从神经科学角度谈谈为何VR仍旧不尽人意


Qualcomm & Pico XR创新应用大赛获奖作品

faceputer广告说虚拟现实时代来临了,而且这次它会大显神威。但以下说些实在的:虚拟现实在很多方面仍然无法欺骗人脑。这和技术关系不大。主要是神经科学和我们脑部感知的限制。

毫无疑问,最近一年涌现出许多新的VR系统,比90年代时候笨重、让人晕眩呕吐的设备好上几百倍。HTC的Vive和索尼的Morpheus计划都刚刚发布了。Oculus被Facebook用20亿美元重金收购后也在曲折中前进。Magic Leap同样也在密锣紧鼓。

新的设备可以让人感受到翻肠搅肚的真实感,尽管画面还是像素颗粒还有细微的延迟。在VR中人们把这种强烈的感受称为”临场感“。但可能这只欺骗了一部分大脑,另一部分大脑不受影响。

当记者报道VR设备如何惊艳时,他们说的是主观感受,例如在城墙上俯瞰千军万马的画面。而不是指VR已经与现实无异。就如作为一家VR公司的技术顾问Jason Jerald所说,“卡通风格的虚拟世界同样可以非常吸引我们。”画面表现不需要很完美。

但相比起在VR普通花几分钟的试玩,花更多时间体验或者尝试走动转身的话,你会发现这些缺陷会变得明显。这里有很多原因,这是因为你的大脑有意无意地会拒绝接受在你眼前几英寸的屏幕呈现出的现实。

 

延时以及由来已久的晕动症

虽然被称作晕动症或者“模拟器不适症”或者“数字虚拟不适症”,但恶心是真实存在的,而且长期影响虚拟现实体验。主要的原因是延时,或者是微小但感知得到的移动头部时和眼睛看到的图像变化之间的时间差,这造成了我们感受运动(靠我们内耳)和看图像(靠眼睛)之间的不协调。

现实生活中,延迟是为零的。“我们感知系统和运动系统是紧密相连的”Beau Cronin说道。Cronin在MIT获得了计算神经科学博士学位并正在撰写一本有关VR神经科学的书。

然而在虚拟现实中,延时最低可达到20ms,尽管不同的应用这个数字会有所增加。但它永远无法达到零,因为电脑总需要时间记录你的动作然后刷新图像。

那么需要多低的延时我们才不会察觉呢?正在进行有关延时感知极限博士学位研究的Jeral,他发现这个极限差异很大:最敏感的受测者可以感受到3.2ms的延时,最不敏感可达到几百ms延时。实际上,对模拟器不适症的敏感度也因人而异。或许永远无法设计出一款可以让所有人消除晕动症的产品,但或许我们可以设计出某款应用适合大多数人。

 

我的眼睛!视轴调焦冲突

在VR中有样奇怪的事情:你可以看到虚拟沙滩那处遥远的地平线,但仍旧觉得自己在房间中。这可能是来自你眼球附近肌肉微妙反馈的结果。最坏的结果是造成眼睛酸痛和头疼。

简单说一下原理。把一根手指放到你面前,慢慢移动靠近你的鼻子;你的眼睛为了跟踪你的手指会很自然会靠近到一起。我们的眼睛沿着视轴,分别通过靠近和分离去看近处和远处的事物。与此同时,你眼睛里的晶体聚焦可以让你手指保持清晰同时模糊背景。这叫做调焦。

然而在VR中,视轴和调焦无法再无缝的结合到一起。一个典型的头戴显示器屏幕离眼睛只有3英寸。一组透镜通过弯曲光线,然屏幕看起来像1到3米开外远。然而,任何事物在太远或者太靠近那个位置都会变得模糊。但整个屏幕一直都在焦距范围内,无论你的眼睛看向那里。这会让人需要花很长时间在VR中去适应这种严重的不适感。

现在有很多别出心裁的点子去解决这个问题,其中众所周知的是Magic Leap。这家公司仍没有公布太多内容,然而它的专利展示了它主攻光场技术,它代替了传统的像素屏幕,通过阵列式的小镜面直接反射光纤到眼睛上显示。通过光线渲染过的物体可以实现真正的景深,它在焦距范围里外的表现能达到真实物体那样的表现。

 

广角视野的第二十二条军规

为了实现真正的沉浸感,虚拟现实不仅需要展现出眼前所看到的事物,也包括余光所及的事物。但问题是,“视野越广,人对运动就越敏感。“汉堡大学的教授Frank Steinicke解释道。最近他正在进行24小时体验Oculus Rift的实验。

看到过有物体在你视野边缘飞过吗?这是因为你的外围视野对移动物体特别敏感。捕捉视野外围的运动是沉浸式体验的关键。但同时要保证捕捉准确性,避免产生恶心反应。外围视野影像到达大脑有自己的通路,与中心视野的通路不一样。它似乎是和空间方向感的联系更加紧密。

因为外围和中心视野工作方式迥异,这意味着广角视野包含了两种工作方式,需要同时处理两类问题。在你眼前晃动的东西或许你并无察觉,但在外围视野就会造成干扰。

 

虚拟空间导航,再谈晕动症

就算能创造出完美的动作跟踪和零延时世界,我们仍会遭受晕动症困扰。这意味着在虚拟空间创造真实的体验仍有一道障碍。

这要说回看到的影像和感觉到的运动之间的不协调。如果你在沉浸的虚拟环境通过手柄控制一个角色,这种不协调不可避免。唯一能解决的办法是虚拟和真实世界1:1的动作匹配。这意味着如果你的角色走了一英里,那么你在现实中也要走一英里。如果你要在你家客厅玩游戏的话,这一切都变得难以实现。

其中一个解决思路就是通过游戏设计,这也是53页Oculus最佳实践指南中谈论的主题。例如当人们坐进一个虚拟驾驶舱,他们可以安坐在那里驾驶的同时也减缓了晕动症影响,就像在现实中开车一样。但这很明显也削弱了真正的VR互动体验。
利用全向跑步机也是一种可能。另外一个更吸引人的想法是行走重定向。它利用了我们的方向感并不完美的事实。例如,人们想在沙漠中走直线时,会自然而然地走成圆形。在加州大学和Max Plack研究所的研究发现人们可以被悄悄地带引到认为自己在一个比事实中更大的空间内行走。

 

VR,终极的神经科学实验

虚拟现实公司,他们清楚认识到这项技术还没到最佳时机。Oculus仅仅发布了PC端的硬件设备作为“开发工具”。消费者版的发布日期仍然无法确定。其他产品有些已经在售,例如三星的Gear VR以及Google的Cardboard。但VR此前遭受公众过高的期待,它的爱好者警惕这样的事情再次发生。

要承认VR存在一些未解的神经科学问题不代表这项技术制定夭折。相反,它意味着会有更有趣的事情:理解为什么虚拟现实不能欺骗我们,能引领我们深入了解人脑精密复杂的机体构造。又或者,如Cronin所说的“Oculus最佳实践指南可能是有关运动感知神经科学领域最有分量的材料。”

除了现有主流科技,一些更加先进的VR技术可能极大丰富我们的神经科学实验研究。例如,在布朗大学的认知科学教授William Warren进行了空间导航研究,他通过虫洞将人们送进了虚拟环境。一些针对老鼠、果蝇和斑马鱼的简单形式虚拟现实实验已经成为神经科学研究的日常研究内容。

通过故意迷惑大脑,我们学会了它在日常的工作方式。我们或许还会从中创造出非常棒的游戏。

 

VIA   gizmodo

原文链接https://yivian.com/news/6696.html
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