lái)的感覺(jué)一樣：

VAC 是近眼 3D 顯示中普遍存在的問(wèn)題，即便是 Apple Vision Pro 也不能完全消除這一因素對(duì)用戶長(zhǎng)時(shí)間佩戴所帶來(lái)的視覺(jué)疲勞、眩暈的影響。影視颶風(fēng)的 Tim 在評(píng)測(cè)蘋果 Vision Pro 的視頻里有提到戴了半小時(shí)后摘下來(lái)，看現(xiàn)實(shí)世界會(huì)覺(jué)得特別 3D，這很有可能就是眼睛在 VAC 沖突條件下適應(yīng)了一段時(shí)間之后對(duì)現(xiàn)實(shí)世界非沖突狀態(tài)的重新適應(yīng)。

這一問(wèn)題哪怕是在基于光學(xué)透視（OST）的 AR 眼鏡中也是存在的，其本質(zhì)是大腦接收到的輻輳和調(diào)適信息相互矛盾：

為了減輕 VAC 的影響，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)正在研究和開(kāi)發(fā)新的顯示技術(shù)，如多焦點(diǎn)顯示、光場(chǎng)顯示等，以更準(zhǔn)確地模擬現(xiàn)實(shí)世界中的焦距和視覺(jué)體驗(yàn)。此外，一些虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用程序還提供了眼動(dòng)跟蹤技術(shù)，可以根據(jù)用戶的眼動(dòng)數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)整虛擬世界的焦距，減少輻輳調(diào)節(jié)沖突的發(fā)生。

例如 Meta Reality Labs 在 SIGGRAPH 2023 推出的可變焦點(diǎn)頭顯原型方案：

三、視覺(jué)誘發(fā)的暈動(dòng)癥（visually induced motion sickness，VIMS）

除了上述硬件與顯示性能導(dǎo)致的 VR 眩暈之外，虛擬內(nèi)容本身也是造成用戶眩暈的重要因素。尤其是當(dāng)虛擬內(nèi)容中存在大量高速運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)景時(shí)，會(huì)給人產(chǎn)生自己正在運(yùn)動(dòng)的錯(cuò)覺(jué)：

【請(qǐng)不要長(zhǎng)時(shí)間盯著下圖觀看】

研究一般認(rèn)為視覺(jué)信息和前庭系統(tǒng)的感覺(jué)沖突是導(dǎo)致 VIMS 的主要原因，在現(xiàn)實(shí)世界中，人們的視覺(jué)系統(tǒng)和平衡系統(tǒng)是相互協(xié)調(diào)的。例如，當(dāng)人們乘坐車輛時(shí)，他們的視覺(jué)系統(tǒng)會(huì)感知到車輛移動(dòng)的畫面，但前庭平衡系統(tǒng)會(huì)感知到車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，兩個(gè)系統(tǒng)的信息是相互協(xié)調(diào)的。然而，在虛擬現(xiàn)實(shí)中，由于圖像渲染速度不足、延遲等因素，虛擬現(xiàn)實(shí)中的圖像往往與人們的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不一致，導(dǎo)致視覺(jué)系統(tǒng)和前庭平衡系統(tǒng)之間的信息不協(xié)調(diào)，從而引起眩暈等不適癥狀。

四、運(yùn)動(dòng)內(nèi)容設(shè)計(jì)建議

為了盡量避免視覺(jué)誘發(fā)的眩暈，Apple 和 Meta 都針對(duì)虛擬內(nèi)容和交互方式給出了設(shè)計(jì)規(guī)范和建議。WWDC 2023 有一節(jié)專門關(guān)于 visionOS 視覺(jué)和運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)考慮因素的演講（Session-10078），包括以下這些對(duì)于虛擬內(nèi)容的設(shè)計(jì)建議：

• 將運(yùn)動(dòng)中虛擬內(nèi)容（窗口）的尺寸控制在合理范圍內(nèi)
• 盡量減少不必要的動(dòng)態(tài)效果，必要時(shí)采用柔和、漸變而非突兀的動(dòng)效
• 避免持續(xù)震蕩的運(yùn)動(dòng)對(duì)象，尤其應(yīng)避免顯示頻率為0.2 赫茲左右的振蕩
• 盡量避免在用戶視場(chǎng)的邊緣顯示動(dòng)態(tài)效果，用戶對(duì)于發(fā)生在邊緣視覺(jué)處的動(dòng)態(tài)效果尤其敏感
• 考慮為用戶提供靜態(tài)參考系，或者保留一部分真實(shí)場(chǎng)景作為參考

五、總結(jié)

無(wú)論是虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、混合現(xiàn)實(shí)（MR）還是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR），完全虛擬、視頻透視（VST）還是光學(xué)透視（OST），硬件因素還是內(nèi)容因素，產(chǎn)生眩暈的本質(zhì)在于信息過(guò)載。任何形式的虛擬內(nèi)容在給用戶帶來(lái)附加信息的同時(shí)，都在增加大腦信息加工的負(fù)擔(dān)，尤其是當(dāng)虛擬信息與人類正常感知方式存在沖突時(shí)，眩暈是對(duì)這些「不合理」虛擬信息的排異反應(yīng)。

因此在空間計(jì)算硬件與算法性能提供足夠流暢體驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，仍然需要合理的內(nèi)容和交互設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)師 & 開(kāi)發(fā)者需要充分理解虛實(shí)結(jié)合場(chǎng)景下人類視覺(jué)特性的基本原理，從而避免讓用戶產(chǎn)生對(duì)虛擬信息的排異反應(yīng)。