美軍VR專家說VR 難成功，Oculus 華人工程師覺得仍言之過早

　　最近被一篇名為《美軍專家表示VR 可能永遠(yuǎn)不會(huì)成功》的文章洗版了，好多朋友過來問我VR 是不是偽需求，VR 行業(yè)能走多遠(yuǎn)?我認(rèn)為，這篇文章本身包含了不少作者的個(gè)人情緒在里面，而針對(duì)這篇文章的很多評(píng)論也多少夾雜了個(gè)人情緒和利益。我嘗試除去這些干擾，只跟大家講些事實(shí)，結(jié)論大家自己判斷。

　　先說一下自己的背景，我于2014 年7 月加入Oculus，當(dāng)時(shí)Oculus 剛被Facebook 以23 億美元收購(gòu)。我有幸參與不少早期VR 軟體的開發(fā)(Oculus Store、Oculus Video、Oculus Social)，眼看著Rift、Gear 從粗糙的開發(fā)者版本逐漸迭代為成熟的消費(fèi)者版本。與此同時(shí)，整個(gè)VR 產(chǎn)業(yè)在Oculus 和其他廠商的推動(dòng)下逐漸浮出水面。當(dāng)然，最興奮的還是可以和偶像John Carmack 一起工作。(關(guān)于John Carmack 的故事，一天一夜都講不完，有興趣的朋友可以翻閱《Masters of Doom》)

　　回到美軍專家Steve Blake的那篇文章，他的核心觀點(diǎn)是說配戴VR裝置時(shí)的惡心眩暈問題(英文有很多種說法，包括nausea、motion sickness、simulator sickness等，以下簡(jiǎn)稱「眩暈」)無法解決。

　　首先，我們來看看「到底是什么原因?qū)е铝搜?」Oculus的開發(fā)者部落格上其實(shí)已經(jīng)有一篇文章系統(tǒng)性地論述了這一問題(VR Sickness, The Rift, and How Game Developers Can Help) 。文章寫于2013年，作者是Tom Forsyth，一名縱橫游戲業(yè)二十多年的老兵，曾在Valve、Intel、 RAD Game Tools工作過。他描述了導(dǎo)致眩暈的一些原因：

　　一、可以解決的

　　主要有如下4 點(diǎn)：

　　1. 錯(cuò)誤的畸變校正(Distortion Correction)

　　為了增強(qiáng)使用者的沉浸感，VR 裝置會(huì)采用一組放大鏡片來擴(kuò)大用戶的FOV(Field of View，視角)，原理和廣角鏡頭是一樣的。但是，視角擴(kuò)大的同時(shí)，圖像也會(huì)發(fā)生畸變。傳統(tǒng)的思路是從鏡片著手，采用昂貴的非球面鏡片來盡量減小圖像的畸變。而Carmack 則逆勢(shì)思惟，在圖像渲染時(shí)直接進(jìn)行逆向畸變，然后經(jīng)由透鏡來抵消這一畸變。這樣做的好處是顯而易見的，它減去了采用非球面鏡片所帶來的額外成本。而這樣做的挑戰(zhàn)在于需要精確地計(jì)算逆向畸變的參數(shù)值。如果數(shù)值不準(zhǔn)確，使用者經(jīng)由透鏡看到的圖像依舊會(huì)帶有畸變，進(jìn)而產(chǎn)生眩暈。幸運(yùn)的是，主流廠商(Oculus、HTC、Google Cardboard、PSVR)都在他們提供的SDK(Software Development Kit，開發(fā)者工具包)里幫開發(fā)者解決了這一問題。

　　2. 錯(cuò)誤的瞳孔距參數(shù)(IPD，Interpupillary Distance)

　　在模擬3D 成像時(shí)，渲染在螢?zāi)簧系膱D像會(huì)分為左右兩螢?zāi)?，分別模擬人的左右兩眼所看到的圖像。這兩個(gè)圖像基本相似，除了些微的差異(這點(diǎn)大家在上面的圖片中也可以看到)。差異的大小取決于人的瞳孔距，而不同人的瞳孔距是不同的。所以，在進(jìn)行圖像渲染時(shí)，就需要考慮使用者的實(shí)際瞳孔距。如果瞳孔距參數(shù)設(shè)置的不合適，使用者就無法聚焦，從而產(chǎn)生眩暈感。在之前的DK2 開發(fā)者版本中，Oculus 提供了參數(shù)設(shè)置工具來讓使用者提前設(shè)置自己的瞳孔距參數(shù)。而在最新的Rift 消費(fèi)者版本中，Oculus 更進(jìn)一步，直接提供了一個(gè)硬體開關(guān)來動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)瞳孔距參數(shù)。

　　3. 高延遲(Latency)

　　美軍專家Steve也在文章中提到了延遲問題。這里的延遲，指的是使用者產(chǎn)生輸入(如頭部轉(zhuǎn)動(dòng))到使用者看到圖像變化之間的時(shí)間差，如果延遲夠大，就會(huì)在使用者所感知的移動(dòng)和實(shí)際所見之間產(chǎn)生錯(cuò)位，造成眩暈。Oculus首席科學(xué)家Michael Abrash有一篇文章專門討論這個(gè)問題(《Latency – the sine qua non of AR and VR》)。這篇文章寫于2012年底，對(duì)導(dǎo)致延遲的原因做了精確的闡述。以頭部轉(zhuǎn)動(dòng)為例，從使用者轉(zhuǎn)動(dòng)頭部到實(shí)際看到眼前圖像變化，需要經(jīng)歷3個(gè)環(huán)節(jié)：傳感器檢測(cè)到頭部轉(zhuǎn)動(dòng)角的變化→ CPU計(jì)算出新的需要渲染的圖像→螢?zāi)桓聢D像。每個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)產(chǎn)生延遲，當(dāng)總延遲高于15ms時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生較為明顯的眩暈。文章還指出了相應(yīng)的解決方案：使用高刷新率的傳感器和OLED螢?zāi)?。做為Michael 20年的老朋友，Carmack透過工程努力以及推動(dòng)Oculus與三星之間的合作，完美實(shí)現(xiàn)了這一方案。另外，Carmack還在第二個(gè)環(huán)節(jié)做了進(jìn)一步的最佳化，引入ATW(Asynchronous Timewarp)，把延遲控制在15ms以內(nèi)。這里面的精彩故事可以從Carmack在Oculus Connect上的演講中找到。

　　4. 不符合VR 的產(chǎn)品設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

　　VR應(yīng)用的開發(fā)和傳統(tǒng)3D游戲的開發(fā)有不少相似性，但因?yàn)閂R提供了全新的互動(dòng)方式，兩者又有很多不同。Valve的Joe Ludwig專門寫過一篇文章來闡述VR應(yīng)用開發(fā)和傳統(tǒng)3D游戲開發(fā)的不同以及注意點(diǎn)(《Lessons learned porting Team Fortress 2 to Virtual Reality》)。

　　二、無法解決的

　　正如美軍專家Steve 所描述的，這里面主要有兩類：

　　缺乏深度訊息：正常人眼在觀看物體的時(shí)候，是有焦距的，不同焦距對(duì)應(yīng)不同的視角，在視角內(nèi)的圖像，會(huì)很清晰，而在視角外的，就會(huì)比較模糊。玩過單眼的朋友應(yīng)該對(duì)此有較深刻的體會(huì)。但是，目前的VR裝置在進(jìn)行圖像渲染時(shí)，并沒有考慮焦距，都是默認(rèn)焦距為無限遠(yuǎn)(即所有的物體都能清晰看到)。這個(gè)問題其實(shí)并不是非常嚴(yán)重，但有少部分人會(huì)因?yàn)檫@一原因而導(dǎo)致眼睛疲勞，造成眩暈。

　　運(yùn)動(dòng)訊息感知的錯(cuò)位：這里導(dǎo)致眩暈的原因其實(shí)和之前所述的延遲類似，即使用者所感知的移動(dòng)和實(shí)際所見產(chǎn)生了錯(cuò) ??位，更深層次的原因是視覺神經(jīng)和前庭刺激(vestibular stimuli)之間無法達(dá)成一致。比如說，使用者在VR世界里玩跑酷游戲，但是在現(xiàn)實(shí)世界中卻靜坐著。其實(shí)，現(xiàn)實(shí)生活中的一些眩暈，也是由這個(gè)原因?qū)е碌?，比如說暈車、暈船。

　　Tom Forsyth的這篇文章寫于2013年6月，事實(shí)上，在2016年的今天，我們?cè)倩仡^去看，上面所說的兩個(gè)無法解決的問題，都已經(jīng)得到一定程度的解決。最新的AR裝置，已經(jīng)可以展示深度訊息(參考矽谷小伙伴Amber的文章 Magic Leap和微軟的Hololens相比有哪些異同點(diǎn)?，他詳細(xì)描述了Lightfield Display技術(shù));而最新的VR裝置，已經(jīng)完成了位置追蹤(positional tracking)，意味著使用者在真實(shí)世界中的移動(dòng)可以一對(duì)一的映射到虛擬世界中。而諸如Virtuix Omni這樣的硬體，也在嘗試解決如何在虛擬世界里自由奔跑的問題。

　　另外，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)層面，開發(fā)者們也有很多創(chuàng)新。Steve 所說的第一人稱模擬飛行是VR 里最容易導(dǎo)致眩暈的一類應(yīng)用(視覺神經(jīng)和前庭刺激有非常強(qiáng)烈的不一致)，但是使用者又偏偏非常喜歡這種類型的應(yīng)用。于是，機(jī)智的開發(fā)者們透過各種產(chǎn)品設(shè)計(jì)層面的創(chuàng)新，來滿足使用者的需求。無論是GearVR 上的Smash Hit，還是即將上線Oculus Rift 的Eagle Flight，都是其中的典范。

　　好了，講到這里，我相信大家對(duì)于美軍專家Steve 的觀點(diǎn)，已經(jīng)有了更全面的認(rèn)識(shí)。Steve 的觀點(diǎn)，放在2016 年的今天，是很難站住腳的。另外，在其余一些來自他的判斷中，也有不少有漏洞，具體如下：

　　「每個(gè)人都覺得這些裝置是嶄新且具有革命性的，但這不是真相。在這兩年發(fā)生的事情，僅僅是這些裝置的價(jià)格從8 萬美元跌到500 美元。我們并沒有做出太多技術(shù)上的創(chuàng)新」，這個(gè)論據(jù)非常脆弱，位置追蹤和手勢(shì)追蹤(hand tracking)，都是當(dāng)代VR 裝置的核心技術(shù)，這些技術(shù)在20 年前都是不存在的。

　　「目前大多數(shù)Demo 都是宣傳性質(zhì)的，在其他的行業(yè)展會(huì)上通常都是只有幾分鐘長(zhǎng)的VR 內(nèi)容。我不知道這些廠商是不是故意這樣做的……這也解釋了為什么這么多人認(rèn)為他們喜歡VR」，這是典型的陰謀論，事實(shí)上，早期的demo 都只有幾分鐘長(zhǎng)，是因?yàn)樗麄冋娴闹皇恰竏emo」。Oculus 即將上線的三十多款應(yīng)用程式，每一款都可以讓使用者體驗(yàn)好多個(gè)「幾分鐘」。

　　「我們都是專家，知道自己在做什么，但當(dāng)你站在我們的實(shí)驗(yàn)室里舉目四望，會(huì)發(fā)現(xiàn)沒有一個(gè)人戴著Oculus。僅在很少數(shù)的情況下，研究人員會(huì)戴上VR，只是為了確認(rèn)一些內(nèi)容，然后在30 秒內(nèi)摘下來。大多數(shù)時(shí)候，我們都是在并排放置的兩個(gè)顯示器上觀察視覺效果。當(dāng)專案最終完成時(shí)，因?yàn)樵僖膊挥脦н@些頭盔了，我們所有人都很開心?！?工程師不在開發(fā)時(shí)戴VR 裝置，并不是不喜歡VR，而是因?yàn)榇魃虾缶蜎]辦法進(jìn)行開發(fā)了。雖然Unity/Unreal 都在嘗試VR Editor(可以利用頭戴VR 裝置進(jìn)行開發(fā))，但目前階段效率最高的還是在PC 上開發(fā)，然后必要時(shí)戴上VR 裝置檢查效果。另外，專案完成了，大家都很開心，難道不是因?yàn)閷０竿昝朗展?

　　在矽谷的各種VR 展會(huì)上，經(jīng)常能碰到一些十幾年前就心懷VR 夢(mèng)想的技術(shù)人員，他們對(duì)這個(gè)領(lǐng)域傾注的熱情，是常人難以想像的。正是這群人十幾年的技術(shù)積累，使VR 在今天有可能走進(jìn)每個(gè)人的生活。文末，引用Michael Abrash 在Oculus Connect 上的一句話，和所有關(guān)注VR 行業(yè)的大家共勉。

　　「VR 時(shí)代正在來臨，這一段崎嶇的小路能否走通，靠的是幾千個(gè)關(guān)鍵人物的移動(dòng)——這里面很可能就包括你。這也許讓人難以置信，然而我完全堅(jiān)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.」

　　本文作者胡韜( taohu.usc@gmail.com)，畢業(yè)于南加州大學(xué)，Oculus 第二位華人工程師。胡韜曾參與Oculus 多個(gè)VR 軟體項(xiàng)目的開發(fā)(Oculus Store, Oculus Video, Oc??ulus Social)，目睹Rift/Gear 從粗糙的開發(fā)者版本逐漸迭代為成熟的消費(fèi)者版本，并經(jīng)歷了整個(gè)VR 產(chǎn)業(yè)鏈的崛起和逐漸完備并走自商業(yè)化。