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VR体验的分辨率和刷新率的解析

发布时间:2019-07-14 15:22 来源:未知 编辑:admin

  对于类似HTC Vive的设备,需要双目12450*6840或更高的分辨率(介于8k和16k之间)才能达到“视网膜”效果。

  对于所有VR设备,需要达到150-240fps的刷新率才能让一般人觉得足够真实。

  “视网膜”效果是一个没有清晰定义的概念。根据Steve Jobs在发布iPhone 4时的定义,它是指在10-12英寸的距离上,设备的像素密度达到300ppi(每英寸300像素)的水平时的显示效果。然而实际上人眼在12英寸的距离上的分辨率可以超过900ppi。我们在这里采用Jobs的标准来讨论。

  12英寸距离上300ppi的像素密度,通常用一个单位为ppd(每度像素数)的参数来表示:

  想象一个顶角为1的细长的等腰三角形,其高度 d 为眼睛与屏幕的距离,r 即为其底边覆盖的像素数量。根据Jobs的定义,要获得视网膜显示效果,需要至少57ppd。

  的单眼分辨率才能达到视网膜水平,也就是需要一块至少 12540*6840 的屏幕输出双目画面。按照类似流行的4k、5k、8k 的说法,这样一块屏幕差不多是13k;如果维持Vive显示面板大小不变的线 ppi(作为对比,Vive的像素密度约为447 ppi)。至于有的朋友提出这样高的像素密度能否实现,我觉得应该是没什么问题的,毕竟Sony早在2013年就造出了2098 ppi的OLED屏幕。

  如上图。目前的主流VR头显的像素密度只达到了这一标准的1/6。我们在主流显示设备的像素密度上翻的前一个6倍,花了二十多年(从DOS时代的320*200到目前主流的1920*1080)。

  提高VR设备的像素密度,并不是单纯地把高密度显示面板造出来然后放进头显这么简单。从2k到4k、4k到8k,每次升级看上去都只是数字翻了一倍,然而像素数量却是呈平方级上升的,4k是2k的4倍,8k是2k的16倍。视网膜VR级别的分辨率,其像素数量是目前Vive的33倍。

  为了满足VR游戏的需求,目前最顶级的PC的性能都可以被轻易榨干。3D游戏的性能是与分辨率密切相关的,这意味着如果要提供相匹配视网膜VR的3D游戏内容,计算机的性能也要相应地提升几十倍。以摩尔定律计算,这个过程需要近10年。

  视频信号的传输也是一个大问题。上图每个方块右上角给出了在该分辨率下以90 Hz的频率发送未压缩的每像素24 bit的视频信号所需要的带宽(不含音频)。作为参考,目前最新的HDMI 2.0标准可以传输最大18 Gbps的带宽连视网膜VR所需求带宽的1/10都达不到。为此,我们必须使用更先进的传输方式,例如光纤传输。尚在襁褓之中的无线传输则会面临更大的挑战(开个脑洞,近场激光传输?)。

  很多朋友提到,由于人眼只能清晰地看到聚焦点周围很小的范围(2),利用这一特性,我们可以通过降低周围的分辨率来降低对像素数量的需求,以及计算机和传输性能的要求。

  上图是人类左眼的分辨率曲线授权)。可见只有眼球中央凹(Fovea centralis)附近的区域有较高的分辨率,周围的分辨率急转直下,甚至不及中央十一。

  要利用这一特性,我们需要在VR头显中植入眼球追踪设备。它可以通过追踪眼球中央凹的移动来获知用户的眼睛正看向哪个点,然后在这一点周围使用全清晰度渲染,其他地方使用低清晰度渲染。目前眼球追踪技术已经非常成熟,但相关产品都还是以头显插件的方式存在,比如我们这里有一只样机,可以插入Vive头显使用;但由于设备太大,戴眼镜的用户就无法使用了;这个设备需要使用USB线连接,走线上也很繁冗。不过相信下一代的VR头显就会开始集成此类设备,也就不存在这些问题了。根据nVidia的说法,应用这一技术可以将渲染性能提高2到3倍。

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