如何避免虛擬實境中的暈眩？北京理工大學教授建議

我是東尼

大家好，我是東尼！今天跟大家分享一下北京理工大學翁冬冬教授，在深圳開發者大會中發表的暈眩相關研究。希望可以給相關的讀者或是開發者夥伴一些資訊與幫助。翁冬冬教授與他的團隊在HTC Vive之前已經研究虛擬實境顯示裝置數十年，對虛擬實境及人體的影響研究相當的豐富。

【一、暈眩的八大可能原因】
【二、暈眩的產生原理與迷思】
【三、三種不同的暈眩來源】
【四、避免虛擬實境暈眩的三種理論】
【五、改善虛擬實境暈眩的四個方向】
【六、緩解虛擬實境暈眩的七個方式】
【七、翁教授的有趣題外話！】


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【一、暈眩的八大可能原因】


首先，翁冬冬教授明確說在前頭，以下的研究內容並不是說開發者能做什麼或是不能做什麼，而是在體驗者發生暈眩情形時，可以做為參考依據的線索與出發點。「因為VR能夠達成的世界很美好，我們

才更應該注意我們內容呈現的品質。」翁冬冬教授說道。


先講簡單結論，看一下使用者會暈的八大可能原因：
1.        系統延遲（俗稱的lag）
2.        視場角(FIELD OF VIEW)越大，越容易暈
3.        第一人稱比第三人稱越暈
4.        場景細節越複雜越暈
5.        場景越真實可能越暈
6.        被動比主動操作容易暈（就像開車的人不會暈車）
7.        有靜態參照物（幾乎不動的一個物件）會好很多（駕駛艙，甚至鼻子）
8.        不良的視角晃動（比如說刻意營造的震動效果: 想像雲霄飛車等）



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【二、暈眩的產生原理與迷思】


再來，我們可以更進一步深究一下暈眩的產生原理：
1. 暈眩其實是身體的保護機制，是大腦前庭受到「不良」的刺激後，警告身體的一種反應。
2. 何謂「不良」的刺激？舉凡生活中的暈車、暈船、暈機；玩電腦或模擬器時的不適；以及虛擬實境裝置中可能造成的運動錯覺。
3. 簡單來說，當視覺／感官接受的訊號，與前庭系統受到的刺激對不起來，就是「不良」的刺激，就容易暈眩。



然後，我們常常有一些對於暈眩的迷思
1. 【迷思：電腦上看不會暈，用頭盔看也就不會暈？】錯，不同的設備上觀看的內容，眩暈與否以及程度是很不一樣的。
2. 【迷思：場景越真實越不會暈？】錯，場景的細節越多，越容易發生暈眩


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【三、三種不同的暈眩來源】


翁冬冬教授的團隊更進一步說明了三種不同的暈眩來源（動暈(motion-sickness)、模擬器暈眩、虛擬實境暈眩），以及其不同的地方：

【首先，一般的動暈症狀】
像是坐車、坐船、坐飛機時因為顛簸、搖擺、旋轉等任何形式的加速運動，導致大腦前庭與感官認知有所差異，以致暈眩的不適應症狀（肚子不適、噁心、頭暈等）。但是，持續並穩定等速的被動運動

（如火車、飛機、電梯速度穩定時），前庭的感受器會以同樣的速度運動，就不會被人體所感知到。




【再來，數位媒體導致的模擬器暈眩症狀】
和一般暈動症不同的是，所謂的「模擬器暈眩症狀」往往是因為不牽涉任何實際運動所導致的。暈動症發生是在實際有運動的時候（船上、飛機上），模擬器暈眩症卻是因為視覺上感受到有運動，實際

上卻完全沒有任何運動而導致。所以常見有些朋友在觀看螢幕上3D畫面，進行3D遊戲時會有不適感。於人體的症狀也跟一般動暈症稍有不同（如眼睛疲勞）。




【最後，因為虛擬實境媒體導致的虛擬實境暈眩】
由於虛擬實境所產生的獨特沉浸感，加上在虛擬實境環境中，常有在身體不動的情況之下，視覺觀察動態的場景，此時容易產生強制性的運動感（運動錯覺）。常見症狀有噁心、眼部不適、真實感減弱

、和方向障礙。虛擬實境暈眩症的症狀往往比前面兩種暈眩還來得嚴重，可能是因為虛擬實境較強的沉浸感導致，這會破壞體驗者對虛擬實境的好感，使對虛擬實境失去安全感，也是限制未來虛擬實境

發展的重要障礙。


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【四、避免虛擬實境暈眩的三種理論】


為了避免產生麻煩的虛擬實境暈眩症狀，有三種理論可供參考

【感知衝突理論：是否違反感官的預測？】
人的感官有一種「預測」的學習能力，因此當我們習慣了重力往下，東西鬆開之後就會認知他將往下掉。如果把我們放到一個重力不是往下的環境，換句話說，一個環境刺激與感官習慣不同的世界，可

能會引起暈眩症。

【姿態平衡理論：視覺導致的姿勢改變，是否與其他感官相異？】
我們可能在虛擬實境中操控著飛機高速的轉彎，視覺中告訴你需要偏動一下姿勢以免被作用力甩出去，但好好坐在位置上的大腦，卻什麼作用力都沒有感受到，感官矛盾之下可能會暈眩。一旦我們在外

界刺激之下無法保持一個穩定的姿勢，可能就會因此感到不適，姿勢不平衡感越強，人們就會更不舒服。這有些類似感知衝突中的感受，卻因為是前庭系統無法應付的不良刺激，所以被視為更加受限的

形式。

【中毒理論：虛擬實境體驗是否刻意營造失去感官能力的錯覺？】
由於人體長久的進化過程，暈眩變成一種身體失去感官能力時的自然警訊。當設計不合理的虛擬實境內容，讓身體誤以為已經攝取某種導致它失去運作能力的物質，就會自然觸發暈眩、嘔吐、等幫助身

體排出毒素的反映。

當然，除了以上三種理論之外，還有像是顯示螢幕的問題、個人的體質等，都可能有所影響


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【五、改善虛擬實境暈眩的四個方向】


最後，針對虛擬實境的暈眩症狀，有個簡單的快速的check-list供各位朋友參考

【系統原因（軟硬體整體設計不良）】
1.        運動能力喪失 (如手機虛擬實境中，明明沒有移動卻在視覺中大幅度運動)
2.        運動能力缺失 (如Virtuix Omni提供的部分移動感，卻仍受限的運動能力)
3.        運動能力不一致 (在能夠自由運動之下，卻和其餘感官感受的不一致)


【軟體原因】
1.        螢幕顯示更新率
2.        運算性能限制
3.        交互系統延遲
4.        定位系統延遲
5.        顯示器視場角(field of view)
6.        螢幕分辨率
7.        顯示器對比度
8.        顯示器亮度
9.        瞳距
10.        出瞳距離
11.        頭盔體積重量
12.        頭盔配戴舒適度
13.        定位系統準確度
14.        視覺、聽覺、觸覺協調性
15.        聽覺輸入音量
(其中以1~4為最主要原因)


【軟體原因】
1.        細節複雜度 (越複雜 = 越頻繁的眼動 = 更重的大腦負擔)
2.        環境逼真度
3.        視角選擇 (第一人稱比第三人稱易暈)
4.        場景比例 (ex: 場景中人的高度與現實不一致)
5.        主動/被動？ (被動比主動易暈，ex: 乘客vs.駕駛)
6.        視角不良運動 (ex: 刻意營造的不合理視角晃動，身體無感/視覺有感的雲霄飛車晃動)
7.        環境特性 (ex: 不易分辨方向的狹窄黑暗環境相對易暈)
8.        有無靜物參考？ (沒有靜態參照物易暈，ex: hover junkers的船甲板, 射擊遊戲的準星)
9.        圖像色度、飽和度
10.        環境模糊度
11.        環境開闊度
12.        物體動靜態影響
13.        VE與RE差異
14.        視角與物體遠近
15.        虛擬視場角大小
16.        參照物影響
17.        場景複雜度 (越複雜 = 越頻繁的眼動 = 更重的大腦負擔)
18.        速度、加速度影響
19.        運動複雜度
20.        頭部轉動頻率
21.        標誌點影響
(其中以1~8最為主要)


【個人原因】
1.        經驗與習慣
2.        心理因素
3.        性別與年齡
4.        疲勞程度
5.        使用VR裝置的頻率
6.        主視眼影響
7.        平衡感
8.        視覺與前庭感官健康
9.        對新事物接受能力
(其中1~2為主要因素)


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【六、緩解虛擬實境暈眩的七個方式】


1.        設計合理場景
2.         提高硬體(畫面)更新率/降低延遲/增加定位準確度/減輕頭盔重量/設計合適的視角
3.        不要在進入虛擬實境後快速移動或做一些不平穩的動作
4.        離開虛擬世界後不要馬上坐下、走動一下可以幫助回到真實世界
5.        增加運動平台來模擬實際運動
6.        在虛擬場景中增加靜止參考元素
7.        提前適應虛擬場景


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【七、翁教授的有趣題外話！】


最後，翁冬冬教授另有一些有趣的題外話發言，在此給大家參考！

1.        (暈眩是前庭受不良刺激) 但是人類偏偏很喜歡刺激前庭（開快車、旋轉木馬、雲霄飛車），會帶給大腦愉悅感。
2.        VR中學會的技能，在現實生活中也是真的學會，是有科學理論基礎的。
3.        對Gear VR只有一個字：噁，尤其不規則高速轉動的遊戲，一定非常暈(翁教授補充：雖然我很愛玩)。
4.        我沒有拿HTC的錢，但HTC Vive確實是我研究幾十年來用過最好的（VR裝置）！

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謝謝大家，我們接下來會繼續分享許多在開發者峰會中獲得的寶貴經驗！
如果有任何問題、建議、或想知道的部分、歡迎回覆讓我們知道！
也歡迎大方地分享給任何有興趣／有需要的朋友！

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