有关VR的晕病simulation sickness

前几周我和朋友去徐家汇的一家HTC Vive的VR体验馆玩了三个多小时的VR游戏,感觉很棒。玩嗨之余,我和老板还随便侃侃大山。在去体验之前,我有从很多报道中看到说有人会有不同程度的晕眩感,于是就问他,玩的客人里有没有跟你说感觉头很晕啊什么的?他表示没有呢,大家反馈都很不错,有很多人玩了还会再来。(此处虽然有一丢丢营销的嫌疑,但其实基本大体上我是相信他所说的)我自己在玩的过程中,一直都表面冷静,内心兴奋,完全木有感觉到头晕。另外他们的机器配置也很牛,一台主机就要2w+,好的机器可以带来好的使用效果。所以很少有人在玩的过程中觉得晕,我觉得还是可信的。不过,事情在我和朋友玩过之后,稍许发生了转折。在离开体验馆去吃饭的途中,我整个人感觉有点飘。外面的真实世界反而有一点不太真实,周围有一种隐约的套框感。其实当时我也并没有太上心,这两天我才知道,欧谢特,其实好像我也sick了。

在这两周研究VR的一些相关资料时,我看到了这样的一个视频<Designing to Minimize Simulation Sickness in VR Games>。演讲的小哥Ben是个游戏的用户研究员,心理学的博士。他这个演讲的内容大体就是『如何设计可以把VR游戏中的模拟病(Simulation Sickness)也是就是所谓的晕病最小化』。之后我还无意翻阅到了一篇他以前的文章,几乎也就是这个视频的纯文字版,戳这里。看完了所有的内容后,我恍然大悟,欧谢特,原来VR带来的晕眩是有一定的依据和可控标准的!原理并不深奥,他的一些理论和观点也可作为VR游戏设计中一些基本的准则去遵循。所以我就做一下大自然的搬运工吧!

什么是模拟病(Simulation Sickness)?

某些人在和虚拟环境交互时,会产生的一些症状。

有哪些症状?

平衡问题(站不稳),出汗,失去方向感,眩晕,失去色觉,恶心(视疲劳和头疼),呕吐

其实simulation sickness不只是VR问题,也可能在使用用户界面比如说手机平板中产生。只不过虚拟环境中发生的会更加普遍,尤其是你处在第一人视角的时候,几率更高。

为什么会发生?

其实还没有一个肯定的理论可以说明为什么这种sick会发生,但前面都说了Ben小哥是心理学博士,这里他提到有许多的理论依据,主要就是3个:

线索冲突(cue conflict theory)期望接收某个输入input,接收到另外一个。例如你正在以第一视角在VR中随风奔跑,然而你真身其实坐在沙发上。

  • 某项活动现实中的专家在VR活动中更容易sick,因为他有更强的感官预期,但VR提供错误的。
  • 额外增加的运动可能会有所帮助缓解,但增加的这个运动必须精准。这点学术界还有争议。
  • 长期的使用可以减缓sick。这也是为什么你回到了真实世界反而可能产生sick。
姿势不稳(postal instability theory)偏生态学方面的理论,跟预期没什么关系。平衡需要的信息缺失或者错误。我们身体一直在做小的调整不让自己摔倒,这需要精确的感官输入。
  • 平衡问题和头晕会造成其他的病症。
  • 帮助解释为什么simulation sickness会跟随时间消失,尤其是当身体适应之后。

反证:
  • 姿势不稳的问题在simulation sickness中不会一直发生。
  • 和cue conflict理论一样,预期价值太低。
中毒理论(poison theory)感觉不稳或者有冲突感=中毒了=要吐出来!
  • 人生病了就要倒下...

反证:
  • 低预测价值。进化论的故事听起来好听,但是不可靠也不能用来预测谁在什么条件下会sick。
  • 为什么小孩不会simulation sickness?他们更容易中毒,为什么抵抗更强呢?
  • 自己就站不住脚,所以常常用来做为调侃解释另外两个理论。

对于人体而言,控制自身平衡感受(Equilibrioception)的因素有这些:

主要由视觉控制,第二由前庭系统(内耳)和本体感受(肌肉)控制。这里也就引出了很久以前的学术界的实验视频。一间可以移动的实验屋里,实验员把地板移动了,正在学步的小孩马上就摔倒了。同样放了一个大人进去,移动地板他们则不会摔倒,哪怕就是站在一根木杆上也不会摔倒。但是如果让他们站在木杆上,闭上眼。用不了几分钟,大人就失去了平衡摔了下来。所以说视觉对于成年人的平衡是很重要的。(有兴趣看视频的可以移步这里:youtube.com/watch?


为什么在VR中感受很差?

1.因为VR的头设屏幕靠眼睛很近,你能看到周围的东西运动,会产生相对运动的错觉,并且在其中会有沉浸感,同时你的眼睛还会进行自适应调节,可能需要你反复的去移动目光观察周围的环境,但是VR世界观察周围环境的方式和真实世界有所差别,需要你去摇晃头才有更大的视角。

2.另外一个原因就是延迟,头部运动和屏幕更新之间的一些微妙的延迟。这种延时如果过大会让你感觉很不爽。

3.头设太重?或者对头部有压力,让人感觉很热?这些物理上的因素也可能是导致在VR体验中的不适。

如何缓解这种情况?

一如所有设计开始时的要求一样。『为你的平台设计,为它的优势和劣势而做设计』

1.研究你的设备平台的参数。

它的具体性能:刷新率,延迟,跟踪(真实及预测),变形失真,以及设计指南。

2.帧率和延迟很重要,很重要,很重要!!!

  • 要保持高帧率以及低延迟。
  • 帧率要=或者>屏幕的刷新率。具体的数值阔以去查oculus或者vive的开发者文档。
  • 头部运动和屏幕图像更新之间的延迟要低于20毫秒,并且使用预测跟踪技术。


(延伸阅读:刷新率Refresh rate是指电子束对屏幕上的图像重复扫描的次数。刷新率越高,所显示的图象(画面)稳定性就越好。刷新率高低将直接决定其价格,但是由于刷新率与分辨率两者相互制约,因此只有在高分辨率下达到高刷新率这样的显示器才能称其为性能优秀。)

3.避免画面的闪烁和模糊。

周围环境的闪烁和模糊,尤其是在视觉边缘的闪烁和模糊通常是一种运动线索,在VR中要警惕这种闪烁和模糊的内容出现,很多人对它产生不适感。

4.视野(field of view)


在非VR的游戏中,要把视野设计成可配置的,因为不同的人可能坐在不同的距离,用不同的屏幕去玩游戏,并且有不同的阈值。
而在VR游戏中,你也可以把视野设计成可配置的,但是想想过程要复杂很多,因此这并不是一个很好的方法。一般是把VR中给的视野做切割,比如用一个驾驶室框在你的外面。但是切割视野的这种方法也可能会导致过多的转头。如果人们做了太多转头运动也可能会带来不适的感觉,所以这种设计你需要做好权衡。这里Ben讲了一个数据,如果视野小于30度的话,可能不适感就能比较有效的减小。

另外Ben还举了一个比较好的设计例子,在游戏Chair in a Room里设计者用手电筒照亮的方式去限制了玩家的视野,还是很巧妙的。
讲到这边的时候我也想起了我体验的一个VR打僵尸的『恐怖』游戏(其实并不是很恐怖)<the Brookhaven Experiment>,异曲同工之妙啊,都是通过手电筒取光的方式去限制视野,也避免了无意义的转头。
5.使用恰当的运动。
  • 运动要符合感官预期:头就像个头的样子去转动,人就像个正常人一样运动。

在很多非VR的游戏里,特别是第一视角的游戏里,有些运动是不太符合人类常规运动的,比如倒着走或者横着走。这些如果放在VR游戏中,都很容易引起人的不适感。
  • 限制/避免一些特定的运动:快速倾斜,旋转以及弹跳等等。例如头部晃动,过多的枪的晃动,上下爬楼梯等等。


  • 限制/避免不受控制的运动:尤其是倾斜、旋转或者翻转,避免快速的、没有预期以及不可控的场景过渡。例如第一视角的高空摔落在地上,摄像头的倾斜或者摇晃,或者场景之间的放大切换等等。
  • 限制在加速中有生硬的,突然的变化/加速和预期无法匹配。避免加速过程中的长时间而缓慢的变化:稳定的速度可能会更舒服。

  • 避免摄像头运动的过近超过了1:1的比例,放的太大考虑一下摄像头的高度和物体的近度。摄像头越贴近地面,地面越多的填充在玩家眼前,当镜头位置变化时他们眼前的东西也会变化的越快。这样会增强运动变化的感觉,容易让用户引起不适。而摄像头越高的时候,人则会感觉运动越慢。

  • 通过一个场景去限制运动。这是说让用户在优化的视角,而不是说不设限制。比如说让用户在车里面,或者躲在什么东西去射击等等。这样的限制条件可能也会限制游戏的设计,但它也是一个权衡的办法,现在在很多的VR游戏里也有运用这样的限制去做设计。

6.创造一个可依赖的环境,去匹配用户的预期,支持他们的感知系统。
  1. 例如行走比较艰难,驾驶交通工具比较容易。
  2. 给用户有反馈以及典型的形象符号或者运动,比如说用户如果低头了,那他应该能看到自己在游戏里的形象化身。
  3. 除此以外,还要去增加UI元素,而不仅仅只是你前面看到能动东西的UI,这也包括所有的UI元素都要有一个用户可以参考的稳定而清晰的焦点或者背景。

7.允许并支持短时间的使用。

要有关卡节点和保存,游戏设计,以及暂停和重新开始。这样的设计让用户不需要一直经历长时间的使用,可以在通过一个关卡或者一些内容之后可以保存退出。下次再来玩的时候可以从保存的地方继续,这样可以很快游戏又可以有所进展。

这边又引出了一个话题,reality sickness现实中的sickness,也就是我文章一开头的时候提到的原来我也病了呢。在长时间浸泡在虚拟世界之后回到现实世界,有些人会感觉sick。这种感觉就很像你在船上待了很久再回到陆地,也会感觉地还在晃一样。

8.创造全新的超现实体验。


创造出了全新的运动超现实体验=没有预期会被违反。在Vive和Oculus的指南里都提到了用远距传动teleportation去瞬间进行场景的切换。
这又让我想到了玩的一个VR游戏<the lab longbow>,算是老板店里最火的一个塔防类的游戏里就出现了这样的teleportation,你能想到这两个场景是如何无缝切换的吗?从科学家的实验室去到城墙射箭防小人~~


但是也要注意,不要打破其他的一些设计规范。

9.遵照标准。标准=用户的预期。这里要遵守视知觉以及其他的一些行业标准。

10.提供选项。随时提供调节/选项,例如视场的滑动条,运动模糊的开关,等等。

11.提供配置。玩家可以根据自己的生理状况去配置设备,但这也不是完全可靠的。

12.试玩测试。找一些其他人,甚至非常规玩家去做试玩测试。找容易simulation sick的人,可以专门找一些或者使用大样本数量都能达到不错的效果。

13.预期问题。如果你预料到可能会有simulation sickness,或者被告知有可能,你就更可能有。所以人们应不应该被警告呢?警告是可以的,但是应该去注意措辞。比如你跟别人说的很具体,如果你觉得头晕、恶心、想吐,你就告诉我。但如果你说你要是觉得不舒服,你就告诉我。这种更泛的指代可能反而会让人不那么容易产生不适感。

其实仔细想想就是你在设计前考虑的内容越周全,从技术角度、生理角度、心理角度、设计角度越周全,你所设计出来的内容可用性就越强,至少不会让人不舒服。VR的设计大体也是遵循这样的一些道理的啊。反正不管怎样,差不多就是这些分享给大家,以后说不定什么时候sei就跑去做VR设计了,兴许能用的上。


(最后一个彩蛋,前面部分配图就是来自于这个视频:Simulation Sickness - Causes and Cures for Game Headaches - Extra Credits

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