键盘侠云评测 篇二：VR设备技术原理与前景展望

游戏市场隔一段时间就要搞些新鲜事情出来，上个主机世代是运动体感，这个世代终于把 VR 设备推向了大众市场。其实 VR 设备的先驱反而是大家都认为技术落后、规格保守的任天堂，下面这款 Virtual Boy 在 1995 年发布，售价 15000 日元，全球销量仅有 77 万台，因为销量太低不得不在当年年底退市。虽然号称 3D VR，但限于当时技术水平，规格非常感人，仅有红白双色屏幕，384 × 224 分辨率，50.2 Hz 垂直刷新率。有趣的是作为先驱的任天堂反而至今没有掺和到当前 VR 大混战中。

Virtual Boy拆解，来自iFixit

1. VR设备技术原理

我们谈谈 VR 设备技术上的特点。3D 电影大家都理解，PS3 世代也有不少 3D 游戏，利用左右眼视觉差形成立体影像，既可以使用 3D 头戴式显示器（如索尼 HMZ-T3），也可以使用 3D 眼镜观看投影或电视屏幕。那么 VR 就是升级版，不仅立体还能随着你头部的移动改变画面，仿佛真的在现实世界中观看真实的物体。

1.1 VR原理

PS Move体感输入，上世代的设备居然还能发挥余热

VR 设备有三大块：头戴显示器、头盔传感器、体感设备。传感器和手机上那些一样的，加速度计和陀螺仪，成熟又便宜。体感方面各家技术略有不同，PSVR 则直接是上一代 PS3 的技术，摄像头设备发光的物体运动。头盔传感器跟踪头部运动，改变显示器的画面，模拟人在现实世界中移动头部观察物体的动作。体感跟踪人的肢体运动，PS Move 在游戏中会被虚拟成刀剑、球拍、盾牌等等物体。

头戴显示器也不是太高科技的东西，几十块的廉价手机 VR 眼镜就是两个透镜而已。所以头戴式显示器也就是一块手机级别的屏幕加上两个透镜，透镜的作用是放大画面使其看起来像坐在 2.5 米外看 200 寸屏幕的感觉。因为透镜放大了图像，所以 PSVR 那块 1080p 5.7 寸的屏幕虽然物理分辨率有 386PPI，变换成 200 寸大屏幕换算后 PPI 是很低的，远远达不到视网膜的水平。那为什么高端相机的电子取景器清晰度感觉好不少呢，难道是黑科技？不是的，例如 SONY RX100 M5 的取景器号称 240 万像素，真实分辨率也才 1024x768，只是用户看到的图像没有被放大多少，只占视野很小一部分，不像 VR 需要填满整个视野。

VR 显示原理

▲VR 图像具体显示流程，渲染后的画面经过变形成为第二步的“显示的图像”，经过头戴显示器的透镜后，变成最右边“用户看到的图像”。

1.2 为什么VR对主机性能要求高

头部移动时画面必须能快速跟上切换视角，不然很容易视觉与动作严重分离导致人头晕，所以游戏渲染至少要 90fps 不许掉帧，大致相当于 1080p@90fps。现在大部分 PS4 游戏能以 1080p@30fps，少部分能够到 1080p@60fps，PS4 Pro 优化良好的大作能做到 1080p@60fps 或假 4k。所以就算对于 PS4 Pro 性能还是非常吃紧，对于优化不到位的二线厂商只能降低图像质量或者降低分辨率了。

当然还有更多优化措施，要是厂商持续开发，有可能做到和 1080p@60fps 消耗的计算能力差不多，当然前提是市场对 VR 有持续的需求。例如从英伟达的 PPT 可以看到有这几个技术（AMD 也有类似的）：

1.2.1 Multi-res Shading

图像形变

由于人眼注意力主要集中在中央区域，边缘部分其实看不太清楚；加上显示在 VR 头显屏幕上的画面是经过变形的（上图右边），一些边缘像素会被裁掉，相当于渲染了不少永远不会显示在屏幕上的无用像素。利用这个特性可以把渲染画面划分成如下图所示的九个区域。中央区域全分辨率渲染，上下左右四个红色区域按照二分之一分辨率渲染，四个角落的区域进一步压缩到四分之一分辨率。

多分辨率着色

1.2.2 Single Pass Stereo

多个观察口

VR 眼镜包含两个 960x1080 的独立画面，一般来说需要单独渲染。但其实双眼看到的是同一个物体，仅仅是视角不同，利用这个特性可以仅渲染一次 960x1080 画面，然后类似 3D 电影拍摄一样多设置一个相机给另外一个眼睛观察。

英伟达 PPT 宣称 Multi-res Shading 最多达到原来 1.5x 性能，而 Single Pass Stereo 可达到 2x，保守点估算 VR 的 960x1080x2@90fps 做到 1920x1080@60fps 的性能是可以期待的。主流的 Unreal、Unity 引擎已经支持这些技术，不少已发布的游戏也已采用，再假以时日开发人员优化到位的话性能会有所改观。

2. 下一代理想的 VR

下面猜想主要对象为主机平台和 PSVR，其他阵营的水平应该类似。

2.1 无线

TPCAST for Vive

仅作为显示器使用问题还不大，要是加上运动体感那线缆就是灾难。无线传输的挑战主要在于带宽（延时只要信号好 1ms 不是问题），好在市面上已有合适的技术，只是成本和功耗问题。例如索尼上一代 3D 头戴式显示器 HMZ-T3W 就利用了 60GHz WirelessHD 1.1，电池能用 3 个小时。VIVE 也有第三方出品的无线套件 TPCAST，其使用了 5GHz 无线局域网传输，能用 5 个小时。

5GHz WiFi 双天线理论带宽也就 867 Mbps，所以 TPCAST 的图像必然经过了压缩，据说图像质量尚可。5GHz 的数据频道普遍为 40MHz，而 60GHz 的 WirelessHD 由于频率高数据频道达到 7000MHz，而数据带宽是和频宽直接相关的。WirelessHD 理论带宽达到 28Gbps，比 HDMI 1.3 的 10.2Gbps 和 DisaplayPort 1.2 的 21.6Gbps 都要高。频率高的缺陷是传输距离短，5GHz 明显比 2.4GHz 穿墙能力弱，到了 60GHz 基本只能无阻挡直线传输。当然好处是不用担心隔壁信号的干扰，因为根本传不了这么远！

算算下一代 3840x2160@90fps RGB888 刚好需要 18Gbps 带宽，无损图像压缩保守估计能达到 80% 压缩比就只要 14.3 Gbps，带宽还是比较宽裕的。所以无线传输用 60GHz 技术是最优方案，支持在同一个房间内小范围活动。2017 年 4 月 AMD 收购了同样做 60GHz 无线显示方案的公司 Nitero，要是能和 CPU 集成就能大大降低成本。

算法方面也可再改进，VR 的左右眼两个画面有很大一部分是相同的，可以只传左眼的完整画面，右眼仅包含和左眼不同部分的差分画面，估计能再降低 10-30% 带宽要求。还可以使用像视频一样的帧间压缩技术，画面变化不大情况下，以前面一帧为关键帧，后面一帧仅传输差分画面，视频就是靠这个技术实现比静态图像高一个数量级压缩率的，但对芯片性能要求更高。

2.2 分辨率

没有比较就没有伤害，这些 VR 的分辨率放几年前肯定没人说不清晰，只是现在手机 ppi 那么高把大家都宠坏了，很难再回去。那么 VR 需要多高分辨率才能达到视网膜级别呢？乔布斯帮主定义了在手机观看距离下 300dpi 算视网膜屏，但要考虑到距离，对于观看距离远的要求会降低，例如 4K 分辨率的 iMac 只有 219 ppi 但也归入视网膜屏。再换个角度想，看手机时屏幕其实只占据视野很小一部分，而用同样 ppi 的手机想 VR 一样填满视野需要多大分辨率？

这里需要引入角分辨率 PPD 的概念，乔帮主把视角分辨率高于 57 的称为视网膜屏，就是说 1° 视角需要 57 像素。公式为：

2dr tan(0.5°) > 57

d 是人眼距离屏幕的距离（厘米），r 是像素密度（像素每厘米）。我们知道 PSVR 大屏幕模式相当于在 250cm 处观看 226 英寸等效屏幕，代入上面公式算出屏幕像素密度需要大于 13 像素每厘米，知道 226 英寸等效屏幕的尺寸大概为 500cm x 282cm，可到分辨率为 6504x3658。就是说 PSVR 那个物理尺寸为 5.7 英寸的小屏幕需要 6k 级别分辨率才行，相当于 1309 ppi。稍微降低一点要求下一代 VR 能达到 4k 分辨率的话观看性会大大提高，踩到视网膜的门槛上。

现在 299 美元的微软 MR 设备已经达到 1440p，旗舰级手机分辨率也在这个水平。市面上有索尼推出了带 4k 屏幕的手机，只是价格太高而且只有部分 app 能以 4k 显示，估计两年内 4k 屏幕能作为主流旗舰手机配置。

AMD PPT 系列

要支撑 4k，相应的显卡性能也要达到现在的 PS4 Pro 的四倍以上，我们看看 AMD 的 GPU 路线图规划。我们知道 PS4 Pro 峰值功耗在 150W 左右，那么 GPU 最高只能 120W 左右，功耗再高的话体积、散热要求会大大提升。更高功耗意味着更高端的 GPU，显然游戏主机价格目标 399-499 美元无法负担得起。要提升性能必须提升晶体管密度，根据上面的路线图我们直接看下一个制程 7nm，对应产品代号仙后座 Navi，上市时间定在 2019 年左右。预测 150W 对应性能为 15 TFlops，而 PS4 Pro 为 4.2 TFlops，性能差不多够用。由此看来起码要 2019 年推出下一代主机才能在合理的价位达到 4k 要求的性能，也可以推测出 PS5 正式上市至少在这时间之后。

其他一些像眼球追踪、全息显示等技术离成熟商用还比较遥远，这里暂不介绍。

3. VR设备现状

三大VR设备

PlayStation VR、HTC Vive、Oculus Rift 是目前三大 VR 设备，各自的具体参数如下表：

可以看到 PlayStation VR 平台价格优势明显，特别是 PS4 主机价格相比 PC 便宜很多，黑五送两个游戏的 PS4 主机套装只要 $200，也就 PC 一块显卡的价钱。加上其安装相对简单、完成度相当高的包括索尼自己出品的 AAA 大作，毫无疑问会成为最受欢迎的重度游戏 VR 平台。诚然其他两个 VR 平台也各有千秋，特别是 HTC Vive 有先进的运动体感技术，将来可以在特定专业领域发挥优势，但是在价格、易用性、AAA 大作方面 PSVR 领先太多，其他细微差别其实无关痛痒。作为面向大众消费市场的产品，最后胜出的不一定是技术最先进的，在成本、易用性、内容生态系统各方面平衡的产品往往能笑到最后。螳螂捕蝉黄雀在后，微软最近推出了结合 AR 与 VR 的“混合现实” MR 设备，使用头显上的两个摄像头定位，降低了体感跟踪的安装复杂度与成本，估计以后 PC 平台是 MR 兼容设备的江湖。

微软MR设备

作为游戏平台最主要的是游戏素质，例如 3DS，这种史前画质的游戏机直到现在销量也不错，好玩的游戏大家不还是玩的不亦乐乎。从游戏开发商来说现世代做一个 AAA 游戏动辄需要几千万上亿美元的资金，去做一个用户基数小前途未卜的 VR 大作风险太大；但是没有好玩的游戏用户怎么会买账呢，这就陷入了死循环，这就是 PC VR 的现状。虽说很多游戏都是跨平台的，但通常 PC 是最后才出的，同一个游戏在 PC 平台上销量也是远远不如主机平台。换到在游戏主机平台上，由于有第一方这个亲妈，肯定至少会亲自推出或大力支持几个关系好的第三方作出几个大作来配合新技术推广，市场反应好的话更多第三方就会跟上，逐渐形成良性游戏生态。就像任天堂 Switch 刚开始没人看好，而现在各个厂商都忙着准备往上面移植自己的游戏。反之如果市场反应不好就不会再开发下一代了，但至少已经推出的游戏够玩一阵。

事实也证明了这点，PSVR 在经过黑五促销后销量已经超过 200 万台，占整体市场份额 50%，主导地位非常明显。

Farpoint套装

PSVR 游戏方面也非常丰富，首发有生化危机 7，最近有还算不错的带体感枪的射击游戏 Farpoint，赛车游戏 Drive club 和 GT Sports，经典 RPG 上古卷轴天际，日本特色二次元方面也有夏日课堂、初音未来 VR Future Live 等等。尽管没有出现现象级的重磅游戏，但已经比其他平台好很多。

初音未来 VR Future Live

3.1 今后市场估计

移动 VR：

1. 三星 GearVR 已有 500 万销量，加上各种纸盒玩家 VR，用户低成本尝鲜用

2. 由于门槛低可能成为 VR 视频平台首选
   

PC VR：

EVA街机游戏@新宿VR Zone

1. 微软 MR 一统江湖，预计会把 SDK 集成进 DirectX，降低开发难度

2. 专业行业应用的首选

3. 替代部分显示器、电视的看视频观看需求，毕竟大城市寸土寸金搬家更是家常便饭

4. 游戏第二发行平台，大量 VR 游戏会发布跨平台版；日式街机应该以 PC 平台为主，便于定制特殊外设

5. 如之前英伟达 3D Vision，所有游戏理论上都能简单 VR 化，相当于 3D 立体的增强版
   

PSVR：

1. 最佳 VR 游戏发行平台，包含独占游戏像 Farpoint、GT Sports，和一些日系二次元游戏如初音

2. 替代部分显示器、电视的看视频观看需求
   

4. 我应该等吗

任何电子产品都有进步和优化的空间，回过头看第一代产品总是很多缺陷的，但 PSVR 完成度还是很高的，游戏虽然没有超级大作，几个 AAA 级别游戏也能领先体现以下 VR。任何技术如果没人买就不会有下一代了，愿意尝鲜第一代不完美产品的可以购入，现在 PSVR 圣诞季促销只要 334 刀还带一个值 60 刀的游戏。根据现在技术发展，下一代产品最早也要 2019 年才会推出（如果还有下一代），第一代产品生命周期还有至少两年。可是 PSVR 目前销量仅 200 万台，想当年红得发紫的微软 Kinect 体感控制器发售两个月内卖出 800 万台，第一代共卖出 2400 万台，可以说前景堪忧。

VR 是很好的技术，作为显示设备是对上一代 3D 头戴式显示器的进一步发展，不仅能看到立体画面，还能像现实世界一样改变视角；体感技术则直接继承 PS3 时代的遗产。VR 特别适合赛车类游戏，可惜索尼自己的金字招牌 GT Sports 里也仅仅对 VR 做了象征性的支持；Farpoint 及其配套的 Aim Controller 也展示在第一人称射击类游戏中的潜在可能性，但论游戏性只有二三流水平；首发的全程 VR 游戏生化危机 7 也证明了 VR 在恐怖游戏中的优势。

我们知道游戏开发商完全摸透新游戏模式需要数年，几个版本游戏迭代才行，如果给 VR 多一点时间游戏体验肯定能大大提升，至少可作为高端玩家的配件存在。这也是符合 PS 系列高性能主机的定位，提供明显优于手机游戏的差异化特点，问题是索尼有无耐心与精力去经营这个细分市场。到了第二代可以推出有线的廉价版和无线豪华版覆盖更广泛市场，达到 4k 分辨率后作为显示设备可替代电视及投影仪，毕竟大城市房价这么贵空间有限。从最近的 GT Sports 赛车游戏看到不好的苗头，这个索尼第一方游戏仅仅支持在 VR Arcade 模式下使用，试想如果亲妈都不爱 VR 这个孩子，还有谁会爱呢？扩展这个市场需要第一方先带头作出优秀的游戏，吸引更多玩家入坑；第三方开发商看到市场火爆迅速跟上，使得游戏更加丰富。不然的话就是索尼已经认定第一代 VR 前景不大，在集中资源做第二代吧。

会到是否一样买这一代 VR 的问题，如果刚好有几个你喜欢的游戏，价钱又没有太多压力的话当然早买早享受，新技术也需要尝鲜者们的支持。毕竟现在看来市场前景不乐观，这样下去到不好第二代会被砍掉，就像 Kinect、PS Move 一样。普通用户可以在等两年看看，真的没第二代的话，到时二手捡的便宜的回来体验怀旧怀旧就够了。