一直困扰虚拟现实的VAC现象，真的无解么？
尽管虚拟现实（VR）技术目前发展得如火如荼，但有一个神经性问题始终困扰着该领域，这就是VAC现象。雷锋网作者黄通兵，同时也是七鑫易维CEO，对眼控技术有着深入的研究。
什么是VAC现象
VAC现象在学术上被称为视觉辐辏调节冲突（vergence - accommodation conflict），也就是我们常说的调焦冲突。这一现象所造成的眩晕感，是目前虚拟现实技术难以突破的瓶颈。
其实，眩晕并非虚拟现实所特有的现象，有些人在影院观看3D电影，或者在公交上看书时也会产生眩晕感，但在VR设备上，这种眩晕感表现得更为明显。其中一个重要原因是，近距离的屏幕3D显示会使视觉辐辏调节冲突更为突出。
视觉辐辏调节原理
当我们注视某一点时，双眼会转动以使视点落在视网膜上相对应的位置。观看近处物体时，双眼通常向内汇聚；而观看远处物体时，视轴则会发散，这就产生了视觉辐辏。双眼从不同角度观看同一物体所得到的影像会存在一些差异，大脑会根据这种差异感知到立体影像，这也是目前3D显示常用的方式。
当我们观察现实中的实物时，除了进行视觉辐辏调节外，还需要对不同距离的光线进行屈光调节，将光线聚焦到视网膜上才能形成清晰的图像。在这个过程中，晶状体聚焦在物体上的过程被称为焦点调节。
目前的虚拟现实设备通常通过左右屏显示同一物体从不同角度拍摄的画面，利用双眼看到的图像偏移来呈现立体效果。然而，屏幕发出的光线并没有深度信息，眼睛的焦点会固定在屏幕上，导致眼睛的焦点调节与这种纵深感不匹配，从而产生视觉辐辏调节冲突（VAC现象）。这种冲突违背了人类日常的生理规律，因此会引发视觉疲劳和眩晕感。
解决VAC现象的技术方向
要解决VAC现象，需要从人眼成像的原理出发，让VR设备所展现的画面具有深度信息，即光线要从空间立体中的点发射出来，使人眼的视觉辐辏和焦点相匹配。这就要求光线不仅要有强度，还要有方向，而光场显示技术正是满足这一需求的关键。
光场显示技术应用的困境
虽然已经明确了解决方案，但光场显示技术的实际应用却困难重重。目前，光场技术在相机领域的应用相对较早，但也仅局限于光的采集。物体向各个方向发出的光各不相同，因此人站在不同角度观看会有视觉差异。光场相机可以记录光辐射在传播过程中的位置信息和方向信息，比传统成像方式多出2个自由度，拍摄者可以先拍摄，后期再根据自身需求选择聚焦点。
然而，光场显示技术的实现要比光场相机的应用困难得多。这不仅是学术圈面临的难题，即使是微软、Oculus等世界领先的虚拟显示公司也为此发愁。
斯坦福大学的一项研究表明，光场技术可以改善虚拟显示目前存在的眩晕缺陷。如同光场相机一样，先收集各个方向的光，再通过多层堆叠的显示屏进行显示，每层显示不同焦点的图像，这样人眼就可以实现正常对焦。
维茨坦因的一个团队设计了一款利用光场显示的VR大盒子，其中有三四个位面展示了同一个图像的不同部分。这些位面前有一个可以改变功率的透镜，能够对焦到画面的不同部分。光线可以模拟现实世界中光在物体上的反射，进而投射出三维效果。该设备使用了两层叠加的液晶显示器，使图像不同部分在两层显示器上呈差异化显示，距离远的物体会在后面那层显示器上显示更多细节，距离近的则在前面那层显示器上显示更多细节。不过，目前研究人员仅在静态画面上进行了测试，动态画面的效果仍有待验证。
此外，还可以采用焦距仅为几毫米的微镜头阵列来代替普通透镜。利用特殊的GPU芯片进行实时光源光线追踪运算，将影像分解为数十组不同的视角阵列，然后通过微透镜阵列重新将画面还原显示在用户眼前，使观赏者能够如同身处真实世界一样，通过眼睛从不同角度自然观察立体影像。但这种技术存在一个明显的缺陷，NVIDIA曾推出过采用此种技术的头戴显示设备，其原型设备的空间分辨率仅为146×78，根本无法满足商业化需求，因此需要4K级别甚至更高级别的显示面板才能达到预期效果。考虑到目前普及的1080P手机屏幕已经是功耗大户，4K级别的显示屏功耗可想而知。
同时，光场显示技术的两种实现方法都会增加硬件设备GPU的负担，对处理器要求较高。而且人眼并不需要看清整个画面，GPU渲染出的有深度的画面大部分是不需要观看的，这就导致了资源的浪费。
眼球追踪技术与光场显示技术的结合
眼球追踪技术是光场显示技术的最佳搭档。通过捕捉人眼的动作，我们可以判断人眼的注视点，模拟辐辏调节过程，仅渲染人眼注视点位置的画面，让画面主动适应视点位置。这样既能保证真实感，又能避免眼睛因适应画面而产生疲劳，同时局部渲染也能自然地降低GPU的负荷。目前，我们的虚拟显示设备aGlass已经尝试通过这种方式解决眩晕问题，但要实现理想效果似乎还有很长的路要走。一旦光场显示技术和眼球追踪技术在VR设备上成功实现，VR设备将不再局限于看电影和玩游戏，甚至可以在虚拟世界中再现任何视觉上想要的东西，并且与现实感官毫无差异。
来源：雷锋网