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許多國產VR頭顯號稱有2.5K甚至4K屏,為什麽Oculus、Hypereal、Vive反而堅持2K?

2017-06-23數碼

計算能力滿足的條件下,越高的VR HMD重新整理率越高的分辨率帶來的使用者體驗越好,沈浸感越強,這也是為什麽Oculus,HTC和Sony頭顯都采用了至少90HZ重新整理率的原因(其中Oculus和HTC是2160×1200@90hz,而Sony是1080p@120hz)。當然,分辨率,重新整理率和計算能力以及顯示頻寬是一組矛盾,受如下公式的限制:

分辨率×重新整理率×像素位元 = 要求的顯示頻寬


以上幾項有時不可兼得,而國內的多數VR廠商不明就裏,一味追求高分辨率,以雙眼3k/4k等參數博取眼球,配合很低的重新整理率比如30HZ或者60HZ,往往是本末倒置,只會帶給使用者糟糕的VR體驗。


下文將從如下五個方面闡述為什麽當今主流的VR頭顯,為什麽2160×1200@90hz是比所謂的3K/4K@30/60hz更好的選擇

  • 顯卡的計算能力
  • HDMI 協定本身的頻寬(或者說頭盔中橋接芯片本身的頻寬)
  • AMOLED屏和LCD屏的顯示特點
  • Motion-To-Phaton延時
  • Tracking預測技術

  • 先看 計算能力 (為了簡單起見,單從Pixel FillRate一個指標來看)。現在的VR遊戲或者套用,分辨率一般在1080p以上,為了更逼真的效果,在VR SDK中一般會做超采樣。如果做1.4倍超采樣,按照90hz算,每秒要處理的像素點為1920*1080*1.4*1.4*90 = 365m。 而這個級別的像素處理能力,一般的顯卡(nVidia 9x系列以上都是動輒幾十G以上的fill rate https:// en.wikipedia.org/wiki/G eForce_900_series ) 都可以輕松應付。


    接著看 顯示頻寬。 Hypereal頭盔分辨率是2160×1200,按照90hz的重新整理率,每個像素4個byte計算,需要的頻寬是2160×1200*90*4 *8 大約等於7.46Gbps,HDMI 1.4的10.2Gbps頻寬可以支持。另外,VR頭盔中的顯示橋接芯片頻寬也是限制分辨率和重新整理率的因素。主流VR頭顯(Oculus和HTC Vive)用的橋接芯片都是Toshiba 358870,最高支持4k×2k@30hz(24bit每像素),最大頻寬為7.5Gbps。

    當然,如果要達到3k@90hz,很明顯Toshiba 358870的頻寬就不夠,HDMI 1.4 的10.2Gbps頻寬也不夠,需要尋找新的介面比如DP1.2或者HDMI2.0等,這也是為什麽3k@90hz在當今主流VR頭顯中還不支持的主要原因。而據相關資訊,Toshiba的下一代支持3k@90hz的橋接芯片要到2018年才上市......


    再談一下關於 AMOLED屏和LCD屏 的選擇。相比LCD,AMOLED屏有相應速度快,功耗小的特點,套用到VR 頭盔中,能省電,能有效避免螢幕拖影。不過,由於工藝的限制,AMOLED屏現在的PPI難以提升,不大容易做出高分辨率的屏,所以現在主流的AMOLED屏也就是2160×1200的分辨率。在AMOLED領域最牛的Samsung,也要到明年才能做出可量產的3K分辨率的AMOLED。相比之下,LCD屏的技術比較成熟,能做到很高的分辨率,但是響應速度只有AMOLED的1/100-1/1000,當使用者戴上頭盔有比較大的頭部轉動時,將會出現無法彌補的拖影,有點像在一台破舊的老電視上看星際大戰中宇宙飛船爆炸場面:滿屏的運動殘影和抖動。在這種限制下,動輒4K分辨率的LCD VR屏,也不過是緣木求魚。


    然後是 motion-to-phanton延時 。這是VR中非常關鍵的一個指標,指的是從 采集到使用者的頭部運動(motion) 渲染(Render) 最後顯示 的全部系統延時。從下圖可以清楚的看到,HMD頭顯重新整理率影響的主要是write display這一部份,90HZ的頭顯對應11ms的write display時間,而60HZ的頭顯對應16.6ms的write display時間,在GPU/CPU計算能力滿足的情況下,重新整理率越高的系統中,motion-to-phanton越短,使用者體驗也越好。



    最後來看相關的 Tracking預測技術 。我們渲染每一幀的時候,需要知道當前影像在頭顯中顯示時刻的相關姿態和位置,而不是渲染時的姿態和位置。這是一個關於未來時間的姿態和位置,需要預測。盡管透過ATW(asynchronous timewarp) 和ASW(asynchronous spacewarp) 等技術,可以在影像上屏之前對姿態和位置再做一次校準,但如果和渲染時預測的數據相差太大,也會產生比較大的問題。



    可以比較的是,對於60HZ的重新整理率,滿幀情況下(60fps)需要預測16ms後的姿態,而對於90hz的重新整理率只需要預測11ms後的姿態,而更準確的預測帶來更好的使用者體驗。如果系統不能跑滿幀,差別會更大。對於90hz重新整理率的系統來講,如果系統效能不夠,遊戲執行在45fps,則渲染時需要預測2個Vsync(2*11 = 22ms)之後的姿態。而一個60HZ的系統,則需要預測 2*16.6 = 33.2ms之後的姿態,預測難度加大,使用者體驗會更差!



    綜上所述,使用者體驗為王,當多數PC系統的計算能力可以支持的情況下,2160×1200@90HZ VR頭顯明顯是比3k/4k@30/60HZ更好的一個選擇。