抖机灵的VR解决方案|实现3D追踪、提高刷新率、保证图像渲染质量

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帧率、刷新率、图像分辨率等，与高质量的VR体验息息相关。而要在这些方面有所提升，又实属不易。不过，最近行业内的相关人员，在这些方面似乎已有所“突破”。即通过一系列“巧妙”的方法，得到相应的“替代方案”。

Vive Tracker是一款可与任何真实物体结合的追踪模块。用户使用该追踪器，可在VR世界内实现对各种物品的运动追踪与定位。日前，有开发者构建出了一款开源的Vive追踪器，名为Hive Tracker。

Hive Tracker背后的团队研发了一个包含蓝牙，以及名为“PPI”功能的微控制器。借助合适的软件，该控制器可检测到SteamVR Lighthouse基站的激光扫描，并将位置和方向数据发送回计算机，实现在3D空间中追踪对象。

可以这样理解，Hive Tracker是简易版的Vive Tracker，可用于跟踪小而精确的人体运动。其允许亚毫米级的3D定位，并嵌入带有传感器融合的9DoF IMU，可较轻松地将自定义对象嵌入VR系统内。

另外，小巧、无线的特点，使得该设备还比较适合跟踪自由移动的对象，以用于研究或临床使用。

当前，整个项目（HiveTracker）已开源，可大大降低全身定位的成本。

对于AR/VR/MR头显来说，刷新率过低，将会使用户容易产生晕动症。而MR显示器理应达到每秒90Hz或以上的刷新率，体验感才比较有保障。但这又比较困难且成本高昂。

于是，聪明的微软研究人员，想到了一种替代方案。

微软研究院发现，在图片渲染过程中，影像并非同时在整个显示器上进行绘制，而是从上至下进行渲染。而大多数MR头显是从左到右，或从右到左。即对于刷新率为60Hz的显示器来说，即便当一块显示屏用于两只眼睛，一只眼睛看到的影像实际上比另一只快或慢大约8.3毫秒。 

因此，微软研究院发明了一项名为“提高AR头显显示组件的有效更新率”的专利。该研究团队提出：渲染时，为一只眼睛生成影像8.3毫秒后，再为另一只眼睛生成图像。这意味着实际为该眼睛渲染的不是旧影像，而是尽可能最新的影像，并且能有效地加倍显示器的刷新率。

机智的是，这一方法无需实施任何新技术。即几乎无成本增加，但刷新率大幅提高，极大提升用户体验。

随着VR头显分辨率和视场的提高，渲染复杂场景所需的计算能力正以指数级速度增长，所需成本也大幅提高。不过，通过注视点渲染技术，可降低渲染VR场景所需的计算性能。而节省处理能力对于维持VR中的高帧率至关重要，尤其是对于VR一体机等移动VR而言。

考虑到这一问题，眼球追踪领域的领先者Tobii认为，GPU显卡可变速率着色技术，是VR实现腾飞的重要机遇。

以英伟达GeForce RTX显卡为例，基于最新的图灵架构，GeForce RTX 2070、2080和2080 Ti都支持可变速率着色。而这也是影响注视点渲染技术的重要因素。简单来说，GeForce RTX显卡支持动态注视点渲染，该功能可令图形程序即时切换3D场景中，某些区域的渲染质量。这种快速的质量转换应该能够令注视点区域的渲染，与眼睛的运动保持同步。

动态注视点渲染，是一个只渲染用户注视屏幕区域的过程。位于焦点圈之外的一切，只需达到大脑相信是真实，即可。这能够为计算机节省大量的图形性能，而且注视点渲染所节省的性能，均可用于提高焦点区域的图形质量。

需要注意的是，GeForce RTX显卡对可变速率着色功能的纳入，令渲染管道的其他部分变得更加简单。但若想完全发挥其全部潜能，需要堆栈的每个部分都为支持注视点渲染，进行专门的设计与优化，例如CPU、GPU、游戏引擎和眼动追踪硬件等。而这，显然还需要时间。

保持高分辨率图形，并避免晕动症和纱窗效应，这些显示和连接问题一直影响着VR用户的体验。近期，为提升旗舰VR头显的标准，解决图像质量问题，Synaptics Incorporated宣布推出2K VR显示技术。

新技术分为两部分：VR显示驱动程序（ClearView R63455显示驱动器IC），以及VR桥（VXR7200 VRBridge）。

ClearView R63455显示器驱动IC，是专门用于以90fps的速率，为2160×2400的VR显示器供电。在该分辨率下，VR头显厂商将能够实现每英寸1000像素的显示密度，单眼2K分辨率。

此外，ClearView R63455还包含旨在“将影像维持在眼睛直接视线范围内的”Foveal Transport的支持。即利用注视点渲染来节省计算性能，亦即降低外围视场的渲染质量，从而注重用户注视点区域的渲染质量。

在移动芯片成熟之前，系统需要通过数据线，来推动超高分辨率显示器内的所有像素。而VXR7200 VR Bridge，正是这样一种使用USBType-C电缆的连接解决方案。其支持带有AMD或NVIDIA显卡的DisplayPort 1.4标准，能保证超过2K的显示器和更快的刷新率，不会因布线而损失图像质量。

综上，这些“取巧”的方案，确实一定程度上，能帮助解决VR体验现存的帧率不足、刷新率与图像分辨率不够高、成本昂贵、设备不够便捷等问题。不过，也是以牺牲一定的性能为主的。

例如，Hive Tracker在跟踪小范围的运动时更为精确；微软的“提高AR头显显示组件的有效更新率”的专利，主要面向低端MR设备；而上文提到的可变速率着色技术和2K VR显示技术，都是通过节省性能，即牺牲局部、顾全整体体验质量。

也因此，这些解决方案或许可以定义为一种“ 过渡性”解决方案，是VR阶段性发展的体现。

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