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斯皮尔伯格的最新大作《头号玩家》在前不久在荧幕上与大家相见，得到了一致好评。在电影中，斯皮尔伯格通过电影特效向大家展示一个无比美妙的虚拟世界：雄浑壮丽的自然风光，灯红酒绿的现代都市，风驰电掣赛车现场，惊险刺激的未来战争。这个奇妙的“绿洲”世界，其实是由电影中一位天才的游戏设计师所带领的团队创造出来的。而用户仅仅所需要的就是一副虚拟现实眼镜，和一套全身布满传感器的服装，甚至会配套专门的跑步机来帮助玩家像真实的环境中一样行走。正是因为有这些设备的存在，玩家才能在虚拟的世界中上天入地，无所不能，而且完全不会受到晕动症和视觉疲劳的影响。其实，这些设备离我们并不遥远。现在已经有很多公司，开发出了这些各式各样的体感设备，从微软的kinect到触控手套再到全向跑步机。  但是这些设备确实为补全了虚拟现实所缺失的其他感觉通道的信息，但是离真正的好用还有一段距离。然而在产品的设计过程中，由于缺乏良好的设计标准和参考，导致这类产品的可用性并不尽如人意。一些用户在使用过程中容易出现眼部不适、眩晕甚至恶心的症状，这些症状使得虚拟现实眼镜的可用性受到非常大影响。其实，影响玩家在使用虚拟现实眼镜时的因素有很多。在这里，我们会从两个方向着重考虑：晕动症和视觉疲劳 壹 晕动症 晕动症是用户在使用虚拟现实眼镜时经常发生的一种症状。这种症状往往会使得用户产生头晕、恶心、流汗、唾液增加和等症状。这也症状与晕车或者晕船比较相似，但是真正产生的原因并没有特别地被人所了解。关于晕动症产生的原因，目前主要有几种理论来阐述：感觉冲突理论，姿态不稳理论，以及进化学理论。  感觉冲突理论 感觉冲突理论是被大家广泛接受和认同的一种理论。感觉冲突理论解释了两种产生晕动症的方式。一种是由于视觉系统所接收到的视觉信息和前庭所感知身体的运动信息不匹配所造成的。在使用虚拟现实眼镜时，如果设备不能提供与视觉信息想匹配的运动加速度和运动的振幅，那么人便很有可能产生晕动症。第二种方式是由于从外界接收到信息与自己以往的经验不一致所导致。大脑会对这些不一致的信息进行检验，当这种不匹配超过一定的“阈值”，就会导致晕动症。 因此根据上述的原理，我们其实从两个方面着手来减轻晕动症的程度。一个是对协调人体各个通道的信息，使其尽可能的匹配。另外一方面，可以通过来改变人的信息匹配的“阈值”，来减少出现晕动症的可能。 姿态不稳理论 姿态不稳定理则是另外一种被大家所比较认可的理论。人在运动过程中，需要维持身体的平衡与稳定，而当他们进入了新的虚拟的环境，现实中的保持平衡和身体稳定的方式可能就失效，而当人的大脑感觉不再能够维持身体的平衡和稳定时，就很有可能产生模拟器晕症和晕动症的相关反应。 进化理论 事实上，对于晕动症的研究很早就在进行了。早在1977年，Treisman就从进化学的观点，对此进行了讨论。他认为晕动症是一种身体的自我调节，当人处于坐车、坐船或者使用虚拟现实眼镜时，人体的身体的各个感觉器官都与以往的经验不一样，因此大脑会认为身体摄入毒素产生幻觉，因此会产生一系列的生理反应，例如恶心呕吐，帮助人将胃里的毒物排除体外。 贰 视觉疲劳 长时间佩戴虚拟眼镜可能会产生诸多不适的症状，视觉疲劳就是其中之一。 影响虚拟现实中视觉疲劳的因素有很多，如亮度、分辨率、视野范围以及立体视觉等，如果配置不适，都会容易引起视觉疲劳。在使用虚拟现实眼镜时，最容易引起视觉疲劳的是立体视觉。  在虚拟现实眼镜中，有两种方式产生立体视觉。一种是通过画面深度线索中的心理线索，另外一个是通过画面线索中的生理线索。心理线索和大脑根据以往的经验对视觉信息进行处理的这一过程有关。人类可以根据经验常识，对画面中的图像进行分析，推测出画面中元素的相关位置，从而建立起简单立体信息。一般而言，只要画面中的元素符合立体空间中的相互关系，那么所呈现的心理线索是可以轻松被人类感知，不会对虚拟现实的可用性产生太大影响。 虚拟现实眼镜中正真产生立体的视觉是通过生理线索产生的，其中最重要的一种方式是双眼视差。双眼视差是指通过从左右眼空间位置不同而导致两眼获得的视觉信息会有一些差异，而这些差异通过中枢神经系统的处理，便形成了立体知觉。一般而言，离人越近，这种视觉上的差异变越大，离人越远，这种差异便越小。在实际的应用中，虚拟现实眼镜会提供两个不同的图像，分别呈现给左眼和右眼。这种方法非常简单，并且可以提供大部分和生理线索有关的3D信息。但是值得注意的是，如果不能准确表现空间位置上的这种视差，那么用户很可能因为视觉信息的不和谐而会产生不适感，给虚拟现实眼镜的可用性带来不利影响。  叁 改善办法 对于虚拟现实使用过程中出现的晕动症和视觉疲劳，我们可以从三个方面来进行改善：提升视觉效果，提供更积极的交互和针对用户的个性化设定。 01 提升视觉效果的主要是从设备的软件和硬件方面着手，避免呈现给用户的画面出现模糊和闪烁，也需要尽量减少高明度的画面；此外可以增加用户的视野范围并且提高用户视角高度。 02 积极的交互方式是指用户与虚拟现实中的互动需要给予及时的反馈，同时这些反馈也需要符合用户的日常经验和认知习惯； 03 个性化设定是指设备能够提供灵活的参数设定和调节空间，以便用户自己再使用虚拟现实时，也需要根据自己的习惯和偏好对周遭环境进行调整，同时，新用户在使用虚拟现实时也需要循序渐进，合理地控制自己的使用时间。 总而言之，虚拟现实眼镜的技术发展非常迅速，但是目前也确实存在可用性上的诸多问题，这些问题使得目前虚拟现实眼镜难以得到广泛的使用和接受。一方面，技术上还存在一些困难来设置合适的参数，使得眼镜能够最为合适使用。而且目前对于这么面的研究大多只是定性的研究，具体数值上的设置还需要大量的实验进行研究。另外一方面，虚拟现实眼镜由于本身的特效，不可避免地会给使用者带来一些负面症状。因此如何在设计上来提升设备的可用性，帮助用户减少这些方面的问题，也是推广虚拟现实眼镜的关键之一。 Reference Bles, W., Bos, J. E., de Graaf, B., Groen, E., & Wertheim, A. H. (1998). Motion sickness: only one provocative conflict? Brain research bulletin, 47(5), 481-487. Hong, J., Kim, Y., Choi, H.-J., Hahn, J., Park, J.-H., Kim, H., … Lee, B. (2011). Three-dimensional display technologies of recent interest: principles, status, and issues [Invited]. Applied Optics, 50(34), H87-H115. Treisman, M. (1977). Motion sickness: an evolutionary hypothesis. Science, 197(4302), 493-495. Wang, B., Rau, P. L. P., & Dong, L. (2017). F3-1 Effects of Controller and Body Posture On Simulator Sickness and Visual Fatigue in Virtual Reality. The Japanese Journal of Ergonomics, 53(Supplement2), S442-S445. 作者：王炳程 |
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