美军VR 专家说VR 难成功,Oculus 华人工程师觉得仍言之过早

2016-06-05 07:35:14来源: TechNews
    编按:本文作者胡韬是Oculus 第二位华人工程师,参与多个VR 专案开发,包含Oculus 等多个早期VR 软体专案的开发,此文详述了他的观点,并试着解说VR 所面对的问题与可能解决方法,这个第一线工程人员的观点,绝对有着参考价值。
 
最近被一篇名为《美军专家表示VR 可能永远不会成功》的文章洗版了,好多朋友过来问我VR 是不是伪需求,VR 行业能走多远?我认为,这篇文章本身包含了不少作者的个人情绪在里面,而针对这篇文章的很多评论也多少夹杂了个人情绪和利益。我尝试除去这些干扰,只跟大家讲些事实,结论大家自己判断。
 
先说一下自己的背景,我于2014 年7 月加入Oculus,当时Oculus 刚被Facebook 以23 亿美元收购。我有幸参与不少早期VR 软体的开发(Oculus Store、Oculus Video、Oculus Social),眼看着Rift、Gear 从粗糙的开发者版本逐渐迭代为成熟的消费者版本。与此同时,整个VR 产业在Oculus 和其他厂商的推动下逐渐浮出水面。当然,最兴奋的还是可以和偶像John Carmack 一起工作。(关于John Carmack 的故事,一天一夜都讲不完,有兴趣的朋友可以翻阅《Masters of Doom》)
 
回到美军专家Steve Blake的那篇文章,他的核心观点是说配戴VR装置时的恶心眩晕问题(英文有很多种说法,包括nausea、motion sickness、simulator sickness等,以下简称「眩晕」)无法解决。
 
首先,我们来看看「到底是什么原因导致了眩晕?」Oculus的开发者部落格上其实已经有一篇文章系统性地论述了这一问题(VR Sickness, The Rift, and How Game Developers Can Help) 。文章写于2013年,作者是Tom Forsyth,一名纵横游戏业二十多年的老兵,曾在Valve、Intel、 RAD Game Tools工作过。他描述了导致眩晕的一些原因:
 
一、可以解决的
 
主要有如下4 点:
 
1. 错误的畸变校正(Distortion Correction)
 
为了增强使用者的沉浸感,VR 装置会采用一组放大镜片来扩大用户的FOV(Field of View,视角),原理和广角镜头是一样的。但是,视角扩大的同时,图像也会发生畸变。传统的思路是从镜片着手,采用昂贵的非球面镜片来尽量减小图像的畸变。而Carmack 则逆势思惟,在图像渲染时直接进行逆向畸变,然后经由透镜来抵消这一畸变。这样做的好处是显而易见的,它减去了采用非球面镜片所带来的额外成本。而这样做的挑战在于需要精确地计算逆向畸变的参数值。如果数值不准确,使用者经由透镜看到的图像依旧会带有畸变,进而产生眩晕。幸运的是,主流厂商(Oculus、HTC、Google Cardboard、PSVR)都在他们提供的SDK(Software Development Kit,开发者工具包)里帮开发者解决了这一问题。
 
2. 错误的瞳孔距参数(IPD,Interpupillary Distance)
 
在模拟3D 成像时,渲染在萤幕上的图像会分为左右两萤幕,分别模拟人的左右两眼所看到的图像。这两个图像基本相似,除了些微的差异(这点大家在上面的图片中也可以看到)。差异的大小取决于人的瞳孔距,而不同人的瞳孔距是不同的。所以,在进行图像渲染时,就需要考虑使用者的实际瞳孔距。如果瞳孔距参数设置的不合适,使用者就无法聚焦,从而产生眩晕感。在之前的DK2 开发者版本中,Oculus 提供了参数设置工具来让使用者提前设置自己的瞳孔距参数。而在最新的Rift 消费者版本中,Oculus 更进一步,直接提供了一个硬体开关来动态调节瞳孔距参数。
 
3. 高延迟(Latency)
 
美军专家Steve也在文章中提到了延迟问题。这里的延迟,指的是使用者产生输入(如头部转动)到使用者看到图像变化之间的时间差,如果延迟够大,就会在使用者所感知的移动和实际所见之间产生错位,造成眩晕。Oculus首席科学家Michael Abrash有一篇文章专门讨论这个问题(《Latency – the sine qua non of AR and VR》)。这篇文章写于2012年底,对导致延迟的原因做了精确的阐述。以头部转动为例,从使用者转动头部到实际看到眼前图像变化,需要经历3个环节:传感器检测到头部转动角的变化→ CPU计算出新的需要渲染的图像→萤幕更新图像。每个环节都会产生延迟,当总延迟高于15ms时,就会产生较为明显的眩晕。文章还指出了相应的解决方案:使用高刷新率的传感器和OLED萤幕。做为Michael 20年的老朋友,Carmack透过工程努力以及推动Oculus与三星之间的合作,完美实现了这一方案。另外,Carmack还在第二个环节做了进一步的最佳化,引入ATW(Asynchronous Timewarp),把延迟控制在15ms以内。这里面的精彩故事可以从Carmack在Oculus Connect上的演讲中找到。
 
4. 不符合VR 的产品设计准则
 
VR应用的开发和传统3D游戏的开发有不少相似性,但因为VR提供了全新的互动方式,两者又有很多不同。Valve的Joe Ludwig专门写过一篇文章来阐述VR应用开发和传统3D游戏开发的不同以及注意点(《Lessons learned porting Team Fortress 2 to Virtual Reality》)。
 
二、无法解决的
 
正如美军专家Steve 所描述的,这里面主要有两类:
 
缺乏深度讯息:正常人眼在观看物体的时候,是有焦距的,不同焦距对应不同的视角,在视角内的图像,会很清晰,而在视角外的,就会比较模糊。玩过单眼的朋友应该对此有较深刻的体会。但是,目前的VR装置在进行图像渲染时,并没有考虑焦距,都是默认焦距为无限远(即所有的物体都能清晰看到)。这个问题其实并不是非常严重,但有少部分人会因为这一原因而导致眼睛疲劳,造成眩晕。
 
运动讯息感知的错位:这里导致眩晕的原因其实和之前所述的延迟类似,即使用者所感知的移动和实际所见产生了错 ​​位,更深层次的原因是视觉神经和前庭刺激(vestibular stimuli)之间无法达成一致。比如说,使用者在VR世界里玩跑酷游戏,但是在现实世界中却静坐着。其实,现实生活中的一些眩晕,也是由这个原因导致的,比如说晕车、晕船。
 
Tom Forsyth的这篇文章写于2013年6月,事实上,在2016年的今天,我们再回头去看,上面所说的两个无法解决的问题,都已经得到一定程度的解决。最新的AR装置,已经可以展示深度讯息(参考矽谷小伙伴Amber的文章  Magic Leap和微软的Hololens相比有哪些异同点?,他详细描述了Lightfield Display技术);而最新的VR装置,已经完成了位置追踪(positional tracking),意味着使用者在真实世界中的移动可以一对一的映射到虚拟世界中。而诸如Virtuix Omni这样的硬体,也在尝试解决如何在虚拟世界里自由奔跑的问题。
 
另外,在产品设计层面,开发者们也有很多创新。Steve 所说的第一人称模拟飞行是VR 里最容易导致眩晕的一类应用(视觉神经和前庭刺激有非常强烈的不一致),但是使用者又偏偏非常喜欢这种类型的应用。于是,机智的开发者们透过各种产品设计层面的创新,来满足使用者的需求。无论是GearVR 上的Smash Hit,还是即将上线Oculus Rift 的Eagle Flight,都是其中的典范。
 
好了,讲到这里,我相信大家对于美军专家Steve 的观点,已经有了更全面的认识。Steve 的观点,放在2016 年的今天,是很难站住脚的。另外,在其余一些来自他的判断中,也有不少有漏洞,具体如下:
 
「每个人都觉得这些装置是崭新且具有革命性的,但这不是真相。在这两年发生的事情,仅仅是这些装置的价格从8 万美元跌到500 美元。我们并没有做出太多技术上的创新」,这个论据非常脆弱,位置追踪和手势追踪(hand tracking),都是当代VR 装置的核心技术,这些技术在20 年前都是不存在的。
 
「目前大多数Demo 都是宣传性质的,在其他的行业展会上通常都是只有几分钟长的VR 内容。我不知道这些厂商是不是故意这样做的……这也解释了为什么这么多人认为他们喜欢VR」,这是典型的阴谋论,事实上,早期的demo 都只有几分钟长,是因为他们真的只是「demo」。Oculus 即将上线的三十多款应用程式,每一款都可以让使用者体验好多个「几分钟」。
 
「我们都是专家,知道自己在做什么,但当你站在我们的实验室里举目四望,会发现没有一个人戴着Oculus。仅在很少数的情况下,研究人员会戴上VR,只是为了确认一些内容,然后在30 秒内摘下来。大多数时候,我们都是在并排放置的两个显示器上观察视觉效果。当专案最终完成时,因为再也不用带这些头盔了,我们所有人都很开心。」 工程师不在开发时戴VR 装置,并不是不喜欢VR,而是因为戴上后就没办法进行开发了。虽然Unity/Unreal 都在尝试VR Editor(可以利用头戴VR 装置进行开发),但目前阶段效率最高的还是在PC 上开发,然后必要时戴上VR 装置检查效果。另外,专案完成了,大家都很开心,难道不是因为专案完美收工吗?
 
在矽谷的各种VR 展会上,经常能碰到一些十几年前就心怀VR 梦想的技术人员,他们对这个领域倾注的热情,是常人难以想像的。正是这群人十几年的技术积累,使VR 在今天有可能走进每个人的生活。文末,引用Michael Abrash 在Oculus Connect 上的一句话,和所有关注VR 行业的大家共勉。
 
「VR 时代正在来临,这一段崎岖的小路能否走通,靠的是几千个关键人物的移动——这里面很可能就包括你。这也许让人难以置信,然而我完全坚定。」
「VR is coming, but the path it takes depends on the actions of a few thousand key people, potentially including you. That may be hard to believe, but I' m completely serious.」
 
本文作者胡韬( taohu.usc@gmail.com),毕业于南加州大学,Oculus 第二位华人工程师。胡韬曾参与Oculus 多个VR 软体项目的开发(Oculus Store, Oculus Video, Oc​​ulus Social),目睹Rift/Gear 从粗糙的开发者版本逐渐迭代为成熟的消费者版本,并经历了整个VR 产业链的崛起和逐渐完备并走自商业化。本文由作者同意授权转载。

关键字:VR  Oculus

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/xfdz/article_2016060554474.html
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