再次榨干XR2性能,Meta Quest专属插帧技术AppSW详解

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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。

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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。

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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,可以看作是矢量估算方案,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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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:Oculus

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