VR设备对刷新率的要求
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2023-09-04 18:43:33
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【原创作品,转载请联系作者Eason_Yi】

关于人眼对VR设备的刷新率要求是一个略复杂的话题。而翻遍网络没有找到完整透彻的解读,本文试图对这个话题进行一次较完整的探讨。以下内容大家如有不同观点,非常欢迎共同探讨。

这个话题复杂的原因在于:

1)人眼与VR之间的交互方式,与以往人眼与固定屏幕(电脑、手机等)之间的交互方式有很大的差异

2)人类关于人眼刷新率的研究也有些模糊地带

即便如此,基于行业共识,这个话题还是可以讨论清楚的。

人眼对屏幕刷新率的感受能力

刷新率指屏幕每秒切换的帧数。人眼对刷新率的感受能力,由人眼成像的速度和大脑处理图像的速度共同组成。视觉可以捕捉到的变化不意味着大脑可以处理,因此视觉体验与人体对图像变化的反应速度是两件事情,而这常常造成混淆,导致了大家在刷新率话题上的不同说法。初学者看到网上各种数据往往一头雾水。

每个人的视觉识别能力不一样,且可以被训练

实验发现经常玩视频游戏的人,视觉捕捉能力强于常人。研究表明,受过特殊训练的人,比如战斗机飞行员,其视觉捕捉能力更是明显强于常人(一项研究标明,一位战斗机飞行员能识别一张仅1/250秒的图片)。因此不同的人在使用VR时会有不同的体验,而当前VR的主流用户是游戏玩家,对VR的刷新率的差异会更敏感。

为什么说人眼可识别的刷新率为30~60HZ,这构成人类对屏幕刷新率的极限要求吗?

这是行业公认的数据,它指的是人眼面对一组高频变化的图片,可以识别到闪烁的极限频率。每个人的视觉反应能力不同,一般人在30~60HZ之间。但也有人的分辨能力可以超过60HZ。但这个不构成人眼对屏幕分辨率的要求极限,原因下述。

人眼对动作的捕捉能力远高于60HZ

人眼对连续变化的动作的捕捉能力,与前述对闪烁的捕捉能力不一样。人眼对动作的捕捉能力,远高于60HZ。不同的人不一样,研究证明甚至可以高达120~180HZ。

一般认为,如果帧率高达200HZ以上,人眼感觉到的视频流将与物理世界感受差不多。最近期扎克伯格接受乔·罗根的播客访谈(Joe Rogan Experience)时也说:人的眼睛基本上每五毫秒刷新一次。五毫秒也就是200HZ。

因此,对于视频流,人眼是具备分辨60HZ和120HZ的视觉感受差异的能力的。研究认为,有相当部分人临界点在于90HZ,低于90HZ,他们可以分辨出不同频率下的体验差异,高于90HZ,他们已经感受不到明显差异了。因此对于一款合格的VR设备而言,行业普遍认为,至少需要达到90HZ的刷新率。

这个差异表现出来的体验是视觉的流畅和丝滑感。最简单的实验就是在30HZ、60HZ、90HZ的屏幕上滑动鼠标,可以明显感觉90HZ屏幕上滑动鼠标的丝滑感和图像的连贯性远高于前二者。同样的体验就表现在视频播放和游戏场景中。这种丝滑感带给人更舒适的体验,更加接近真实物理世界人眼捕捉动作的能力。

基于上述原因,手机厂商都在追求更高刷新率。优秀的安卓机型都支持120HZ,iPhone13/14 Pro也支持动态帧率,最高120HZ(随着屏幕内容动态调整)。

刷新率对VR体验的影响

前面也提到,VR的视觉交互与固定屏幕的视觉交互不一致,因此也导致刷新率对VR体验有不一样的影响。

刷新率对VR体验的影响有如下三方面:

1)与电脑、手机看视频的体验一样,影响视觉流畅度

2)影响大视场角下的动作捕捉体验

VR的视场角远大于普通屏幕,优秀的VR设备已能接近覆盖人眼的视野范围(人眼大概120度的视野,当前优秀的VR设备已经达到110度FOV),这给刷新率带来不同的要求。

虽然人眼视觉中心对图像分辨率的感受能力高于人眼周边区域,但人眼周边区域对动作的捕捉能力高于人眼中心区域。因此在大视场角下,刷新率高低对沉浸感和视觉体验的影响,要高于对普通的小屏幕的影响。

2)刷新率除了影响视觉流畅度体验,还可能导致VR晕动症

戴着VR眼镜运动或者转动头部时,当人头部已经转动一个角度,视觉却还未来得及刷新,这将导致视觉系统和前庭系统以及耳朵里的平衡感之间产生巨大的不匹配,人们随之感到身体不适。

【特别说明】人眼的视觉暂留效应与刷新率共同作用导致VR晕动症(VR晕动症有多种原因,此其一)。人眼的视觉暂留效应指,当人眼所看到的影像消失后,人眼仍能继续保留其影像0.1-0.4秒左右的图像。因此转动头部时,视觉画面理应跟随转动而高速刷新,但由于刷新有一定频率,当头部已经发生转动时,在新的图像帧还未及时出现,视觉暂留效应将会让人误以为图像未变化,是静止的,而头部却已经发生了转动,从而导致大脑困惑。

VR刷新率现状

少数产品可支持144HZ,如Valve Index和小派5K+。

高销量产品如Meta Quest 2和Pico Neo 3,都具备支持120HZ的能力。Meta Quest 2从推出开始的72HZ,逐步更新软件升级提升刷新率,直至120HZ。

总体而言,2020年以后的消费级VR设备,基本上都在90HZ刷新率以上。

关键结论

不同人对刷新率的要求不一样

不同人的人眼对快速变化的图像捕捉能力不一样,但是是可以锻炼的,视频游戏玩家是一群被锻炼过的群体。由于当前VR的主要用户是游戏玩家,刷新率是影响VR体验的关键指标。

刷新率对VR体验的影响

刷新率除了影响视觉体验的丝滑感,低刷新率还会与人眼的视觉暂留效应共同作用,导致VR晕动症,提高刷新率是VR设备普及必须解决课题。

VR设备对刷新率的要求

简单来说,刷新率越高越好,200HZ可以达到与物理世界类似的观感。相当部分的普通用户在90HZ时可以感受到比较好的体验,因此目前行业普遍认为90HZ是消费级VR设备的底线要求,目前大部分VR设备可以达到。

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