VR交互设计(三):沉醉感要素拆解(上)

2020-09-09 网络
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[科技新闻]VR交互设计(三):沉醉感要素拆解(上)

原标题:VR交互设想(三):沉醉感要素拆解(上)

编辑导语: 跟着科技的不停发展,VR也逐步涌如今我们的生活文娱里;在应用VR时,我们会觉得整个人都沉醉在画面和空间内里,这就是——沉醉感;本文作者对VR体验中的沉醉感做了细致的剖析,我们一同来看一下。

写完上一篇以后,本想就6DOF手部交互的话题继承聊VR内里的物理体系模仿反应的内容;厥后总结的时刻发明,一切的交互、物理体系、视觉、硬件优化都避不开一个VR体验的中间目标——沉醉感!

沉醉感是一个由多维要素配合组合而成的观点,本日我们就先来拆解一下沉醉感的黑箱。

上篇:

  • 眼与脑的生物特征;
  • VR装备与沉醉感;
  • 生物与装备小结;
一、眼与脑的生物特征

要弄清楚什么是沉醉感,就不得不从人类感知天下的体式格局提及,Long time ago …

人类感知的体式格局来自于多个维度,而脑科学的研讨中表明,视觉感知约莫占整体感知的70%摆布。

所以大体上来说,人确实是一种视觉动物。假如依据感知维度来细分;那末当前VR的分支是沿着视觉的方向举行打破和扩大,一切的软硬件设想都围绕着视觉诳骗来睁开。

人因领域不计其数,我们只选个中几个比较重要的角度来讨论。

1. 回复实在的挑战性

要想诳骗我们巧夺天工平常的眼睛并非一件轻易的事。起首这里有一组信息:

  • 我们单目标水平视野局限约170°,双眼的水平视野局限约220°,垂直约135°。双眼重合的视场角约为124°,这124°内平面感知最强;
  • 在明视距离(约25cm摆布)下,人眼每1°视场角约莫包容60个像素(PPD≈60),单眼屏幕所需分辨率为12600×7200,双目所需分辨率为25200×7200;
  • 显示器刷新率要到达72Hz以上,人眼才不会察觉到显著的发抖,这一点关于观感和庇护眼睛很重要;
  • 为防止因为视觉、大脑和前庭器官之间发生信息差别而涌现的晕动症,从我们的头部或视角挪动到我们视察到屏幕对应的画面之间的时长必需小于20ms;
  • 成年人的瞳距大多在60~70mm之间。

那末这个信息代表着什么呢?

这代表着现有的显示屏、算力算法、光学构造等手腕,在保证VR装备分量、体积及续航的条件下,很难完整回复实在的人眼视野局限和视察感觉;而且双眼在视察差别焦距物体的时刻,还存在双眼视差、集聚对焦等一系列问题。

这样一来,假如VR装备为了保证衬着画面连续性和响应速率去减少视场角,就会发生潜望镜效果,我们视野内会涌现显著的黑边,沉醉感霎时被击垮;假如为了保证大视场角,那末就会对镜片尺寸、画面清晰度、画面衬着及响应速率等方面形成更大的压力。

在当前硬件机能限定下,单方面的寻求视场角仿真往往会形成掉帧、拖影等效果,从而引入更多应用户眩晕的要素。

2. 视觉认知与大脑参考系

我们视网膜上猎取信息的清晰度品级散布并不匀称,个中视杆细胞也许占94%,处于视网膜边沿,对光敏感,但对空间图形颜色不敏感;视锥细胞也许占6%,重要散布在视网膜中间凹处,对颜色空间外形具有高度敏感性。

而中间凹地区换算为视场角来看也许在2-3°,这3°视场角吸收有用视觉信息量高达50%,是视网膜上中辨认度最高的地区;我们恰是经由历程这3°视场角的不停腾跃,来猎取空间内那些更雄厚的信息。

老话讲,好钢用在刀刃上~ 我们视网膜上这3°中间视觉地区,就被大脑用在感兴趣的信息上了。

在这里我们要引入一个视觉注重的观点,所谓视觉注重,就是指我们聚焦的事物是经由我们知觉挑选的,是一种有倾向性的行动。

而这个聚焦历程,也许分为两种:

  • 隐性注重:头脑注重转移到视野局限的周边地区,以猎取对周边环境的大略感知,无需迁移转变眼球;
  • 显性注重:眼睛谛视局限转移,以猎取该注重地区内更细致的信息。

当我们刚进入一个新环境的时刻,我们的眼睛往往会疾速周围审察,把收集到的信息搜集到大脑中;在这个审察的历程当中,我们会依据大脑中已有的认知疾速扫过数百度的视场角。

那些大面积不重要的墙面,地面,雕栏,玻璃会被疾速略过,这些部份就是隐性注重;然后把注重力疾速集合到绿色的出口、赤色的雕塑、黑色的沙发等等我们认识中以为这是风趣的或许是有价值的物体上,这些部份就是显性注重。

当我们在疾速审察一片地区时,中间窝视野会停留在显性注重的地区一段时候,用来猎取细致的视觉信息,这一部份就是我们的谛视点;我们在感知一个环境的时刻,视野会疾速的对地区内多个谛视点或许多个地区举行阅读,同时谛视点也随之疾速挪动,这个挪动的历程,就被称之为眼跳。

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我们就是用眼跳和谛视不停切换的体式格局,来处理我们身处的环境的。

眼跳的均匀时候为20-40ms,速率可到达600°/s。

虽然这个参数看起来很牛,但这里有个条件!那就是这个行动必需是我们人体主动提议的活动,必需是大脑、视觉、前庭体系的认知相互婚配的情况下,才可以完成对场景的疾速合理认知;不然,就会发生视觉与前庭认知不婚配,我们就会眩晕。

这类视觉-前庭-大脑相互婚配的认知征象,最常见的一个假说以为这是一种人类关于神经毒性物资的心思防御机制(一个很风趣的小故事,感兴趣的可以百科晕动症)。

整体来说当我们吸收到的图象经由视神经传输到大脑后,大脑会已就有的认知参照系去剖析婚配这些信息;一旦这些图象信息没法被诠释,我们的体感认知就会发生停滞。

以上是我们眼脑认知的一些基础划定规矩,基于人的生理特征我们再来相识下现有VR的装备基础。

二、VR装备近况与沉醉感

若要想向用户供应以假乱真的沉醉感,那末起首就要过视觉这一关。

人的视觉体系非常复杂,以如今的手艺水平要想回复完整实在观感是不太现实的;所以,为了可以瞒天过海完成沉醉感,各家头盔厂商就推出了一系列的错视。

我们先来看一下与沉醉感关联度最亲昵的视场角,在静止状态下,头盔的视场角直接决议了沉醉水平!看图↓

这是现在几款最常见的VR头盔的重要参数,从数字中我们可以看到,现有的头盔在视场角上还不能满足完整模仿人眼生物特征。

那末为何这几款头盔依旧可以被用户接收呢?

前文中我们有聊到“双眼视觉区”和“视觉注重”的观点,这两个观点连系起来以后,我们会发明,人眼的庞大视场角和信息处理才能并非一个无差别掩盖的地区。

因而各家厂商在现实设想历程当中,也抓住了这些症结点,让VR沉醉感成为可能:

  • 双目平面感知最强的视场角约120°,个中无需头部迁移转变的视觉敏感地区也许只要55°摆布,一旦凌驾55°的局限,用户更多的经由历程迁移转变头部来替代迁移转变眼球,以下降眼睛委靡度;
  • 人眼从中间凹地区到周围边沿地区,可感知的分辨率是逐步下降的。

而现在的VR屏幕,大多都是从手机屏幕过渡而来,经由历程分屏的体式格局来完成双目画面衬着(如下图)。

这类衬着体式格局,委曲可以把视场角只管的推到靠近120°,从而确保用户可以感知大部份的场景。

而且近几年各家厂商力推的谛视点衬着手艺也是从生物特征上着手,开释算力,为进一步提拔分辨率、刷新率、视场角等元素做准备。

在基础满足了人眼静态沉醉的生理需要以后,还需要在镜片定制、算法、衬着等手艺领域的气力,来下降动态视觉的耽误、发抖等问题带来的眩晕感。

三、小结

经由上面的论述,基础上我们可以大抵相识“人”和“机”的背景,以及硬件产物是怎样勤奋为大家供应更好的沉醉感的。

下面我们就用一张表格来总结前文中的人机症结数据:

硬件装备作为VR体验的基础,搭建起一个高沉醉VR天下的舞台,只管当前这个舞台只是委曲触摸到假造天下的门坎;而现阶段的内容设想在这个薄弱的舞台上,又应用许多人的认知特性,展现了一场令人激动的假造现实舞台剧。

原本想简朴聊聊VR沉醉感的元素,厥后发明是给本身挖了个大坑!本着只管知其然也要知其所以然的立场,又去翻阅了许多学术理论性的文章,末了连系本身的明白举行思索和论述。

这就致使了篇幅急剧扩大而且前半段有点无聊,下篇会连系大家脍炙人口的游戏图来聊聊认知沉醉…

下篇预报:

  • 四、认知沉醉
  • 五、泛谈五感沉醉
  • 六、沉醉感要素总结

本文由 @Ferryman_X原创宣布于大家都是产物司理,未经许可,制止转载

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