体验过VR视频或VR游戏的用户，在感受到虚拟世界的沉浸感的同时，总会提到一个问题：眩晕。今天针对VR造成的眩晕（学名晕动症）进行一些探讨，希望大家能对VR眩晕有更清晰的认识，同时更好地解决眩晕问题，享受VR带来的虚拟沉浸体验。首先必须说明，晕动症的成因尚无一个可以完美解释所有现象的理论，主流理论一个是感官冲突理论，一个是姿态不稳定理论，各有不足，不过VR相关眩晕基本都可以用感官冲突解释，本文以该理论进行分析。简单的说感官冲突就是视觉感受到的和前庭（负责感知身体状态）感受到的不一致，导致大脑信息混乱，出现眩晕。如上表格，VR导致的眩晕一种是由视觉与前庭的认知差异导致（前四行），一种是设备性能不足导致（后两行）。可以将VR相关晕动症分为两种：视觉晕动症和模拟晕动症。视觉晕动症即单纯由视觉不适引起的眩晕感。VR游戏中导致视觉晕动症的原因包括显示的帧数过低、画面畸变、清晰度不足、瞳距不匹配、景深缺失、画风等等。引起视觉晕动症的原因很多，最重要的是帧数过低。这里有两个指标：一个是人眼刷新率极限，这个无定论，一般认为60 Hz即比较流畅；另一个是相关但不完全相同的指标，头动和视野的延迟，一般认为超过20 ms即会发生眩晕。针对人眼刷新率，即人在不动的情况下，如观影状态，VR视频帧数要在60 fps及以上，这个目前一般的VR设备均可以达到。针对头动和视野的延迟，包括帧间延迟和帧内延迟，帧间延迟指头部转动经过的画面中每一帧之间的处理与显示时间，这就要求从头动、检测到头动具体信息，处理输出，画面显示整套流程在20ms以内完成。帧内延迟是指人头转的时候，构成画面帧的像素点在每一帧结束时会跳回原点，这时候，人眼的视觉暂留现象会保留上一帧和这一帧的图像，产生拖影现象。假定刷新率为60 Hz，屏幕分辨率为单眼960×1080，帧内延迟在头转速度120°/s前提下为19像素，即会感觉到明显的延迟。解决该问题，要一方面提升刷新率，一方面降低余晖，同样假定60Hz的刷新率，一帧内屏幕发光时间降为从~16 ms降低到2 ms，单眼960×1080的屏幕分辨率，帧内延迟在头转速度120°/s前提下为2像素，可以有效改善眩晕感，但同时亮度也将大幅降低。对于VR游戏，造成视觉晕动症最主要的原因即帧数过低造成的延迟感，因此对于微显示屏，需要提升刷新率和降低余晖，目前常用的fast-LCD屏幕，极限响应时间在1ms，限制了其刷新率的提升，且LCD的工作模式导致其不能降低余晖，无法满足需求，因此高端VR机型通常会选择Micro-OLED，其极限响应时间在μs级，且可以实现降低余晖，可以有效降低延迟，改善视觉晕动症。其他显示效果不佳现象，如画面畸变、分辨率不足，瞳距不匹配等也会造成视觉疲劳甚至眩晕，这都需要微显示器和光学系统不断提升相关性能进行改善。模拟晕动症是指视觉观察到的状态和身体的真实状态之间的不一致引发的眩晕。这是目前VR眩晕最大的来源，也是最难解决的眩晕类型，且这种眩晕会不断积累加强，即使当停止使用VR设备时仍会持续一段时间，严重可导致呕吐等症状。但因人而异，并且同晕车晕船一样，可通过训练和适应得到有效改善。下面说明一下模拟晕动症的来源和改善方案，由其定义可知，即使当VR视频系统非常优秀，沉浸感十足，满足视觉图灵测试，但如果人身体与视觉不符，就会造成眩晕。因此，其来源并不是VR显示效果不好，而是交互方式尚未实现同步。通过万向行动平台（或者叫万向跑步机、VR跑步机）实现通过真实行动操控VR游戏角色的行为，可以保持视觉和前庭感受一致，从而有效改善眩晕。该装置相当于视觉虚拟外加入动作虚拟，如同《头号玩家》的场景，这会提供一个更高级的，沉浸感更强的虚拟世界。其缺点是：贵。
另一个方法是提供一个大房间，捕捉人的真实动作，操控VR游戏角色。像Zero Latency是目前世界上最成熟的虚拟现实游戏中心之一，其游戏模式是6位玩家佩戴VR设备在400平米的场地内共同完成游戏任务。采用PS MOVE光学定位与图像识别方案，通过129个摄像头，进行空间定位和捕捉人体动作。
图源：知乎Victor普杜大学的研究人员发现，在 VR 场景中加一个虚拟鼻子，可有效改善头晕等问题。对 41 名参与者进行了测试，一部分人会有虚拟鼻子，一部分没有。结果表明，有虚拟鼻子的人都能保持更长时间的清醒。 vMocion 公司，打算利用梅奥医学中心的航空航天医学和前庭研究实验室花费 10 多年研究的技术去解决这个问题。这项技术名为电前庭刺激 (GVS)，将电极放在对应位置（每只耳朵后要放置两个电极，一个在前部，一个在颈背），追踪用户内耳的感知运动，并将视野范围的运动触发成 GVS 同步指令，刺激产生三维运动。Oculus也正在尝试研究的“前庭输入”，虽然仍在试验阶段，但如果成功的话，它可以让用户完全沉浸在当前的环境中，真正感觉在自己驾驶的宇宙飞船在俯冲或转弯。如果该方法成熟，且可以打消用户对副作用的担心，或许也是个靠谱的方法。
图源：哔哩哔哩莫大数学系同学其他如吃抗眩晕药，甚至手术切掉前庭解决晕动症的方法，想必普通玩家应该难以接受。如同晕车晕船，VR造成的晕动症不同的人敏感程度不一样，同时也可以通过更多的适应或训练来缓解甚至消除。
在仿生机器人领域有个概念叫“恐怖谷效应”，即当机器人与人类的相似程度上升到一个特定程度但又不完全相同时，人类对他们的反应便会突然变得极其负面和反感，甚至恐惧。个人认为在沉浸感领域也有些类似，毫无沉浸感时，人是不会眩晕的，当沉浸感达到一定程度，但又不完全沉浸式，就会眩晕，而最终完全沉浸无法辨别是虚拟还是真实时，眩晕就消失了。两者虽然不太一样，但我认为应该都是人类自我保护的一种机制，面对潜在风险的生理反应。因此在进入虚拟世界的过程中，当前阶段下，一定程度的沉浸感即会导致眩晕，但不能通过降低沉浸感来消除眩晕（虽然可行），应该向前走，进入到更强的沉浸感来解决问题。
图源：清华大学元宇宙发展研究报告2.0版
总结一下，VR眩晕一方面是视觉晕动症，主要是帧率不足造成，可以通过微显示屏刷新率提升、余晖降低等性能优化的方式进行改善；另一方面是模拟晕动症，主要是交互方式与视觉输入不符导致，需要改进交互方式或生理面进行解决。
最后，不得不说，晕眩问题是阻碍虚拟现实爆发的最重要原因，但相信随着技术的发展，必将得到解决。希望这一天早一些到来，消费者就可以更加真实地享受虚拟世界带来的无限快乐。
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