本篇文章從早期VR技術所存在的最主要問題，即VR眩暈出發(fā)，總結(jié)了3類導致VR眩暈產(chǎn)生的因素，并分析當前行業(yè)領先產(chǎn)品是如何解決這些問題的，為設計師與開發(fā)者提供了參考建議。推薦對VR感興趣的同學閱讀。

VR眩暈（又稱Cybersickness）是人們對早期VR技術最普遍的抱怨之一。導致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VR眩暈的敏感程度也存在很大差異。早期VR技術相對落后，其圖像渲染速度較慢、延遲較高，更容易導致眩暈。同時，由于光學和顯示性能不足，用戶長時間暴露在低畫質(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技術問世以來，產(chǎn)業(yè)界和學術界一直在探索改善導致眩暈癥狀的因素，包括硬件、交互、VR內(nèi)容和人因工程等方面。通過搜索關鍵詞“Cybersickness”，可以找到13000多篇文獻和專利：

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

• 追蹤畫面延遲（運動到光子延遲，motion-to-photon latency）
• 3D 顯示輻輳調(diào)節(jié)沖突（Vergence-accommodation conflict，VAC）
• 視覺暈動效應（Vection）

接下來我們會簡單總結(jié)一下當前行業(yè)領先的頭戴顯示設備（HMD）是如何處理這些問題的。

一、MTP 延遲

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

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動之外，還需要實時拍攝環(huán)境信息并通過視頻流的方式呈現(xiàn)給用戶，同時還要完成虛擬場景和真實場景的融合渲染：

最新發(fā)布的 Meta Quest 3 在驍龍 XR2 Gen2 芯片的支持下，支持多達 10 個并發(fā)攝像頭和全彩、超快的透視/穿透功能，延遲時間小至12ms；蘋果也為 Apple Vision Pro 專門設計了用于處理 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)實世界中，當我們注視一個物體時，我們的眼睛會自然地調(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)實中，由于虛擬現(xiàn)實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)整焦距來適應顯示屏的距離，以確保虛擬世界的物體清晰可見。然而，當眼睛調(diào)整焦距時，眼睛的調(diào)節(jié)和聚焦并不總是同步進行，可能會導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。

舉一個不是特別恰當?shù)睦宇惐?，VAC 所帶來的視覺疲勞和眩暈就像是長時間斗雞眼帶來的感覺一樣：

VAC 是近眼 3D 顯示中普遍存在的問題，即便是 Apple Vision Pro 也不能完全消除這一因素對用戶長時間佩戴所帶來的視覺疲勞、眩暈的影響。影視颶風的 Tim 在評測蘋果 Vision Pro 的視頻里有提到戴了半小時后摘下來，看現(xiàn)實世界會覺得特別 3D，這很有可能就是眼睛在 VAC 沖突條件下適應了一段時間之后對現(xiàn)實世界非沖突狀態(tài)的重新適應。

這一問題哪怕是在基于光學透視（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)實技術正在研究和開發(fā)新的顯示技術，如多焦點顯示、光場顯示等，以更準確地模擬現(xiàn)實世界中的焦距和視覺體驗。此外，一些虛擬現(xiàn)實應用程序還提供了眼動跟蹤技術，可以根據(jù)用戶的眼動數(shù)據(jù)來調(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 推出的可變焦點頭顯原型方案：

三、視覺誘發(fā)的暈動癥（visually induced motion sickness，VIMS）

除了上述硬件與顯示性能導致的 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。尤其是當虛擬內(nèi)容中存在大量高速運動的場景時，會給人產(chǎn)生自己正在運動的錯覺：

【請不要長時間盯著下圖觀看】

研究一般認為視覺信息和前庭系統(tǒng)的感覺沖突是導致 VIMS 的主要原因，在現(xiàn)實世界中，人們的視覺系統(tǒng)和平衡系統(tǒng)是相互協(xié)調(diào)的。例如，當人們乘坐車輛時，他們的視覺系統(tǒng)會感知到車輛移動的畫面，但前庭平衡系統(tǒng)會感知到車輛的運動狀態(tài)，兩個系統(tǒng)的信息是相互協(xié)調(diào)的。然而，在虛擬現(xiàn)實中，由于圖像渲染速度不足、延遲等因素，虛擬現(xiàn)實中的圖像往往與人們的運動狀態(tài)不一致，導致視覺系統(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、運動內(nèi)容設計建議

為了盡量避免視覺誘發(fā)的眩暈，Apple 和 Meta 都針對虛擬內(nèi)容和交互方式給出了設計規(guī)范和建議。WWDC 2023 有一節(jié)專門關于 visionOS 視覺和運動設計考慮因素的演講（Session-10078），包括以下這些對于虛擬內(nèi)容的設計建議：

• 將運動中虛擬內(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態(tài)效果，必要時采用柔和、漸變而非突兀的動效
• 避免持續(xù)震蕩的運動對象，尤其應避免顯示頻率為0.2 赫茲左右的振蕩
• 盡量避免在用戶視場的邊緣顯示動態(tài)效果，用戶對于發(fā)生在邊緣視覺處的動態(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場景作為參考

五、總結(jié)

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

因此在空間計算硬件與算法性能提供足夠流暢體驗的基礎之上，仍然需要合理的內(nèi)容和交互設計。設計師 & 開發(fā)者需要充分理解虛實結(jié)合場景下人類視覺特性的基本原理，從而避免讓用戶產(chǎn)生對虛擬信息的排異反應。