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[阿尔法黑科技VR技巧】如何在低配手机中实现60帧每秒的VR体验

2016-07-20 14:38 来源:

VR之家作者：

[阿尔法黑科技VR技巧】如何在低配手机中实现60帧每秒的VR体验

在手机上运行VR内容是一个技术挑战。电脑端的VR解决方案包括Oculus和Vive，都建议使用英特尔酷睿i5 CPU和GTX 970作为最低配置。然而，手机缺乏这些高端台式电脑的配置，只能在移动SOC芯片运行VR内容，并同时处理运动追踪系统。

虽然谷歌新推出的“Daydream VR”还没有公布具体的规格，但几乎可以肯定，它只适用于最新的高端手机。而谷歌此前推出的纸质VR头显Cardboard也不能像其宣称的那样，为所有人提供VR。那么，在一部iPhone5或者Galaxy S3上如何获得身临其境的VR体验呢？

先来看看都有哪些需要克服的问题吧。阿尔法黑科技认为要打造良好的VR体验，至少需要60帧每秒的播放速度(普遍播放速度要求为90帧每秒，索尼的PSVR甚至达到120帧每秒)。如果达不到这个速度，用户就会意识到运动控制和头部追踪的滞后，甚至对某些人而言，还会造成晕眩症等不适感。

另外，VR观看方式有一个特性。VR系统为每一只眼睛单独渲染不同的图像，这些图像略似矩形，再凭借镜片和我们的感知创造出带有景深的宽场景幻象。虽然好的镜头可以保证图像的质量，但不管质量多好，还是会出现图像扭曲变形的失真情况。

普遍的解决方法是通过渲染技术，对失真的图像进行逆向调整，再将调整后的图像传到屏幕缓冲区，输出到显示屏上。经过这一轮调整后，我们在显示器看到的图像就是正常的效果了。

总之，失真图像进行逆向调整后就能得到不失真的图像。

在摄影术语中，这些叫做“桶形畸变”和“枕形畸变”。头显的镜片普遍会造成枕形畸变，引起图像向中间“收缩”，调整的方式是进行“桶形”调整，在曲面拉伸图像。

然而，要对所有图像像素进行调整，抵消镜头的失真效果，会给每一帧增加非常多的处理任务，同时也增加了手机创建帧的工作量，同时还会降低有效的分辨率，因为图像中心区域被向外拉伸了，覆盖了很多像素，类似于放大后分辨率降低的图片。拉伸扩展后，过多的细节挤压在每一帧的边缘，还把CPU处理时间浪费在了用户不太可能看的细节上。

一百万个小碎片：顶点位移与曲面细分

对此有一个工作室想到了一种创新性的解决方法。Brian Kehrer是一名游戏设计师，曾与ustwo合作(《纪念碑谷》的开发者)一起创作了一款极地荒野VR游戏《北极之旅》，目前已经被谷歌Cardboard收录为内置游戏。为了提升移动VR体验的适用性，Kehrer的团队希望能在2012年发布的Galaxy S3手机上以60帧每秒的速度稳定地运行VR应用。

该团队的初步测试表示，以前的手机不可以在渲染图像，调整失真的同时还保证60帧每秒的稳定输出。所以Kehrer和他的团队想到了一个新方法：与其渲染游戏后再调整，不如先调整整个游戏？他们采取的做法是顶点位移，从字面上理解就是移动图像的顶点来调整失真。这意味着场景通过相应的渲染，就能直接被传送到屏幕上，省略了中间步骤。

如果你还记得计算机图形是多边形的集合，那就能很好的理解这种做法了。顶点位移不会改变线条; 两个顶点之间的点始终保持笔直。然而，通过移动顶点，就可以实现场景失真调整，一次性呈现最终图像。

不过，该方案还面临一项挑战：低多边形对象（例如，正方形）不适用于顶点位移。为了调整失真，正方形的轮廓需要弯曲成弧线。 Kehrer表示，曲面镜头会使曲线看起来像直线。如果不这么调整，镜头里的正方形看起来就像向内塌陷了。然而，由于顶点位移并不调整线条，它不能纠正像正方形一样的简单对象。而大多数用户界面元素融入了许多简单的多边形，如正方形和长方形，这成为了一个大难题。

最终这个难题的解决方案叫做曲面细分，通常用于渲染复杂的几何形状。曲面细分是指，通过重复地联锁简单的形状，从而形成一个复杂对象的过程。通常是把大的多边形分解成数十个或数百个小型的三角形，再以简单的形状形成更复杂的纹理和表面。你可以根据处理能力的多少决定增加或减少三角形的数量。

结合顶点位移，这意味着要细分简单的多边形，如正方形，可以形成上百个较小的正方形，每个正方形由两个相连的三角形组成。而渲染这些顶点并不会为CPU增加大量的负担。

Kehrer说，大多数的移动设备可以渲染100,000至400,000顶点，所以把4个顶点的正方形变成121个顶点的对象不会产生带来很大的负担（把一个正方形分裂成理论上的10x10网格所配对三角形需要121顶点）。最后通过移动这些三角形的角，形成调整失真所需的弯曲边缘即可。

此外，这种方法还有一个优势：图像省去了渲染再拉伸的步骤。实际操作只是通过适当比例来渲染，因此没有丢失每一帧中间区域的细节，改善了分辨率。

这种技术使得《北极之旅》创造了技术奇迹，只是该技术可能难以得到广泛应用。因为据了解，谷歌新推出的VR平台Daydream ，似乎不支持顶点位移功能，而Oculus和Vive则需要额外配备一个名为Timewarp的处理器装置。

Kehrer在博客中提出一个严肃的问题：如果他的团队可以在Galaxy S3运行VR游戏，那么为什么Oculus和Vive还需要不断研发更强大的硬件呢？我们将会继续深入研究。

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