美军专家表示VR可能永远不会成功,这都怪你的穴居人大脑丨触乐

原创 2016-05-24 周思冲 触乐
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作者丨周思冲

“我和我最后的倔强,握住头像绝对不放”——清水健。



史蒂夫·巴克(Steve Baker)是VR领域的专家,曾参与同美军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上对于问题“How big an issue is the nausea problem for Virtual Reality products?”(人们在使用虚拟现实设备时会感觉恶心的这个问题到底有多严重?)发表的回答,触乐编译。


 介绍


我在军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。


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美军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,我们为美军制作的头盔造价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。


 深度知觉


我相信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。


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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-OCULAR MUSCLE,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,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。


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美军的模拟训练舱


 动量


在真实世界里活动时,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。


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。


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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。


 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500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500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。


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Oculus Rift


我们为这个现象取了个名称:“模拟恐惧症”(Simulator Sickness),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军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。”


美军的研究者认为,用户应该在使用VR设备24小时后,再进行飞行或驾驶汽车。


 总结


我很伤感(因为作为极客我也很想要到一个“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。


对于那些确实能忍受不适感的用户,我最大的担心是美军指出的那些症状: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。


抱歉扫大家的兴了。



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