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相信体验过VR头盔的朋友都会发现,不管是此前的1K屏还是现在VR领域主流的2K屏亦或是少数VR企业采用的4K屏,当你用它看VR内容时,都会看见内部的像素点,就好比在纱窗之后看东西一样,总感觉看得不够清晰,严重影响沉浸感,仿佛画面本身就在提醒你,你可能只是在玩游戏!

而这种现象便叫做纱窗效应,该效应是由像素不足的情况下,实时渲染引发的细线条舞动、高对比度边缘出现分离式闪烁(sparkle distractingly)。

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而要解决这个问题,就必须增加屏幕像素点,直到屏幕成为视网膜屏幕。

什么是视网膜屏幕?

视网膜屏幕是由苹果公司乔布斯在2010年的iPhone 4发布会上首次提出的,在iPhone 4手机上,苹果将960×640的分辨率压缩到一个3.5英寸的显示屏内。也就是说,该屏幕的像素密度达到326像素/英寸,苹果认为该分辨率超过人眼识别的极限,于是称该屏为Retina Display即“视网膜屏幕”。换句话来说就是指显示屏的清晰度极高,使得肉眼无法分辨单个像素。

显示屏的分辨率如果达到300ppi时,也就是300pixel/inch时,把手机在人眼前10~12英寸距离时,人类的视网膜是无法分辨出屏幕上的像素颗粒的,这种屏幕就是Retina Display。

然而,像素密度ppi并不是定量视网膜屏的最佳参数

在苹果的定义中,只要屏幕的像素密度达到300ppi就可以称之为视网膜屏,但实际情况其实并没有这么简单。如果你在很近的距离内看电视屏幕,你会很明显地看见电视屏幕上的像素点,而当你离电视2米左右再看时,这些像素点便会神奇地“消失”了,电视屏幕即从非视网膜屏变成了视网膜屏。因此,视网膜屏的定义其实还跟观视距离有关,离得越近便对ppi的要求越高,离得越远则要求越低,一般而言,人的观视距离在2米开外显示器像素密度只要超过200ppi也无法区分出单独的像素。而在VR领域,由于屏幕已经贴在了眼球上,要想达到视网膜级别,ppi则要求更高了。

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由于每个人离屏幕的距离都有差异,所以,不同的VR厂商对屏幕到眼球的距离也有自己不同的设计。尽管ppi能够大致描述不同设备想要达到视网膜级的规格要求,但其实并不十分准确。为此,有人找到了一个更加标准化的参数来描述视网膜屏幕,即ppd(pixel per degree角度像素密度)。

一般而言,视场角中的1°只要能够看到60(更准确说应该是57.6)个像素,人们便分辨不出像素感了,每度60像素点才能达到“视网膜”级别的体验。

那么,视网膜级VR是什么样的?

一般而言,人眼的单眼水平视角为150度,垂直视角120度,按照1度60个像素计算,达到人眼分辨极限单眼屏幕所需分辨率为9000×7200,双眼所需屏幕分辨率为18000×7200,而最接近这个参数的屏幕的屏幕即为18K屏。

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这个分辨率在目前看来相当骇人,严重考验GPU的运算能力。不过,虽然人类两只眼睛的总视场有近 210 度,但两眼重叠区域其实只有中间的120度,也就是说只有这120度视角内人眼才能分辨立体物体,而两侧各近40度的视角则为单目视角,且是模糊看不清的。因此,为了有效利用屏幕像素资源,目前主要VR头显的视场角都在120度左右,这也是退而求其次的折中办法。而此时,单眼屏幕所需分辨率仅为7200×7200,双眼所需屏幕分辨率为14400×7200,两块8K显示屏即可。不过,其数据量还是很大。

值得注意的是,我们这里并没有限定屏幕的尺寸是多少,这意味着屏幕的尺寸可以非常大,只要分辨率达到要求,大不了可以像电视那样将屏幕放得更远,将头盔做得更大。当然,这对佩戴的舒适性而言是不利的,但这已是后话了。

想要达到视网膜级VR,困难重重

拿三星举例,支持2014年底发布的第一代Gear VR创新者版的三星手机只有Note 4,支持2015年3月发布的第二代Gear VR创新者版则只有Galaxy S6和Galaxy S6 Edge,支持消费者版的则稍微多一点:Galaxy S7、Galaxy S7 Edge、Galaxy Note 5、Galaxy S6、Galaxy S6 Edge以及Galaxy S6 Edge+。为分析简洁,我们选取三星Note 4之后的Note系列手机进行分析。

  • 14年9月上市的Note 4分辨率为2560×1440
  • 15年8月上市的Note 5分辨率同样为2560×1440
  • 16年9月上市的Note 7分辨率居然还是2560×1440

看来,想要手机VR达到视网膜级VR是遥遥无期了。

另外,如此高分辨的图片与视频,传输和处理同样也是瓶颈,即使是对于传输速度比无线要快得多的有线来说也不是那么容易,就算是DP接口,目前也没有支持16k的标准。另外,目前也没有哪张显卡可以达到16k的显示,还做到90帧甚至120帧的。想要做到理想的视网膜级VR,其实是并不容易的。

虽然难,但也并非没有希望

其实,手机并不是为VR而生的,用VR的标准要求手机并不合理。利用手机看VR只是初级阶段,用手机来看VR可能永远也不会达到视网膜屏的效果,正如用看手机的距离来看电视,永远会看到像素点一样,所以真正成熟的VR必定是有着自己的显示屏的。 比如索尼的头显HMZT3,在0.7英寸的屏幕上达到了720p的分辨率算下来ppi已经达到2000,一切都是成本问题。

传输问题上,诺基亚贝尔实验室、德意志电信的T-Lab实验室以及慕尼黑工业大学曾在一次光纤通信现场试验中,通过一项新的调制技术,在德意志电信已经部署的光纤网络上进行的实验达到了1Tb/s的传输速率。

而在眼球追踪技术成熟以后,通过眼球追踪技术,只对中心30度范围内画面以最大分辨率渲染(人眼分辨极限只集中在视野中心30度范围内),其余区域做模糊处理,GPU的实际渲染负担会大幅下降。

前不久AMD LiquidVR负责人日前在接受WCCFTech网站采访时提到AMD将继续开发VR硬件及软件技术,他们的目标是实现每眼144Hz以上的刷新率,几乎没有延迟,而且分辨率高达16K。采访中AMD Liquid VR负责人表示2020年左右的硬件水平有可能会达到他们的要求,大概算算,或许我们需要等四到五年了。

题图来自123rf