再次榨干XR2性能，Meta Quest专属插帧技术AppSW详解

Esther｜编辑

近年来，VR在视觉、交互、舒适性等方面得到了长足发展，尤其是VR一体机更是让我们看到了打开主流市场的潜力。与PC VR相比，VR一体机有成本低、便携、方便设置等多种优势，尽管如此VR一体机的视觉效果与PC VR依然有明显差距。

实际上，尽管Quest 2等VR一体机的分辨率、刷新率比之前有所提升，受限于其搭载的移动芯片，VR一体机并不能流畅运行PC VR应用中的全部内容。因此，VR开发者将PC VR游戏移植到一体机端时，通常需要进行大量优化，削减应用中的图形、对比度等视觉元素。

我们知道，在性能优化方面，Quest 2可谓做到了极致，不仅要求VR开发者针对其优化应用，其系统本身也为开发者提供了提升应用运行效果的功能。比如在去年11月，Meta为Quest推出了专属的插帧技术Application SapceWarp（AppSW），类似于VR一体机版“Oculus ASW”（二者结果类似，但原理不同）。

对于高质量VR一体机游戏，尤其是PC VR移植到一体机中的游戏来讲，AppSW将是一项提升性能、丰富内容的重要工具。不过，目前Quest商店只有《Green Hell VR》一款VR游戏支持AppSW，而且虽然它启动了AppSW功能，却并不足以还原PC VR版的图形质量。为此，近期Meta将Epic开发的一个PC VR demo 《Showdown》移植到Quest平台，以测试AppSW对于VR游戏画质的提升。结果发现，在VR一体机中渲染图形的效果也能足够接近PC VR。

关于移植《Showdown》

据青亭网了解，《Showdown》是Epic在2014年基于UE4开发的一个VR影片，其目的是展示一种沉浸的子弹时间慢动作画面，当年在Rift上演示的效果令人惊艳。

PC VR版《Showdown》效果

而在Quest时代，Meta也希望通过该影片来展示VR一体机在渲染图形上的潜力。于是，便《Showdown》移植到Quest平台，并尽可能保留了PC VR版的图形效果。《Showdown》中演示的机器人战斗场景包含复杂的细节，在Rift上可以清晰、流畅的运行，但这对于VR一体机却很难。而利用SpaceWarp（AppSW）功能，移植版《Showdown》可在Quest 2上以90Hz刷新率运行，从而将VR眼镜的性能提高70%。这样可以省很多电。

除此之外，Meta还在Quest移植版《Showdown》中加入了一种“头部锁定模式”，其本质类似于一个静态相机，特点是可暂停场景并锁定相机位置和方向，因此渲染的每一帧都是相同的。

为了验证AppSW为一体机移植版《Showdown》带来的提升，Meta启动了Oculus性能调试工具OVR Metrics。启用AppSW后，帧与帧的间隔时间是原来的两倍，这为CPU和GPU任务处理提供了更多余量。

关于AppSW

AppSW和ASW都是用来优化VR性能的工具，但二者的原理却不同。ASW是面向PC VR，无需开发者对App进行预处理，只需要GPU支持即可，最初目的是解决低端GPU适配问题。原理是，根据历史帧的画面分析运动矢量，可以看作是适量估算方案，从而生成帧补足90FPS。

AppSW是面向移动VR，完全由开发者对App控制，需要在开发和设计阶段管理。原理是，基于应用内原始数据的运动矢量，不依赖任何矢量估算，因此在逻辑上可以生成更逼真视觉效果。AppSW使用的运动矢量质量更高，更接近“真实”运动矢量，因此整体插帧效果优秀。

换句话说，AppSW不仅仅是合成帧，它包含了一系列技术组合，以为VR一体机应用提供流畅、优质的视觉体验。

简单来讲，就是AppSW可以优化Quest游戏的效果，尤其是可以提升刷新率。该功能基于引擎来驱动，将会支持OpenXR和Vulkan，不再支持以前的Oculus API和OpenGL。

AppSW与Oculus ASW的功能和原理，主要是通过插帧实现帧率翻倍，从而降低设备原始输出，实现原始一半帧率运行输出。也就是说，在Quest 1（原始72Hz）可以实现36FPS输出，Quest 2（支持72Hz、90Hz、120Hz）可以分别通过36FPS、45FPS、60FPS来进行适配。

另外，AppSW是一个可供开发者选择的功能，需要在开发/设计VR应用的阶段激活。此外，开发者可以完全控制每一个运动矢量/深度，以及设置固定注视点渲染、色调映射、帧渲染率、像素密度、多重采样抗锯齿、CPU/GPU级别等参数，因此有足够多的创新空间。

在向VR一体机移植应用时，不能直接将PC VR版全部内容直接平移，VR开发者需要根据一体机有限的计算能力去优化应用内容，甚至精简3D资源和视觉效果。而利用AppSW，VR应用可以在保持90Hz刷新率的同时，节省出部分算力，用来渲染更多额外的VR内容。这样的好处是，可以降低设备原始输出帧率，降低设备负载和功耗，尤其是在性能较低的设备上可以实现更好的画面表现。当PC VR应用移植到VR一体机中时，则不需要牺牲太多内容，视觉效果可以比以往更接近PC VR，可保留色彩查找表LUT（采用vulkan色调映射子通道），以及更多用于渲染子弹碰撞和爆炸的粒子。

但劣势是，帧合成增加了总GPU成本，而且可能会出现延迟翻倍，视觉拖影或类似情况。不过在初始测试中，AppSW为应用程序提供了高达70%的额外计算，未发现肉眼明显可察觉的伪影。

而为了降低延迟，Meta通过三种方式优化了AppSW的运行流程：1）根据应用的工作量来推迟执行头显和手柄传感器读书；2）将传感器读取时间进一步延迟到CPU渲染帧结束，这样可以节省一帧延迟；3）定位TimeWarp（PTW），进一步纠正头显转换延迟。

接下来，Meta还将鼓励更多VR开发者支持AppSW功能，包括发布更多文章，为开发者提供关于优化VR一体机画质的更多具体建议。值得注意的是，AppSW目前仅支持OpenXR应用，Unity应用可使用Oculus XR插件和OpenXR后端，感兴趣的也可以在App Lab中下载Quest版《Showdown》，体验一下AppSW的效果如何。

参考：

https://developer.oculus.com/blog/showdown-on-quest-part-1-how-app-spacewarp-improves-performance-/

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