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VR公司常说的“异步时间扭曲”技术是什么?

2016-04-07 01:09
PokerJoker
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  如果你经常听国内一些技术流的VR创业公司的演讲,那么你对“异步时间扭曲”(ATW)这个词肯定不会陌生。例如自称国内第一家掌握ATW技术的焰火工坊,在他们的第一次发布会上CTO王明杨就提到了这项技术。当时他尝试了进行解释,但后来放弃了,只说“你们知道这很牛逼就行了”。此后CEO娄池也在各种场合提起ATW,包括微信朋友圈。另外一家公司乐相也是。

  “异步时间扭曲”这个名称听起来很牛逼,但了解它实际含义的人可能不多。

VR公司常说的“异步时间扭曲”技术是什么?

 焰火工坊CEO娄池和乐相CEO陈朝阳的朋友圈

  一种生成中间帧的技术

  异步时间扭曲英文是Asynchronous Timewarp,简称ATW。简单来说,这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。这项技术的提出者John Carmack目前是Oculus的CTO。

  我们采访了王明杨来解释ATW,他是这样说的:

  正常情况下,我们的手机大部分是60hz刷新,也就是说,在理想情况下我们的手机大概要处理有60帧/秒。那么,从数据到渲染就有 1000 /60 ~= 16.6666ms的时延。

  那么,如何抵消这个时延呢?卡马克(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16.66ms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Timewarp。

  然而问题又来了,一般VR场景很复杂,我们很难保证每次都在16.66ms内完成一次渲染,也就是我们很难保证每个应用都是60fps。那么卡神又提出一个ATW,就是异步的Timewarp。

  他把VR应用的渲染管线设计成两个线程,渲染线程(生产者)和Timewarp线程(消费者),两者异步工作,生产者生产足够多的Framebuffer,消费者把生产者生产的东西做Timewarp之后贴在屏幕上。也就是说,无论你当前游戏的fps是多少,Timewarp始终被设计成保持在60fps(视刷新率而定)。

  这就是ATW的核心细节,把Timewarp和产生Framebuffer分离,用高刷新率的Timewarp来换取低时延。

  ATW技术在VR中应用的先驱是Oculus,一年多以前他们就在Gear VR上应用了这项技术,3月25日宣布在PC端的SDK上加入ATW的支持。

  具体怎么做?

  VR公司常说的“异步时间扭曲”技术是什么?

  图片来源:Oculus博客(下同)

  Oculus在博客里对ATW做了详细的解释。如上图所示,GPU给左右眼的画面分别进行渲染,然后在画面显示出来之前插入一个ATW的处理过程。在左边这帧的处理中,画面渲染及时完成,此时直接显示就行了;中间的第二帧渲染未能及时完成,此时如果什么都不做就会出现画面抖动,而有了ATW的话,它会将前面一帧调用出来重新显示,同时加上头盔运动变化,从而保持帧率。

  这技术很难吗?

  据王明杨表示,ATW技术很简单,核心代码仅5行。但如果要达到最好的效果,还需要以下几点:

  1. GPU必须支持抢占式上下文(GPU preemption)。这个还好,大部分Mobile GPU都支持,但是桌面GPU大部分还不支持;

  2. 系统最好支持主表面写入,这个跟GPU有一定关系,但是跟操作系统关系比较大;

  3. GPU必须有较高的性能,这个很好理解,Timewarp线程实际上加重了渲染负担。

  Oculus先在Gear VR上实现ATW,原因就是上面的第1点。他们将ATW带到PC平台上,是在微软、英伟达和AMD支持的情况下实现的。英伟达开发了VRWorks,AMD则有Liquid VR。

  国内厂商中,乐相陈朝阳表示ARM对大朋VR提供了Front Buffer和Context Priority的支持,用以在移动VR上实现ATW。

  没有定制硬件的焰火工坊则在Oculus的基础上修改了一部分Timewarp的实现。“我们在渲染线程那里会监控Timewarp线程的工作情况,动态的平衡GPU附载,保证Timewarp线程工作在比较高的帧率下。”王明杨说。

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