电鳗

首页 » 常识 » 问答 » 因为你的穴居人大脑,VR或许永远也不会成
TUhjnbcbe - 2020/12/11 1:57:00
治疗白癜风最有效的方法 http://pf.39.net/bdfyy/tslf/

史蒂夫·巴克(SteveBaker)是VR领域的专家,曾参与同美*合作的头戴显示器研发项目。对火爆的VR领域,他有不同的看法:他认为现有的VR设备都远未成熟。在他看来,因为一些无法突破的技术限制,也许VR永远都不会成功。本文是史蒂夫在Quora上发表的一篇回答,触乐进行了编译。原文:

HowbiganissueisthenauseaproblemforVirtualRealityproducts?

基本背景

VR是一项综合集成技术,涉及计算机图形学,人机交互技术,传感技术,人工智能等领域,它用计算机生成逼真的三维视、听、嗅觉等感觉,使人作为参与者通过适当装置,自然地对虚拟世界进行体验和交互作用。使用者进行位置移动时,电脑可以立即进行复杂的运算,将精确的3D世界影像传回产生临场感。该技术集成了计算机图形(CG)技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果,是一种由计算机技术辅助生成的高技术模拟系统。

概括地说,虚拟现实是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式,与传统的人机界面以及流行的视窗操作相比,虚拟现实在技术思想上有了质的飞跃。

虚拟现实中的“现实”是泛指在物理意义上或功能意义上存在于世界上的任何事物或环境,它可以是实际上可实现的,也可以是实际上难以实现的或根本无法实现的。而“虚拟”是指用计算机生成的意思。因此,虚拟现实是指用计算机生成的一种特殊环境,人可以通过使用各种特殊装置将自己“投射”到这个环境中,并操作、控制环境,实现特殊的目的,即人是这种环境的主宰。

基本特征多感知性

(Multi-Sensory)——所谓多感知是指除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外,还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知,甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。理想的虚拟现实技术应该具有一切人所具有的感知功能。由于相关技术,特别是传感技术的限制,虚拟现实技术所具有的感知功能仅限于视觉,听觉,力觉,触觉,运动等几种。

浸没感

(Immersion)——又称临场感,指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该使用户难以分辨真假,使用户全身心地投入到计算机创建的三维虚拟环境中,该环境中的一切看上去是真的,听上去是真的,动起来是真的,甚至闻起来、尝起来等一切感觉都是真的,如同在现实世界中的感觉一样。

交互性

(Interactivity)——指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度(包括实时性)。例如,用户可以用手去直接抓取模拟环境中虚拟的物体,这时手有握着东西的感觉,并可以感觉物体的重量,视野中被抓的物体也能立刻随着手的移动而移动。

构想性

(Imagination)——强调虚拟现实技术应具有广阔的可想像空间,可拓宽人类认知范围,不仅可再现真实存在的环境,也可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。

这些使操作者能够真正进入一个由计算机生成的交互式三维虚拟环境中,与之产生互动,进行交流。通过参与者与仿真环境的相互作用,并借助人本身对所接触事物的感知和认知能力,帮助启发参与者的思维,以全方位的获取环境所蕴含的各种空间信息和逻辑信息。身临其境的沉浸感和人机互动的趣味性是虚拟现实的实质特征,对时空环境的现实构想(即启发思维,获取信息的过程)是虚拟现实的最终目的。

丨介绍

我在*方的模拟飞行头盔项目上工作了数十年,可以说是VR方面的专家。

美*的头戴模拟飞行显示器

恕我直言,现有的VR装备都远未达到能够正常使用的等级。它们可能会自然地被淘汰,或者转向3D显示器领域。这只是我的一家之言,我来解释一下为什么会产生这样的观点。

每个人都觉得这些设备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,仅仅是这些设备的价格从8万美元跌到5百美元。我们并没有做出太多技术上的创新,价格的下降大多是在性能上做出妥协的结果。

许多人声称,VR设备容易导致眩晕的问题已经得到解决,或者马上会被解决。他们认为,能够通过设备的设计来解决这个问题。

这样想的人,都认同一种理论。这种理论宣称眩晕由系统的延迟/卡顿、低分辨率的显示屏或是不准确的头部定位引起。因此,这些问题都会在VR系统逐步完善的过程中得到解决。遗憾的是,我们为美*制作的头盔造价8万美元,它具有更小的延迟,更高的解析度,和更准确的头部追踪——在这些方面我们强于任何市售的VR产品,但这些头盔依然让人头晕。所以这种理论可能是错的。

问题在于,持这些理论的人忽略(或者几乎忽略)了20年来用VR设备(我们称它为“头戴显示器”,并将“虚拟现实”称为“模拟”)进行试验得出的事实。

更糟的是,有可靠的研究证实,VR设备造成的眩晕感可能在你停止使用设备8小时后依然存在。

丨深度知觉

我个人觉得最大的问题在于深度知觉。

对于距离在几米内的物体,你需要调整睫状肌带动你眼中的透镜(译注:晶状体)来对焦。这些肌肉会对晶状体进行一定的压迫,你因此可以对在近距离内的物体进行准确对焦。没有显示设备能够重现来自不同距离的光线——就目前来看不存在这样的技术。我们没法愚弄大脑。

眼球的结构丨图片来自维基百科中文版

高级的VR设备能够调动用户的深度知觉,它们通过对图片的“综合”来使用户立体感。具体来说,用户两只眼睛看到的图片会有些细微的不同。当我们控制双眼聚焦到一点上,两张图片就会“混合”在一起。这是通过对跨眼肌肉群(暂译,原文为INTER-OCULARMUSCLE,未找到相关中文文献)的控制来实现的。

我们始终在使用这两套肌肉群测量物体的距离,一套用来聚焦,另一套用来综合。当大脑得到正确的信号时,就说明这两个功能正在默契地互相配合。

然而,在VR设备之中,我们无法做到这一点。对焦系统认为:“这两幅图片在同一个位置”,综合系统认为“这两幅图片的位置不同”。如果目标物体位于几米外,就不会有大问题,因为对焦系统只有在很近的距离内才能实现精确对焦。但是大脑会感觉到差异。

那么,假如综合系统告诉我们“那个东西离我们2米远”,同时对焦系统告诉我们“那个东西离我们3米远”,在这种情况下会发生什么?

在真实世界里,这根本就不会发生。我们从穴居人开始一路进化下来,但大脑并没未发生什么根本的变化——你的大脑可以说就是穴居人的大脑。在这种前所未见的情况下,大脑会有什么奇怪的反应?有些人可以单纯地忽略这些信号,然后把注意力集中到其他的地方上去。而另外一些人的大脑就会说:“糟糕,我肯定是晕了!”你晕了,你的穴居人大脑判断,你一定吃了有毒的东西……大概是个毒蘑菇?当这种情况发生时,你的大脑会进入恐慌状态然后尝试清空你的胃,你会觉得非常,非常恶心。

这个问题不可能被任何已知的技术解决。真要解决的话,我们需要发明这么一种技术:它能使设备在像素等级上动态调节对焦光源,并且我们还要把这种技术的成本降到40美元。

仅仅因为这一个理由,人类就永远无法摆脱VR眩晕。除非在VR软件里,所有的物体都在观察者3米之外。这个限制完全排除了任何室内题材的VR软件(室内空间太小,达不到距离大于3米这个条件),或者任何能使用手臂直接进行交互的VR软件(距离太近)。

但是,如果是在飞行模拟器领域,VR设备就不存在这样的问题!我们将飞行员放到模拟训练舱里,使用半透明现实器让他们看到真实的驾驶舱图像。他们能够看到在飞机外的工作人员,但因为他们肯定在很多米以外,所以不会有问题。这样,整套VR设备就可以在用户感到舒适的情况下顺利地运转。有一个例外:在训练空中加油的时候,软管-浮锚装置会处于离飞行员头顶一米左右的位置。因为上面说过的原因,甚至许多飞行员也会感到眩晕。最近,有的飞行员干脆在训练舱里关掉图像,光靠仪表来练习空中加油。

美*模拟训练舱

丨动量

在我们的真实世界里活动时,我们的身体会服从动量守恒定理。当你在行走时突然停下,身体的质量会导致你继续往前移动,你必须要控制肌肉来制止你的手臂或者头部前伸。在停车和拐弯时,一定要提前考虑好动量。这就是惯性。

目前这些细节在VR设备中不存在,而且你的大脑意识到了这一点。

如果你只是在看电视或者电影,这就不是问题。我们似乎能意识到平面屏幕上的图像不是真实的,因此我们接受了这个设定:看电视时,我们的身体不需要感受到任何动量。但是,在感知一些更真实的内容时,我们就会陷入“恐怖谷”:我们能够下意识地感觉到,身体没有承受动量,这会让我们感到强烈的困扰。

你的穴居人大脑又出场了:“我的眼睛说我在加速,但我的胃和平衡器官告诉我并没有。我肯定是晕了!必须要吐。”

我们因为正好相反的原因而晕船。船舱内的视角让我们觉得,我们正身处于一个巨大而稳定的房间;但感觉系统告诉我们“不,我们明显在摇动,因为动量一直在变化,所以我们肯定晕了!吐吧。”

开发谷歌纸框VR的伙计看上去意识到了这点,并且提出了建议:在使用所有的VR软件时尽量站着别动,或者仅仅移动头部(用户确实这样做了,因此没有人感到恶心)。这确实有效,但当你玩一个很真实的FPS或者赛车游戏时就是另外一回事了。换个说法,在任何一个追求临场感的VR软件里你都没办法保持不移动,所以无法避免眩晕。这在飞行模拟中也是一个大问题。幸好并不是所有人都容易晕,特别是飞行员。

谷歌的纸框VR

同样,这个问题没办法解决,因为物理法则不允许。

丨实际情况

说到这里,我们已经总结出了两种类型的眩晕:对焦导致的眩晕和动量缺失导致的眩晕。

因此,99%的VR软件都会导致眩晕,即使它们的内容实际上很精彩。在目前的VR游戏中,主角(或者主角视角)几乎无法避免有一些加速的动作。当然,有个无趣的解决方法——开发者可以把所有物体放到视距3米外(但因为你肯定不会高于3米,所以低头看地板的时候还是会晕)。

或者,开发者只做一些炫酷的内容放在远处,你站着静静旁观就好——但是用户想要的可不是这样的VR。

我一直在和VR显示设备打交道。无论是价值8万美元的还是价值美元的,我都已经研究了许多年。每个人都能佩戴VR设备数分钟并保持不眩晕。但有一半的人会在几分钟后感觉难受,在这些人里面,又有一半人会难受到必须马上停止使用设备。

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。糟糕的是,直到他们花了美元后他们才能意识到问题的严重性。

当你在这些设备上花的时间超过一个小时,情况可能会更糟。

我曾经在一个为Oculus开发软件的团队里工作过。团队里每人都有一个头戴设备,大多数时间里它都在吃灰。我们既写代码,也做美术内容。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。当项目最终完成时,因为再也不用带这些头盔了,我们所有人都很开心。

OculusRift

我们为这个现象取了个名称:“模拟恐惧症”(SimulatorSickness),简称“模惧症“(SimSickness)。

之所以我对VR这么没信心,最大的原因是一系列美*对模拟恐惧症的研究。

他们发现,即使没有发生眩晕,实验对象也会出现在一定范围内出现恍惚,或者失去方向感。

总结在论文的第二页上:

“有个问题我们始终没有得到答案:某些实验对象会在使用VR设备后感觉现实世界变得很迟缓,我们不知道这样的症状具体会持续多久。一些数据暗示,出现这个症状的人数可能远超我们推测的数字。有8%的实验对象生物钟加速了6到8小时,更极端的案例,有的实验对象生物钟甚至加速了1到2天。通过研究,我们已经能够推断出是哪些场景导致这些问题,而已经找到了处理这些问题的方法。我们还需要对照试验,确定所谓的‘模拟恐惧症’是否会真实的飞行中产生。”

“从研究中,我们可以总结出,在使用VR设备后应该休息多长时间,才能进行飞行或驾驶汽车。”

美*的研究者认为,用户应该在使用VR设备24小时后,再进行飞行或驾驶汽车。

丨总结

我很伤感(我也很想要到一个“holodeck”)。我不认为制造一个成本在可接受范围内,同时还具有足够好体验的VR设备是可能的。(译注:holodeck是《星际迷航》的典故,详见这里。)

对于那些确实能忍受不适感的用户,我最大的担心是美*指出的那些症状:在结束VR游戏之后很长一段时间里你都会缺失方向感。实际上,“VR后驾车”可能和醉驾一样危险。这些消费级VR设备应该得到更彻底的研究,假如某一天真的因为VR设备产生交通事故,整个行业可能会跟着遭殃。可以说,这是迟早要发生的事。

五大障碍

虚拟现实技术未来将会发展成一种改变我们生活方式的新突破。在第一代OculusRift的开发者大会上,所有与会者都看到了一个充满潜力的虚拟现实平台。

但是从现在来看,虚拟现实技术想要真正进入消费级市场,还有一段很长的路要走,包括Oculus公司在内。在Oculus内部,也对虚拟现实技术现在面对的问题进行了讨论,并且不断的在寻找解决方法。虽然所有问题最终都会找到答案,但是都不太可能在一夜之间全部解决。

目前,开发者如何为用户提供一个真正身临其境的游戏或应用体验还存在比较大的技术局限性,而一些问题到现在仍然还没有很好的解决办法。

没有真正进入虚拟世界的方法

在OculusRift开发圈有一个著名的笑话,每当有人让使用者站起来走走时,对方通常都不敢轻易走动,因为OculusRift还依然要通过线缆连接到计算设备上,而这也大幅限制了使用者的活动范围。

包括OculusRift在内的各种虚拟现实装备依然在阻挡着用户和虚拟世界之间的交流。这些装置盖住了我们的眼睛,只是改变了我们的视线,但是并非涵盖了我们所有的视野范围。本来笨手笨脚的配合鼠标和键盘使用就已经非常尴尬,而任何尝试大范围移动的行为都会被各种线缆束缚。

“我们不希望用户因此而受到伤害。”OculusVR创始人PalmerLuckey表示。

部分开发者曾经考虑专门创建一个房间来供虚拟现实设备使用,但是问题似乎并不会如此简单的就被解决。在游戏中真正身临其境的体验包括了蹲、躲避甚至是攀爬等动作,而这些目前来看还无法给使用者带来逼真的沉浸式体验。

虽然现在有一些第三方的解决方案,比如VirtuixOmni跑步机可以让玩家在固定的空间内安全的模拟移动,但是这些大家伙通常价格昂贵,并不是普通玩家所能承受的负担。

如何“输入”也是一大困扰

虚拟现实更大的挑战也许是如何在虚拟世界中与目标进行互动。OculusRift只是对用户的头部进行跟踪,但是并不能追踪身体的其它部位。比如玩家的手部动作现在就无法真正模拟。“输入是能够给用户带来最重要和明显的体验,如果不能模拟动作,用户总会找不到自己的手在哪里。”Luckey表示。

虚拟现实如何输入是游戏开发者和硬件制造商目前非常大的困扰。虽然现在Xbox的手柄已经可以成为PC的控制器,但是在实际应用中还缺乏一些经验。其它控制装置,比如RazerHydra和STEM系统,虽然都给出了很多承诺,但是依然还是不能模拟使用者的双手。

目前还没有明确的方法来知道如何具体的实现虚拟现实技术在手势上的追踪。“我们都知道有些事物不太对劲,他们已经妨碍了我们与虚拟世界之间的沟通。”Luckey说。Oculus似乎依然在开发属于自己的输入设备,但是目前还没有太大的成果。

“有些人在采取措施,但是目前大家都不知道自己要做的是什么。虽然有控制器、还有枪,但是我们需要的是一种专门为虚拟现实设备开发的专用输入设备,并且会成为主流。它不一定很完美,但是必须要超越一把剑、一支枪甚至是一双手。这是非常困难的,不过模拟一只手要比枪难度更大。”他表示。

缺乏统一的标准

虚拟现实技术目前仍处于初级阶段,毫无疑问,对于这个平台大家都有着各自的演示方法,无论是粗糙还是漂亮,最关键的也就是最后的几分钟。虽然许多开发者对虚拟现实充满了热情,但是似乎大家都没有一个统一的标准。

作为一个全新的平台,只有引起人们的兴趣才能取得成功,包括实际的体验。DVD电影、游戏机甚至是YouTube现在都已经变得无处不在,就因为许多人都对他们有兴趣。同样,虚拟现实技术想要引人注目,就必须吸引的不只是专业爱好者。尤其是对于那些年长一些或者非科技爱好者来说,同样非常重要。

“有些技术刚开始看起来很酷,但是慢慢就变得没那么有吸引力了。显然虚拟现实平台想要成长成参天大树,还需要多年的时间。”Luckey表示。

游戏体验也许并不需要用户了解多么多的专业技术,只需要提供一个逼真的虚拟现实体验即可。Luckey指出人们通常都喜欢大多数人喜欢的事物,同样,分享才能带来更多的乐趣。

现在还有许多虚拟现实技术不止

1
查看完整版本: 因为你的穴居人大脑,VR或许永远也不会成