分享VR中隐喻深度（depth cue）的一些手法
发表于2016-03-02
一、显示技术的三次革命
我在《向立体主义大师学习——VR中四种强化立体感的视觉技巧》说到了四种产生立体感的技巧。随着我的思考，我想给他们一个归类，
真3维——运动视差（motion parallax）：出现在VR头显时代，需要头部跟踪（ head tracking）才能产生效果，也是最高级的立体效果。
伪3维——立体视觉（Binocular Vision）：出现在3D电影时代，需要佩戴立体眼镜，依靠左右眼看到不同的东西来产生立体效果。
平面：单眼深度隐喻（monocular depth cues）——出现在平面时代，发展成熟于图形用户界面时代，用各种方法在平面上隐喻一个单一视角的物体具有立体感。
一维：DOS，靠代码与计算机交互、文字……
双目视觉（Binocular Vision）通过不同的视角（viewpoint）产生空间纵深感和立体成像（Stereoscopic Imaging），但是单眼只能通过光照和纹理细节来区分，与显性的双目成像相比，单目的深度暗示（Depth Cues）相当隐晦。
头部运动造成了离你远的动得慢，离你近的动得快，所以你感知到了远近，这个叫——
运动视差（motion parallax）
我们视觉中的相机是由两个有一定距离和视察的相机组成，所以才有立体视觉的效果；同理立体声也是由两个扬声器传到不同的耳朵上，产生立体声。
这叫立体视觉（stereopsis）
二、立体视觉（Binocular Vision）成像原理（此段看不下去可跳过）
我们的大脑整合了左右两只眼睛的不同图像，这两张2D的平面图像，经大脑的整合，产生了3D的体验。所以我们在现实生活中看到的不过是两张平面图像的结合，这个过程叫融合（Fusing）。人的大脑会对接收到的图像进行融合（fuse）和翻译（ interpret ）。
视差（binocular disparity）
而这两个虚拟的相机之间，叫ICD=inter-camera distance。改变ICD，是一种影响用户的重要方法。如果ICD增加，这种状态叫做hyperstereo——高度紧张和亢奋的立体效果和夸张的深度。如果距离减小，这种状态叫做hypostereo，深度则会拼合。如果增加ICD，用户则需要收敛眼睛才能看到给定的物体，导致眼睛疲劳（eyestrain）。
它正对应着两眼之间的距离称为瞳距（IPD=inter-pupillary distance）。
大部分瞳距在52到78mm（平均63.5mm），如果你不知道，大可去眼镜店配眼镜，然后记下来。
另外还有一个轴间距（IAD=interaxial distance）。
我们的viewpoint是个放射状的圆锥形，它的中线正是axial。
一般VR中通过头部跟踪（head tracking）产生运动视差（motion parallax）。而如果增加则会导致用户改变他对VR内部大小感知的变化。
ICD=IPD的时候，用户感知的VR世界和现实世界的深度和比例都是1：1。视场深度（depth-of-field）是一个权衡利弊的问题，太近则会导致眩晕和眼疲劳，太原则会降低沉浸感。
我们的眼睛注视（fixating on）物体时有两个需求：accommodative的需求和vergence的需求。accommodative就是调整晶状体大小把焦点对准当前的深度平面。vergence则是眼睛内部转动让视线聚焦在某个点。这两个需求相互影响，所以accommodation-convergence reflex。收敛你眼睛的vergence会影响你眼睛accommodative的镜头。accommodative的需求是固定的，但vergence的需求是可变的。而双眼的焦点聚在不同深度平面上。
双眼的立体视觉（Stereopsis）作为一种深度视觉（depth cues）会经过大脑的处理，那么如果只有单眼（monocular），该如何产生立体感呢？
至少它的角度是受限的，只能获得一张平面的图像。
常见的一些深度线索（depth cues）——
三、单眼感知深度的视觉暗示
线性透视（Linear perspective）
曲线透视（curvilinear perspective）
比如你在高空俯瞰大地。
在某个球镜中看到的反光
整个地球的透视
相对大小relative scale
就是我们平时所说的近大远小。
在艺术作品中，无论是小东西变大，亦或是大东西变小，都很有冲击力~
遮挡（occlusion）
说的是离我们近的物体会挡住视线中那些离我们远的物体
空气透视（aerial perspective）
因为大气的折射，近处的物体比远处的物体更加清晰更加鲜艳，而远处的物体相对显得模糊且黯淡
纹理渐变（texture gradients）
纹理可以反映出一个物体的形状
暗示海报被微风扭曲的姿态
暗示凹陷的纸面
另外，补充一点纹理在平面设计中的机制
当然还有lighting，让我们感知到物体的位置和形状
百叶窗阴影下的女孩
事实上，从windows的窗口到iOS的镜头运动再到material Design的纸片，我们一直在隐喻着3D，都运用了这些含蓄的方法在平面里隐喻3D空间。
三、UI控件的距离
（此段参考自cardboard labs）
在平面设计中我们都知道字体大小、对比度、间距会影响字的易读性，而在VR里，多了一种元素：depth。
0.5米——如果文字离用户的眼睛太近，用户聚焦则会非常困难。
1米——这是用户感到舒适的最近距离，但是看久了眼睛还是会感到劳累。
1.5米的距离会让人感到舒适，但是远近的焦距移动会让人感觉疲劳。
2米——文字和物体到了这个距离会减少立体感，同时也会降低眼压（eye strain）。从2米往后，物体聚焦起来越来越轻松。
3米是最舒服的距离，它足够远有易读性，但又足够近不会影响大多数场景。
6米——把UI放在这个地方会被其他靠用户近的物体遮挡。
12米——文字距离越远用户聚焦越容易，越舒服，但是却不是和做UI。
四、需要注意的一些渲染效果（rendering effect）
light distortion
（见《作为VR世界中镜头的HMD》后面）
粒子特效（particle effects）
这个学影视后期的都滚瓜烂熟了吧
light bloom——你想光像bloom一样绽放，那是什么东西呢。
另外要警惕optical illusions这一类的视幻觉，有时把凸面表现为凹面，凹凸不分。这种视幻觉降低了depth cue的线索。
hollow mask illusion
同理，这个图形你也没法看出是凹还是凸
常见的视幻觉，如果作为纪念碑谷那样一种游戏倒也无妨，但是它也削弱了一些单眼的depth cue。
用户很可能需要转动头部去进一步了解它。
加入GAD的核心用户QQ群：484290331，各类活动奖励任你拿，最新资讯任你读，众多教学任你免费学，如此好地方赶紧加入吧！另VR专属群：476511561，专业VR技术分享，专业导师指导为你答疑解惑，大型小型活动奖励等你拿，免费学习赚奖励的天地，欢迎你加入哟！