資深人士解析VR體驗要素：了解VR從這開始

VR逐漸應(yīng)用到影視、游戲、購物、社交等各個領(lǐng)域中，如同智能手機一樣，VR將會對人們的生活方式產(chǎn)生巨大影響。但是目前可能大部分人對VR還沒有很清晰的認識，因此本文從消費者角度介紹一些基本的VR體驗要素，理清一些容易混淆的概念，幫助更多人去深入了解VR這個“高科技”。

一、VR概念

1.1 VR概念

VR的中文名稱是虛擬現(xiàn)實，它利用計算機和各種傳感技術(shù)，使人能夠在模擬的現(xiàn)實環(huán)境中進行各種活動。我們體驗VR的設(shè)備是VR頭顯，目前市面上的VR頭顯可為三大類：

PC/主機VR

移動VR

VR一體機

PC/主機VR需要連接PC或主機才能工作，性能比較強大，具有位置跟蹤和體感交互功能。移動VR需要插入手機使用，受手機限制所以各方面性能都不及前者。而VR一體機是獨立的式的VR設(shè)備，直接戴上就能開始體驗。

1.2 VR新體驗

VR能夠提供與現(xiàn)實環(huán)境同樣的視覺、聽覺、觸覺等感官體驗。例如在看王菲演唱會的VR直播時，我們可以環(huán)顧周圍360度的現(xiàn)場環(huán)境，既可以欣賞天后在臺上勁歌熱舞，也可以扭過頭來跟著周圍的粉絲一起揮手吶喊，感覺就在演唱會現(xiàn)場當(dāng)中，也就是沉浸感十足。

VR能夠提供符合人體行為習(xí)慣的交互體驗。例如在游戲時我們可能會像哈利波特一樣，邊念咒語邊揮動魔法棒來施放魔法，在觀看NBA直播時可能會與其他觀眾擊掌助興，這一切交互行為都如同在現(xiàn)實生活般自然，一個手勢，一個眼神，都可以成為我們的輸入控制方式！

1.3 VR和3D電影的區(qū)別

VR 和3D電影的立體顯示原理都是基于人體左右眼的視差，但是實現(xiàn)方式略有不同，3D電影的常用做法是，把左右眼對應(yīng)的圖像加不同的偏振光，然后重疊在一起，通過屏幕播放出來，裸眼觀看是模糊的，戴上對應(yīng)于左右眼的偏振光眼鏡之后觀看，使左眼看到左眼圖像，右眼看到右眼圖像。而VR的做法比較簡單直接，就是為左右眼提供具有視差的兩組圖像。雖然都是具有立體視覺效果，但是VR和3D電影最大的不同點在于VR提供的是沉浸式的體驗，讓人仿佛身臨其境。

3D電影：左右眼圖像疊加 VR：左右眼圖像顯示

3D電影：立體效果 VR沉浸：立體效果+全景

1.4 VR融入生活

可能有的人認為VR十分“科幻”，是很遙遠的東西，不，VR已經(jīng)在慢慢融入我們的日常生活了。春晚、NBA、明星（王菲）演唱會等時事熱點、娛樂活動已經(jīng)采用VR的方式直播，YouTube、騰訊視頻、優(yōu)酷等大量視頻平臺已經(jīng)在提供VR全景視頻，還有VR游戲、淘寶BUY+ VR購物，以及說走就走的VR旅游（谷歌地球）。其實我們生活的各個方面都有看到VR的影子。

二、VR體驗及其相關(guān)要素

體驗過VR的人應(yīng)該知道，雖然VR很有吸引力，但是目前的VR體驗還不夠滿足我們的要求。首先是視覺上看起來不夠清晰，然后是容易造成眩暈惡心。下面我們介紹VR體驗及其相關(guān)要素。

2.1畫面體驗要素

2.1.1清晰度

通常，視頻分辨率是我們衡量視頻清晰度的一個指標。以視頻分辨率為例，首先我們給出大家所熟悉的普通視頻分辨率，如下表：

但是，兩個相同分辨率普通視頻和VR全景視頻，他們的觀看效果是不一樣的。假設(shè)在顯示器支持的條件下，普通的4K視頻片源，在顯示器中顯示的畫面就是4K 的。而在4K全景視頻會先把畫面還原到一個空間球面上，人在空間球里面往外看，只能看到視場角范圍內(nèi)的部分球面，所以顯示器只能顯示4K全景視頻畫面的一部分。例如王菲演唱會的VR直播是4K的，但是觀看起來清晰度要比4K低許多，因此不少人抱怨沒有看清天后的面容。

另外清晰度也和顯示器有關(guān)。一方面，高清晰度的視頻需要高分辨率的顯示器來支持，顯示器分辨率越高，對于觀看的清晰度越好。另一方面，人和顯示器的距離也會影響到觀看是否清晰。例如普通的2K電視，我們的觀看距離大概是2-3米甚至更遠，這時會覺得挺清晰的，但是如果我們靠近到半米內(nèi)觀看，就會覺得不清晰。在VR中，屏幕距離人眼大概5-10cm，經(jīng)過透鏡光學(xué)放大后，大概會在前方25-50cm處成像，想象下在半米內(nèi)看2K電視會看到什么，可能是顆粒和鋸齒！

從生理角度看，這其實與人眼視覺有關(guān)。人眼在一度的視角內(nèi)所能看到的像素數(shù)稱為PPD（Pixels Per Degree），一般而言PPD越大，觀看清晰度越高，當(dāng)PPD達到60（人眼視網(wǎng)膜極限）時觀看清晰度最高。以4K（3840*1920）的VR全景視頻為例，其水平方向PPD約為11（3840/360=10.67），遠低于60，而觀看普通標清視頻的PPD約為11，所以從PPD的角度看，目前的 4K VR全景視頻和標清的普通視頻觀看起來清晰度是差不多的。

不過不用擔(dān)心，VR全景視頻的體驗很快會得到大幅提升，因為在VR全景視頻制作中，專業(yè)級的全景攝像機已經(jīng)可以生成8K的全景視頻源，而顯示屏也將在2017年升級為4K。

那為什么8K全景視頻需要4K顯示屏呢？我們知道8K電視觀看8K視頻是比較理想的，但在VR全景視頻中不是。8K全景視頻的水平PPD約為 22（7680/360=21.33），我們以最基礎(chǔ)的90度FoV要求來估算，則單眼水平像素數(shù)為21.33*90=1920，即屏幕分辨率需要達到單眼1920*1920，雙眼3840*1920，也就是需要4K屏了。用同樣的方法可以得到4K全景視頻需要2K分辨率的顯示屏。如果以Vive和 Rift的110度FoV計算，結(jié)果會略有偏差，但總的來說，雙眼2K的頭顯適合看4K VR全景視頻，雙眼4K的頭顯適合看8K VR全景視頻。

2.1.2眩暈感

在體驗VR時，畫面經(jīng)常是變化的，而人通常是靜止的，這時候容易感到眩暈，和暈車暈船的情況差不多。這種情況下，變化的畫面通過人體的視覺系統(tǒng)傳到大腦，大腦認為畫面變化是由于身體發(fā)生了某些運動引起的，而控制著身體平衡與協(xié)調(diào)的耳前庭器官并沒有向大腦反饋身體的運動信息，因此大腦感受到視覺信息和運動的不協(xié)調(diào)，就可能會導(dǎo)致眩暈、惡心或者嘔吐等反應(yīng)，俗稱暈動癥。暈動癥也和個體的體質(zhì)有關(guān)，正如有的人容易暈車而有的人天生就不暈。

天生暈VR的人通過后天的鍛煉可以克服VR暈動癥，同時設(shè)備商也會從設(shè)備角度幫助我們減少暈動癥的影響。經(jīng)過研究，引起VR眩暈的一個主要原因是 MTP（Motion To Photons）時延，MTP時延是指從頭動到顯示出相應(yīng)畫面的時間。MTP時延太大容易引起眩暈，目前公認的是MTP時延低于20ms就能大幅減少暈動癥的發(fā)生。為降低MTP時延，一方面需要提升GPU的渲染性能，另一方面需要將顯示屏的刷新率提高到75HZ以上，目前Vive和Rift都達到了 90HZ的屏幕刷新率。所以不用太擔(dān)心眩暈的問題。

2.1.3流暢性

提高刷新率的另一個好處是使畫面更加流暢。一講到刷新率，大家自然會聯(lián)想到幀率。刷新率和幀率是不同的概念，但它們影響了VR體驗的流暢性。

普通電影一般是24FPS的幀率，看起來是足夠流暢，而李安的《中場戰(zhàn)事》有120FPS，更加流暢，據(jù)說全球只有5家電影院能播放！這是因為高幀率的視頻需要高刷新率的顯示器來匹配，例如用60HZ的顯示器來播放120FPS的視頻，那么顯示器會每隔一幀顯示一個畫面，人看到的還是60FPS的效果，因此刷新率是畫面變化速度的上限。反過來用60HZ的顯示器來播放30FPS的視頻，那么顯示器會把每一幀畫面顯示兩次，人在這一秒看到的是30幀畫面，所以在顯示器支持的情況下，幀率代表了畫面實際的流暢性。

電影利用了人眼視覺暫留特性形成流暢的畫面，一系列靜態(tài)畫面以每秒 24幀播放，就能騙過大腦產(chǎn)生動態(tài)的感覺。但是在一些大型游戲中，24FPS還不夠，例如CS、LOL游戲可能需要60FPS或以上才感覺流暢。拍攝電影所用的膠片或者數(shù)碼感光元件也像人眼一樣具有視覺殘留，以24FPS為例，每幀電影畫面記錄的是1/24秒內(nèi)所有物體的運動軌跡影像，于是人眼觀看起來感覺很流暢很舒服。而游戲的畫面是GPU渲染出來的，每幀游戲畫面對應(yīng)的是一個瞬間的影像，即使是運動很快的物體也會渲染得很清晰，不符合人眼的觀看習(xí)慣，于是感覺很矛盾、不流暢。

這種情況在VR中會更突出，而不流暢的畫面也可能會引起眩暈，所以VR需要高刷新率的顯示器，同時還要高性能的GPU來保證穩(wěn)定的、比較高的幀率。

2.2交互體驗要素

為什么大家都覺得廉價的VR盒子體驗不好呢？很大的一個原因是因為它的交互很少，交互可以簡單地理解為我們向VR系統(tǒng)的輸入和VR系統(tǒng)向我們的反饋。好的交互能帶來更強的沉浸感，試想在 PSVR中玩《生化危機7》的時候，用自己的手來拿武器攻擊喪尸比用手柄來控制，是不是更帶感？交互包括了位置追蹤、輸入控制和反饋等方面。

2.2.1追蹤系統(tǒng)

如果人在VR中發(fā)生了移動、轉(zhuǎn)動，而畫面沒有得到相應(yīng)的變化，那么就會感到不自然，所以需要進行追蹤。我們移動的方向有三組，前后左右上下，頭部的轉(zhuǎn)動方向也是有三組，左看右看，上看下看，還有左右歪著頭看，所以一共是有6個自由度的運動，稱為6DoF（Degree of Freedom）。普通的VR盒子只能追蹤頭部的轉(zhuǎn)動，只有3DoF。當(dāng)然更自然的、更好的是6DoF的追蹤。

隨著2017年1月份的CES展會，inside-out的追蹤基本成為VR盒子、VR一體機的標配。對應(yīng)的還有outside-in追蹤，Vive/Rift/PSVR的追蹤系統(tǒng)就屬于outside-in。所謂的outside-in 是需要在頭顯的外部空間放置一些追蹤設(shè)備，例如Vive的兩個lighthouse基站。而inside-out就是在頭顯內(nèi)部集成了追蹤系統(tǒng)，不需要再安裝其他設(shè)備了。它們是兩種不同的追蹤方式，各有優(yōu)劣。

2.2.2輸入控制和反饋

好的VR體驗，還需要有好的輸入控制和反饋系統(tǒng)。例如手勢識別可以讓我們更自然的控制虛擬化身的手，表情識別可以極大地方便我們在VR中分享心情。另外，人的視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺可以直接關(guān)系到VR的沉浸感。立體視覺和立體音效已經(jīng)可以實現(xiàn)，觸覺、嗅覺和味覺的反饋技術(shù)也在加快發(fā)展。在VR中，“這是一個有味道的視頻”就不再是調(diào)侃了。

三、良好VR體驗的網(wǎng)絡(luò)需求

有了好的VR設(shè)備，我們還需要好的網(wǎng)絡(luò)來支撐VR應(yīng)用的體驗。例如我們通過VR看全景視頻時，如果網(wǎng)絡(luò)帶寬不夠，就會發(fā)生卡頓，卡頓情況嚴重的可能會導(dǎo)致身體不適。還有在玩 VR在線游戲時，如果網(wǎng)絡(luò)時延較大，輕則輸?shù)粲螒颍貏t引發(fā)頭暈惡心。因此VR體驗的好壞還受到網(wǎng)絡(luò)的影響。接下來為普通家庭介紹良好VR體驗具體需要的網(wǎng)絡(luò)。

3.1 良好VR體驗的網(wǎng)絡(luò)需求

如果是主要是看VR視頻，那么需要比較大的帶寬，根據(jù)iLab發(fā)布的《面向VR業(yè)務(wù)的承載網(wǎng)絡(luò)需求白皮書》，看4K全景視頻大概需要25Mbps的帶寬，看8K全景視頻大概需要 100Mbps的帶寬。具體計算公式為：每幀像素數(shù)（7680*3840）*色深（8bit）*每秒的幀數(shù)（30fps）*YUV420采樣率 （3/2）*H264的壓縮比（1/165）*經(jīng)驗值（1.5）。

為了提高我們的觀看體驗，2017年VR全景視頻會逐步提升至8K，所以建議按照8K全景視頻的帶寬需求來計算。另外需要考慮一個家庭的VR終端數(shù)，中國家庭戶均人數(shù)約為3人，那么普通家庭可能會擁有1-3個VR終端，所以建議100-300Mbps的帶寬套餐。

如果主要是玩VR游戲，對帶寬的需求沒有看VR全景視頻那么高，但是對網(wǎng)絡(luò)時延的要求卻比較高。玩VR在線游戲時，網(wǎng)絡(luò)主要是負責(zé)傳輸一些控制數(shù)據(jù)，為了減少暈動癥的發(fā)生，需要保證網(wǎng)絡(luò)時延+設(shè)備處理時延小于20ms。設(shè)備處理時延包含屏幕的刷新周期11.1ms、傳感器采樣時間1ms、顯卡渲染時間（大概幾毫秒），所以留給網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臅r間不多了，建議使用光纖套餐。

綜合考慮，目前可以推薦100-300Mbps的家庭光纖帶寬。

3.2 VR對網(wǎng)絡(luò)需求仍在提高

第一，目前的VR還處于發(fā)展早期階段或入門體驗階段，未來1-2年會有較大體驗提升，包括分辨率更高、幀率更高、視場角更大、基本不會眩暈等。第二，社交元素在不斷地融入到VR應(yīng)用當(dāng)中，通過VR聊天，玩多人在線的VR游戲等等。所以未來幾年良好VR體驗將會需要更高的家庭帶寬和更低時延的網(wǎng)絡(luò)。