VR“晕动症”都是传感器惹的祸?

 中国电子报、电子信息产业网  作者:赵晨
发布时间:2016-08-31
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  火爆的VR(虚拟现实)市场少不了传感器的强大支持。作为VR设备中实现人机交互功能的核心零部件,传感器应用得好与坏,在很大程度上决定了VR设备的用户体验。

  “晕眩感”是如何产生的?

  VR的沉浸式互动体验让使用者津津乐道,但对于很多用户来说,不舒适的眩晕感也成为VR饱受诟病的一大障碍。当下,头盔体验过程中以及随后的一段时间,用户都可能会出现强烈的眩晕感,感到疲劳、眼花、恶心等,这些都是VR晕动症的表现。

  “在业内研讨会上,专家们更喜欢探讨诸如如何减轻VR头盔的重量等硬指标问题,”已经体验过市面上大多数VR产品的赛迪顾问分析师侯云仙告诉《中国电子报》记者,“但我认为,VR产品的眩晕问题才是推动产业发展首当其冲要解决的问题。”

  晕眩感是如何产生的?侯云仙解释道,VR体验对性能的要求是普通 PC游戏的7倍,流畅、高分辨率的画面感对显卡性能提出了很高的要求。同时,在VR全视角的屏幕中,当人转动视角或是移动的时候,画面呈现的速度跟不上,晕眩感即由此产生。实验证明,从用户做出头部运动,到其看到相应反馈图像的延迟时间不能超过20ms,否则会有很明显的拖影感。

  作为Oculus和索尼第一代VR产品的供应商,歌尔股份2016年的出货量预计将占据全球高端VR市场的80%。该公司研发部长杜洋告诉《中国电子报》记者,个体不同的生理特性决定了对VR设备眩晕感的耐受程度,除此之外,延迟是导致眩晕的最主要原因。

  对于VR设备而言,产品体验主要就是动作捕捉的准确性和显示的延迟这两方面,而这很大程度上都是由设备中的IMU(惯性)传感器决定的。

  杜洋指出,降低延迟,提高IMU传感器的精度,以及使用AMOLED屏,可以在很大程度上改善眩晕问题。

  “不眩晕才是真VR”正是大朋VR一体机的宣传语。据悉,大朋VR设备在国内市场的占有率已超过六成。该公司工程师赵俊也在接受《中国电子报》记者采访时指出,对比智能手机中的传感器,VR设备对传感器精度和实时性的要求更高,如果精度和实时性不够,就会直接导致晕动症。

  传感器算法决定VR用户体验?

  “目前,VR设备中的IMU传感器主要用来捕捉头部的运动。而使用者在虚拟世界的物理信息主要就是头部的朝向姿态以及所处的物理位置。”赵俊表示,“因此,IMU传感器在VR中起着基础核心的作用。

  杜洋把VR设备中的传感器分成三个大类:最主要的一类是IMU传感器,包括加速度传感器、陀螺仪和地磁传感器,用来捕捉使用者的头部运动,特别是转动。

  第二类是动作捕捉传感器,目前的方案有红外摄像头和红外感应传感器等,具体方案不一样,用到的传感器也不同,主要用来实现动作捕捉,特别是使用者左右前后的移动。

  第三类是VR设备中会用到的其他类型的传感器,比方说佩戴检测用的接近传感器、触控板用的电容感应传感器等已经被广泛使用,而眼球追踪用到的红外摄像头,以及实现手势识别、实现AR功能的传感器等可能会被应用在未来的VR设备中。

  不难看出,作为智能终端的一类产品,VR设备中应用的传感器本身并未突破现有智能终端传感器的体系框架。以最重要的IMU传感器来看,也是就那么几家主流供应商。但是,为何相近性能的传感器应用在不同品牌的VR设备中,用户体验却相差巨大?

  “传感器性能其实都差不多,但算法直接决定了产品的体验。”杜洋解释道,“传感器本身能实现的功能比较单一,但结合算法就可以实现复杂的功能。比如HTC Vive的Lighthouse定位方案,就是用红外激光发射器配合红外光传感器,从而实现精确的动作捕捉和定位。”

  传感器供应商并不会提供算法,算法需要VR设备商自己开发。上面提到的第一类传感器的算法已经比较成熟,各家方案基本差不多;第二类传感器目前的使用难度最大,对算法要求也最高。

  “传感器属于敏感器件,对温度、磁场、重力加速度很敏感,调校和适应不同的环境因素要花费很多精力。”赵俊表示,“我们在校准、精度、实时性和适应不同环境等方面做了很多工作。”

  传感器国产化任重道远

  传感器的算法决定了VR设备的用户体验,成为VR设备商的核心竞争力。但从传感器的设计和制造来看,国际巨头基本垄断了全球市场,国产化程度几乎为零。

  “上述三类传感器还都没有国产化。”杜洋表示,“目前用的传感器主要还是进口的,以美国和日本为主。”赵俊也表示,国内也有做传感器的企业,但主要还是被国外几个大厂垄断了全球市场。

  近期来看,显示屏的成本占据了VR设备硬件成本的重头,进口传感器不会给成本带来较大负担。但长远来看,若想进一步完善VR设备的功能,提升用户体验,只靠研究传感器的算法还远远不够,自主可控的传感器制造可能会成为产业发展的关键所在。

  VR传感器涉及的制造工艺是微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System)制造工艺,简称MEMS工艺。该工艺以半导体微细加工技术和超精密机械加工技术为基础,集微传感器、微执行器、微机械结构、微电源微能源、信号处理和控制电路、接口等于一体。

  赛迪智库集成电路研究所副所长林雨告诉记者,MEMS产业链和集成电路相似,也分为设计、制造、封测、设备等环节。但由于其具有微机械的结构特征,需要有别于IC的独特加工技术,目前我国虽然已经建成了一些MEMS生产线,但是在工艺制程研发上相对落后,主要瞄准能够大批量生产的低端MEMS产品,难以承担特殊工艺生产。

  国内MEMS产业虽然正在快速崛起中,但是与国外先进水平相比仍有不小差距,产业链整体上比较落后。受MEMS工艺、制造技术的制约,整个芯片产业基础薄弱,MEMS产业链上缺乏规模企业,初创型设计企业居多。相比起国际主流企业,国内MEMS企业出货量都比较小,没有积累起大规模市场验证反馈的经验,在可靠性、稳定性等规模生产工艺技术方面差距巨大。

  那么,基于我国国情,应如何发展MEMS传感器产业?林雨提出了三点建议:一是以MEMS与芯片代工业结合发展为切入点,建立虚拟IDM模式。当前我国MEMS产业比较弱小,产业链缺失,没有专业的代工企业或IDM企业,使得设计企业难以找到合适的技术研发和产品生产平台。应将现有的MEMS芯片设计、制造、封测企业紧密整合在一起,充分挖掘目前国内集成电路生产线的价值,面向市场共同研发MEMS产品的特定工艺技术,有效整合资源,减少研发的资金和时间投入,降低MEMS技术产业化门槛。

  二是鼓励国内重点整机企业内部孕育出MEMS企业。MEMS产业高投入和持续投入的特点使得初创型企业很难经营,而且单一品种的MEMS产品很难支撑一个公司,盈利的关键往往不是在MEMS研发设计、制造封装封测等,而是在MEMS所应用集成到的下游产品。因此MEMS公司的壮大需要一个系统性公司的支持,如全球重点的MEMS公司博世、TI、惠普、松下等都与应用紧密结合。国内应鼓励大型应用企业成立MEMS专业研发部门,紧跟市场需求培育品牌企业。

  三是培育面向国际整机企业配套的小型MEMS设计企业。我国MEMS产业应走轻资产的发展模式,注重培育新兴MEMS设计企业,加强技术积累和产品研发,努力进入国际大型整机企业的产品供应链,借力终端市场驱动MEMS产业的快速发展。


来源:中国电子报、电子信息产业网            责任编辑:赵强
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