视网膜屏已经来临,它离 VR 还远吗?

2016-10-21 13:00 智能硬件 来源:思达派 查看原文

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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

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