這篇文章由深圳灣（ShenzhenWare）整理自翁冬冬博士在深圳 HTC Vive 開發(fā)者峰會上的演講，演講題目為『虛擬現(xiàn)實暈動癥產(chǎn)生機理與對策』。翁博士是北京理工大學光電學院的博士生導師，在虛擬現(xiàn)實領域有 16 年研究經(jīng)驗，虛擬現(xiàn)實暈動癥是其主要研究方向之一。

對大部分虛擬現(xiàn)實愛好者來說，如果還有什么讓他們在投身虛擬世界之前有一絲猶豫，應該就只剩下伴隨虛擬體驗而來的暈眩了。

這種暈眩的科學提法叫做虛擬現(xiàn)實暈動癥，像暈車暈船等一般暈動癥一樣，虛擬現(xiàn)實暈動癥是人體出于自我保護的正常反應。早期相關研究表明，初次體驗虛擬現(xiàn)實的人有 80% 會在 20 分鐘內(nèi)出現(xiàn)不同程度的暈眩，隨著近兩年虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的完善，這一數(shù)字會有一定下降，但虛擬現(xiàn)實暈動癥仍然十分普遍。

虛擬現(xiàn)實暈動癥是怎么產(chǎn)生的？

談到暈動癥，就不得不提人的前庭系統(tǒng)。前庭系統(tǒng)在人體中主要負責平衡感，對加速度異常敏感，對前庭系統(tǒng)的不良刺激——如頻繁不規(guī)律的加速度變化等——容易引發(fā)暈動癥。

在虛擬現(xiàn)實中，暈動癥的產(chǎn)生多是由于感知認知之間的沖突導致的。例如，當虛擬的視覺內(nèi)容暗示身體在運動，而前庭系統(tǒng)卻感知身體靜止時，人就會產(chǎn)生暈眩感——虛擬現(xiàn)實場景下，這類視覺和平衡感之間的沖突是導致暈動癥的常見原因。

此外，由于大腦在認識事物時具有預測機制，會根據(jù)已有經(jīng)驗假想和預測物體的運動，如果虛擬內(nèi)容不符合現(xiàn)實經(jīng)驗，也會帶來暈眩。

虛擬現(xiàn)實暈動癥的癥狀有哪些？

說起暈車暈船，我們首先想到的一般是頭暈惡心，除惡心之外，虛擬現(xiàn)實暈動癥的典型癥狀還包括眼部不適和方向障礙。其中，眼部的不適是虛擬現(xiàn)實暈動癥相比一般暈動癥特有的癥狀，主要是由于現(xiàn)有的虛擬現(xiàn)實設備，即使顯示效果再好，也仍然是單焦面的光學系統(tǒng)，長時間的使用會引起眼部的疲勞。

另外，虛擬現(xiàn)實暈動癥還會帶來一系列能力的喪失，包括平衡能力減弱、方向感減弱以及真實感減弱。其中真實感的減弱有多種表現(xiàn)形式，主要是指人在適應了虛擬現(xiàn)實中一些與現(xiàn)實生活不符的場景之后，回到現(xiàn)實中反而出現(xiàn)種種不適應的現(xiàn)象。

在虛擬現(xiàn)實中，哪些因素會導致暈動癥？

虛擬現(xiàn)實中導致或影響暈動癥產(chǎn)生的因素主要有系統(tǒng)、硬件、軟件和個人因素四個方面。虛擬現(xiàn)實設備的制造者和內(nèi)容開發(fā)者可以從這些方面進行系統(tǒng)和內(nèi)容的優(yōu)化，從而一定程度上避免或減弱在使用過程中出現(xiàn)的眩暈。

系統(tǒng)因素

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)導致暈動癥的情況，主要是「運動輸出能力缺失導致運動沖突」。

簡單來說，是指虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)不能支持人的身體與虛擬內(nèi)容同步運動，導致人的身體運動與眼睛看到的虛擬信息不匹配，因而產(chǎn)生暈眩感。

現(xiàn)在的一些虛擬現(xiàn)實交互設備，包括 Vive 和 Oculus 配備的運動控制手柄、Omni、KAT 虛擬現(xiàn)實跑步機等，都旨在為虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)提供運動輸出能力，使得玩家可以配合虛擬內(nèi)容進行身體動作，從而減少暈眩。

硬件因素

硬件方面的影響因素如下圖所示，在這里重點說明延遲和視場角（FOV）兩大方面的影響。

系統(tǒng)延遲

延遲和卡頓是在體驗虛擬現(xiàn)實時導致暈眩的常見原因，與延遲有關的硬件因素主要有跟蹤交互精度、交互系統(tǒng)延遲、運算性能限制以及顯示器件刷新幀率（顯示延遲）。

跟蹤交互精度和交互系統(tǒng)延遲是指交互系統(tǒng)在跟蹤人體動作信息時的誤差和延遲；這些延遲進入運算之后，又受運算設備性能的限制被進一步放大；最終在顯示器件呈現(xiàn)的，其實是整個虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)延遲的累積。要降低整體的延遲，就必須從這個過程的各個階段進行優(yōu)化。

顯示器視場角（FOV）

如今許多廠商和媒體都把視場角作為評價虛擬現(xiàn)實設備的重要參數(shù)，然而有實驗結果表明，虛擬現(xiàn)實設備的視場角越大，越容易導致暈眩。

值得注意的是，當現(xiàn)實設備的物理視場角和虛擬內(nèi)容的虛擬視場角不一致時（如上圖），較大的虛擬視場角有助于降低暈眩程度。

軟件因素

軟件方面的具體因素非常繁多，可參照下表。在這里選取其中八個方面簡單說明。

視角選擇

像 PC 游戲一樣，第一人稱視角的虛擬現(xiàn)實內(nèi)容相比第三人稱視角會更容易引起暈眩。但第三人稱視角的沉浸感顯然遠遠低于第一人稱，在強調(diào)沉浸感的虛擬現(xiàn)實場景下，這一點需要做出權衡。

場景復雜程度及逼真程度

過于復雜的場景以及逼真的紋理會帶來更多的眼睛和頭部的轉動，而眼睛在轉動過程中需要關注更多細節(jié)，導致眼部以及大腦視覺神經(jīng)疲勞，產(chǎn)生暈眩感。當然，這并不意味著必須犧牲對場景的精細刻畫，例如，在布置場景時，可以通過使用大面積的顏色進行一定的區(qū)隔，減少眼睛對細節(jié)的不必要關注，有助于減少暈眩。

場景比例問題

這種情況是指虛擬內(nèi)容尺寸比例與現(xiàn)實不符，例如虛擬角色的身高與玩家現(xiàn)實身高有較大差距時，會帶來暈眩感。但由于人的適應能力很強，比例問題一般會由于人的適應而很快得到緩解，只不過在習慣了虛擬世界的比例之后，再返回現(xiàn)實可能又會產(chǎn)生不適感，需要再次重復這一適應過程。

主動被動問題

一個十分直觀的例子是，一個坐車時經(jīng)常暈車的人，自己開車反而不會暈車。這是由于人在駕駛汽車時對運動會有預判，身體會提前進行相應的調(diào)整，而在坐車時則缺乏這種預判和調(diào)整。在虛擬內(nèi)容設計中，被動的相機路徑運動十分容易導致暈眩，應當盡量讓玩家主動進行操作和運動。即使是必須使用被動運動的情況，速度也應盡量放緩。

環(huán)境特性

某些特定的環(huán)境即使在現(xiàn)實中也容易讓人產(chǎn)生暈眩，例如旋轉的樓梯、昏暗狹小的走廊等等，這類環(huán)境應當避免出現(xiàn)的虛擬現(xiàn)實內(nèi)容當中。

靜態(tài)參照物

翁博士研究團隊的實驗結果表明，通過在視野中添加不隨視線移動而移動的靜態(tài)參照物，可以有效降低暈眩感。

盡管這種方法會對視覺有一定的遮擋，但在一些具體場景中，例如需要快速運動的場景，可以通過在視野中心位置放置靜態(tài)參照物（例如準星）的方式來減少暈眩。

攝像機不良運動

在 PC 游戲中，為了增強真實感，常常見到非常劇烈的視角運動，諸如攝像機的頻繁、快速的縮放、移動、旋轉、抖動等，而在虛擬內(nèi)容中，出于顯而易見的原因，這類攝像機不良運動還是盡量避免比較好。

個人因素

在暈動癥的問題上，人和人之間的個體差異很大，不同人對相同內(nèi)容的反應可能截然不同，例如老人、兒童、孕婦等可能更容易產(chǎn)生暈眩。翁博士建議，虛擬現(xiàn)實內(nèi)容也應當像主題樂園的娛樂設施一樣，針對不同人群的特征，增加不適合人群的說明以及安全建議。

除了人群本身的固有特征之外，翁博士還強調(diào)了經(jīng)驗性和心理狀態(tài)的影響。

經(jīng)驗性

對與同樣的虛擬內(nèi)容，已經(jīng)體驗過的人相較于第一次體驗的人，其暈眩程度會輕很多。這主要與人對內(nèi)容的適應程度和預判有關。

心理狀態(tài)

當人處在焦慮等壓力較大的心理狀態(tài)時，會更容易暈眩。所以，在內(nèi)容設計中，如果有時候劇情需要引發(fā)玩家比較極端的特定心理狀態(tài)，就要尤其注意，避免同時出現(xiàn)容易引發(fā)暈眩的感覺刺激。

演講剛開始時，翁博士就提醒道，關于虛擬現(xiàn)實內(nèi)容，不外乎有三種情況：第一種是完美的虛擬現(xiàn)實體驗，完全不會有暈眩，這當然也是我們一直追求的理想情況；第二種是很糟糕的虛擬現(xiàn)實內(nèi)容，體驗后馬上感到明顯的不適，這種內(nèi)容也沒什么問題，因為使用者會立刻放棄使用；而最可怕的的情況是，內(nèi)容存在不易發(fā)覺的隱性問題，而開發(fā)者沒有進行大規(guī)模長時間測試，最終對使用者造成長時間潛移默化的傷害。

雖然虛擬現(xiàn)實概念出現(xiàn)已有近三十年了，但真正飛速發(fā)展也是近兩年的事。我們對虛擬現(xiàn)實的了解和認識，即使在學術領域，可能也落后于其本身的發(fā)展速度。希望虛擬現(xiàn)實設備制造者和內(nèi)容開發(fā)者，在對新領域進行探索的同時，也抱有對新生事物應有的謹慎與敬畏。

文中截圖來自翁冬冬演講 PPT

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