小菜硬件杂谈 说说VR里的异步时间扭曲

（原标题：小菜硬件杂谈 说说VR里的异步时间扭曲）

3月份的GDC 2016大会上，著名VR公司Oculus为Rift消费者版增加了一项新功能，这项功能名为异步时间扭曲(Asynchronous Timewarp，简称ATW)，目前这个词已经成为国内一些技术流的VR创业公司的演讲必提要点。那么听起来很科幻的“异步时间扭曲”技术究竟有什么作用？接下来我们就一起聊聊有关ATW的方方面面。

异步时间扭曲简单来说就是一种生成中间帧的技术。当游戏画面无法保持足够的帧率时，它能产生中间帧进行弥补，从而维持较高的画面刷新率。这项技术的由Oculus的CTO John Carmack提出，是目前被认为能够解决眩晕问题的有效手段。说到这里你一定会产生疑问，这技术怎么就能解决眩晕问题了？别着急，听我慢慢道来。

John Carmack

体验过VR的朋友们都知道，当你戴上VR眼镜并快速转动头部时，你所看到的画面就会发生抖动。“抖动”是一种VR术语，它是指设备无法同步渲染出与头部动作相应的画面。当画面产生抖动时，人自然而然就会有眩晕感产生，因此想要拜托眩晕感就需要改善画面抖动的问题。上文说了，ATW就是产生更多的帧去弥补较低的画面刷新率，因此即使快速切换画面场景，也有足够的帧数来保证画面的连贯性，从而减少抖动，进而降低眩晕感。

VR使用者看到的画面

ATW技术让VR设备保持较低帧率运行看到了希望，在虚拟现实穿戴设备中应用ATW技术，人为地填充中间帧，即使在帧率下降的情况下，也不会使渲染质量有显著的下降。总而言之，这项技术可以有效地降低延迟，提供更清晰稳定的图像，并且降低VR使用者的眩晕感和不适感。看起来有了这项技术，由于VR设备性能不足所导致的问题就可以迎刃而解，但事实真的是如此么？有了这个技术真的就可以彻底解决让人头疼的眩晕问题了么？接下来让我们从原理上了解一下这个技术。

时间扭曲和异步时间扭曲

大家都知道，大部分的显示器和绝大部分的手机屏幕的刷新率都是60Hz，也就是说，在理想情况下我们的显示设备大概要在每秒处理60帧的画面，也就是说从数据到渲染就有1000/60≈16.6666ms的时间延迟。那么，如何抵消这个时延呢？John Carmack提出一种方法：通过大量采集陀螺仪数据，在样本足够多的情况下，就可以预测出16.67ms后你头部应有的旋转和位置，按照这个预测的数据来渲染，他管这个技术叫时间扭曲。

帧延迟

时间扭曲说白了就是一种图像帧修正的技术，它通过扭曲一副被送往显示器之前图像，来解决这个16.67ms的延迟。最基础的时间扭曲是基于方向的扭曲，这种只纠正了头部的转动变化姿势，这种扭曲对于2D图像是有优势的，它合并一副变形图像不需要花费太多系统资源。

然而问题又来了，一般的VR场景很复杂，我们很难保证每次都在16.67ms内完成一次渲染，也就是说我们很难保证每个应用都是60fps。于是John Carmack又提出一个技术，就是上文我们所说的异步时间扭曲。说专业点，异步时间扭曲是指在一个线程（称为ATW线程）中进行处理，这个线程和渲染线程平行运行（异步），在每次同步之前，ATW线程根据渲染线程的最后一帧生成一个新的帧。可以这么说，无论你当前游戏的fps是多少，画面始终被设计成保持在60fps（视刷新率而定），这样就不会产生画面抖动了。

帧缓冲

以上就是ATW技术的核心细节，即把时间扭曲和帧缓冲分离，用高刷新率的时间扭曲来换取低时延。事实上，这项技术在一年前便已经运用于三星的GEAR VR中，但PC的VR设备在运用这项技术的时候遇到一些挑战，致使这项技术在今年Q1尾声才被Oculus宣布支持。Oculus团队表示，将继续与微软、NVIDIA、AMD进行密切的合作，以优化Windows对Rift的支持。