聚散度-自适应：困绕虚拟现实的神经科学问题

虽然 VR最近取得了新进展，但仍存在一些明显的问题。首先，当你使用它时，看起来像个傻瓜；第二，所见和所感之间令人倒胃口的不匹配导致“虚拟现实”晕动症；还有一点不那么明显的问题：眼睛集中问题，也称聚散度 -自适应功能冲突。这个问题没那么明显，只是因为你几乎没在 VR之外碰到过。

本周在洛杉矶举行的国际图形学年会（SIGGRAPH）上，来自斯坦福大学的教授 Gordon Wetzstein和他的同事展示的一个新的头显显示，其最大程度地降低了聚散度 -自适应功能冲突。这不是什么只有内行人才懂的学术性问题。领先的 VR公司，如Oculus 和Microsoft都清楚地知道他们的头显有这个问题，身在佛罗里达州的超级神秘增强现实公司Magic Leap 为了第一个找到解决方案，连房子都押上了。“这是个让人兴奋不已的研究领域，”来自加州伯克利大学的视觉科学家 Martin Bank说，“我认为这会成为显示领域的下一个大热门。”

好了，说了这么多，到底什么是聚散度 - 自适应功能冲突？为什么它那么重要？当你单纯“看”一个物体时，会发生两件事。

第一，用眼球瞄准。如果物体近，你的眼球会自然地聚焦其上；如果远，它们会分散。因此，产生聚散度。如果你的双眼未正确对齐，最终你会看到双重物体。

第二，眼球晶体聚焦在物体上，又称自适应功能。正常来说，聚散度和自适应功能是同时作用的。“视觉系统已经发展出一个线路，聚散度和自适应功能相互交流”， Banks说，“这在自然环境中形成了完美的视觉。它们都试图达到相同的距离，那么相互交流沟通何乐而不为呢？”换句话说，你的大脑已经计算出一条在现实中适用的捷径了。

但一旦戴上 Oculus Rift或Samsung Gear VR ，上述说的都无效了。这些立体头显通过向双眼呈现稍微偏移的图像来创造 3D图形——越偏移，出现的物体越靠近。也就是说，你的双眼总是调节到戴在你眼前的屏幕上，但它们却聚焦在一个更远的距离。你的眼睛可没那么蠢，这完全有可能拆散自适应能力和聚散度，他们会因此不高兴。几小时之后，它们就会彻头彻尾地反抗了。

聚散度-自适应功能冲突/Hoffman等人《视觉杂志》，2008

在2008年， Banks和他的同事刊登了一片论文，论述聚散度 -自适应功能冲突引起疲劳和不适感。或许这也导致了 VR晕动症。为了做研究，这支团队必须构建一台能基本解决这个冲突的设备。这台设备是个大箱子——你可能在验光师办公室看过——带有 3-4个平面，分别展示图像的不同部分。一个可以改变能量的透镜位于平面前面，将图像的不同部分聚焦起来。它有良好的色度和分辨率，但短期内消费者是无法用上了。“我们必须知道眼睛的具体位置，这样你才不能转动头部。”

另外来说， Wetzstein和同事在国际图形学年会（SIGGRAPH） 展出的头显显示实际是固定在你的头上。显示器创造的不是平面图像，而是光场或光线的 3D模式，可以模拟现实中物体反射的光线。硬件包括两个叠加液晶显示器（ LCD）。一道计算程序在两个 LCD之间将图像分开，在后端 LCD上将呈现出远方物体的更多细节。“真正的不同来自于计算步骤，” Wetzstein说。整台设备是由现成部件组成的。

图像如何出现在头显显示器中 /Wetzstein的团队在国际图形学年会（SIGGRAPH） 上展示

不过再说一次，不要期望在不久将来能用上这个显示器玩电子游戏。视场限制在 90度，分辨率也达不到Oculus的标准。更多平面可能意味着更真实的图像。但它确实表明一个真正的头显显示器能处理聚散度 -自适应功能冲突。其他团队尝试通过微型镜头弯曲光线来形成光场，但在这些情况下更难获得高分辨率， Wetzstein说。Magic Leap 也在光场方面做尝试，但无人知道具体是什么。

现在 Oculus和Samsung 的高端头显显示器依靠立体显示。它们是不错，但恐怕无法解决聚散度 -自适应功能冲突。为了解决这一问题，可能得从光场着手。

[VIA wired]