玩VR為什麼會頭暈?能用技術克服嗎?

玩VR暈眩的原因來自於人類空間感知裝置的相互矛盾所產生。人類有三套空間感知裝置,兩套在人的眼睛,一套在人的內耳。

第一套測距-立體視覺

人之所以能看到立體,是因為人有兩隻眼睛,兩隻眼睛分別在臉上的左右兩側,兩隻眼睛所看到的畫面,有些許的不同,這種現象稱為視差。大腦經過判讀後,旋轉左右眼將眼球的正中央匯聚在關注的焦點上,這個視線匯聚的動作便能感知距離的遠近,是人類最重要的空間感知裝置。

第二套測距-眼球對焦

第二套測距裝置是眼睛內的對焦動作。眼睛的構造就像是照相機一般,相機對焦透過移動鏡片改變焦距的方式達成,讓你想拍攝的主角對在鏡頭的焦點上而產生清晰的畫面,其他沒有對在焦點上的物體則會有不同程度的模糊情形。

人的眼睛也是同樣的光學原理,水晶體就像是鏡片一般,,有別於相機鏡頭必須移動鏡片的位置,水晶體可以直接改變厚度達到調整焦距的效果,可以將光線聚焦在視網膜上。越近的物體光線的折射角會越大,睫狀肌拉動水晶體讓水晶體變厚,會較為吃力。越遠的物體折射角度越小,水晶體較薄,睫狀肌會較為輕鬆,因此人類可以透過睫狀肌的吃力程度感受到目前對焦對象的距離。

第三套測距-內耳平衡系統

第三套空間感知裝置是內耳的半規管和耳石器官。半規管與耳石就像是角加速度計(積分後則與陀螺儀等效)與直線加速度計,手機裡就是利用陀螺儀與直線加速度計組合形成了慣性導航裝置(IMU/INS)進行空間姿態的感知。此外,人還在左右耳分別有一套感知裝置,因此對空間運動的感受可能比手機還敏感呢。

內耳的半規管

VR的困境 

目前我們的VR裝置,是利用放在眼前的螢幕畫面來欺騙人類的空間感知裝置,螢幕上的畫面分別給左眼和右眼看,這左右的畫面並非相同的內容,而是有視差的存在,將人類的第一套測距系統給騙了,因此讓我們產生進入虛擬世界彷彿身歷其境的感受。

但是第二套系統並沒有因此被騙,眼球始終知道,我的睫狀肌很努力地將焦距對焦在眼前一兩公分處的液晶畫面上。內耳的加速度計們,也很清楚的知道,我並沒有真的移動,有移動的話我的加速度一定會感受到變化。

三套空間感知系統在各位的器官都正常運作的情況下,會給我們一致的答案,並且提供更多的感知資訊讓大腦去腦補、修正錯誤。例如大腦會幫我們消除震動(類似相機防手震裝置)、去除快速移動的前景物體等腦補行為。當三套系統無法提供一致的解答時,大腦就開始出現遲疑,懷疑自己是不是哪裡出了問題,於是我們的猿猴腦基因出現,認為是我們剛剛吃的香菇有毒,趕快把他吐出來,因而產生了暈眩嘔吐的情形。

目前我們只能用視差原理去欺騙第一套測距系統,其他兩種裝置有辦法騙他嗎?


如何欺騙眼球對焦系統呢?

第二套測距系統可以利用一個稱為光場(light Field)的技術去欺騙眼睛。目前所有的螢幕,只能均勻地向四周發出光線,而沒有辦法精確的控制光線發射的方向。如果能夠透過某種方式控制光線的方向,就能讓眼睛誤以為光線是來自於遠方(平行光)或是近處(匯聚光),藉此便能欺騙第二套測距裝置。但目前光場技術就是實境領域硬體廠商的兵家必爭之地,目前尚未有成熟的頭戴式裝置出現。既使硬體出現之後,也須要有相應的軟體內容來支持這樣的硬體裝置,因此這也是未來環耀實境所關注的焦點之一。

第三套內耳系統就比較複雜了,耳石或半規管都是利用內部的纖毛去感受液體或耳石的運動,身體沒發生運動,想要產生運動的錯覺就只有透過神經去欺騙腦袋。我想在腦機介面成熟之前,應該都不會有好的解決方案。這也就是我個人認為要解決VR暈眩的問題,絕對不是目前坊間新創或創投說的把螢幕更新率提高,把視野加大鏡片折射率提高進而提高解析度就能解決的問題。

我們需要一個新的技術才能根本的解決VR暈眩的問題。

有一個反證提供參考:美國AH-64阿帕契直升機上的頭盔就是一個MR裝置,他可以即時的將敵機資訊投影在頭盔玻璃上,而那是一個一臺200萬的頭盔。它用的是陰極射線技術,沒有更新率不足的問題,但到現在也沒能解決暈眩的問題。他們解決的方法,是挑選出不會因戴上HMD而導致頭暈的飛行員來操作他。所以想要用一萬塊台幣做出一個不會頭暈的裝置,真的還有很長的一條路要走的。

另外,欺騙內耳有一個偷吃步,也就是讓人坐到一個會旋轉的裝置中,真的將人真實的配合虛擬的姿態轉來轉去、上下左右的震動,搭配內容產生相應的運動行為,也就是像4D電影院或機器手臂座椅的方案,這大概是短期內最接近欺騙內耳的方法了。不過用這樣的裝置,真的把你上下翻轉,你也真的會暈了。

因此終究是會暈的,你要選哪一種呢?

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