相信對於玩過CS的人來說，Valve並不陌生，他於去年推出一個全新的SteamVR beta版來回應Oculus的“異步時間扭曲”技術。說到這，可能很多朋友對Oculus的ATW異步時間扭曲技術感到陌生，但如果你經常聽國內一些技術流的VR創業公司的演講
，那麼你對“異步時間扭曲”這個詞肯定不會陌生。例如自稱國內第一家掌握ATW技術的焰火工坊，在他們的第一次發布會上CTO王明楊就提到了這項技術。當時他嚐試了進行解釋，但後來放棄了

，隻說“你們知道這很牛逼就行了”。此後CEO婁池也在各種場合提起ATW
，包括微信朋友圈。另外一家公司樂相也是。

焰火工坊CEO婁池和樂相CEO陳朝陽的朋友圈

 

 

異步時間扭曲英文是Asynchronous TImewarp
，簡稱ATW。簡(jian)單(dan)來(lai)說(shuo)，這(zhe)是(shi)一(yi)種(zhong)生(sheng)成(cheng)中(zhong)間(jian)幀(zhen)的(de)技(ji)術(shu)。當(dang)遊(you)戲(xi)畫(hua)麵(mian)無(wu)法(fa)保(bao)持(chi)足(zu)夠(gou)的(de)幀(zhen)率(lv)時(shi)
，它(ta)能(neng)產(chan)生(sheng)中(zhong)間(jian)幀(zhen)進(jin)行(xing)彌(mi)補(bu)，從(cong)而(er)維(wei)持(chi)較(jiao)高(gao)的(de)畫(hua)麵(mian)刷(shua)新(xin)率(lv)。這(zhe)項(xiang)技(ji)術(shu)的(de)提(ti)出(chu)者(zhe)John Carmack目前是Oculus的CTO。

 

在采訪中，王明楊解釋ATW，他是這樣說的：

 

正常情況下
，我們的手機大部分是60hz刷新
，也就是說，在理想情況下我們的手機大概要處理有60幀/秒。那麼
，從數據到渲染就有 1000 /60 ~= 16.6666ms的時延。

 

那麼，如何抵消這個時延呢？卡馬克（John Carmack）提出一種方法
，通過大量采集陀螺儀數據
，在樣本足夠多的情況下，就可以預測出16.66ms後你頭部應有的旋轉和位置，按照這個預測的數據來渲染，他管這個技術叫TImewarp。

 

然而問題又來了
，一般VR場景很複雜
，我們很難保證每次都在16.66ms內完成一次渲染，也就是我們很難保證每個應用都是60fps。那麼卡神又提出一個ATW，就是異步的TImewarp。

 

他把VR應用的渲染管線設計成兩個線程，渲染線程（生產者）和TImewarp線程（消費者），兩者異步工作，生產者生產足夠多的Framebuffer，消費者把生產者生產的東西做Timewarp之後貼在屏幕上。也就是說，無論你當前遊戲的fps是多少，Timewarp始終被設計成保持在60fps（視刷新率而定）。

 

這就是ATW的核心細節，把Timewarp和產生Framebuffer分離
，用高刷新率的Timewarp來換取低時延。

 

ATW技術在VR中應用的先驅是Oculus
，早在兩年多以前他們就在Gear VR上應用了這項技術，直到去年3月25日宣布在PC端的SDK上加入ATW的支持。

 

Oculus在博客裏對ATW做了詳細的解釋。如上圖所示
，GPU給左右眼的畫麵分別進行渲染，然後在畫麵顯示出來之前插入一個ATW的處理過程。在左邊這幀的處理中，畫麵渲染及時完成，此時直接顯示就行了
；中間的第二幀渲染未能及時完成
，此時如果什麼都不做就會出現畫麵抖動，而有了ATW的話
，它會將前麵一幀調用出來重新顯示
，同時加上頭盔運動變化
，從而保持幀率。

 

 

據王明楊表示

，ATW技術很簡單，核心代碼僅5行。但如果要達到最好的效果，還需要以下幾點：

 

1. GPU必須支持搶占式上下文（GPU preemption）。這個還好
，大部分Mobile GPU都支持，但是桌麵GPU大部分還不支持；

 

2. 係統最好支持主表麵寫入
，這個跟GPU有一定關係，但是跟操作係統關係比較大；

 

3. GPU必須有較高的性能，這個很好理解

，Timewarp線程實際上加重了渲染負擔。

 

Oculus先在Gear VR上實現ATW
，原因就是上麵的第1點。他們將ATW帶到PC平台上，是在微軟、英偉達和AMD支持的情況下實現的。英偉達開發了VRWorks，AMD則有Liquid VR。

 

國內廠商中
，樂相陳朝陽表示ARM對大朋VR提供了Front Buffer和Context Priority的支持，用以在移動VR上實現ATW。

 

沒有定製硬件的焰火工坊則在Oculus的基礎上修改了一部分Timewarp的實現。“我們在渲染線程那裏會監控Timewarp線程的工作情況，動態的平衡GPU附載
，保證Timewarp線程工作在比較高的幀率下。”王明楊說。

 

 

聽起來ATW是項很棒的技術，但它也不是完美的。根據Oculus的博文，ATW的一個難點是位置抖動（Positional Judder）。

 

位置抖動是基於方向的Timewarp帶來明顯瑕疵之一。在使用VR設備時，當頭部移動了， 如果在ATWchanshengtuxiangzhenshizhikaolvlexuanzhuan，erpingyiquebeihulvele。zheyiweizhedangnidetoucongyibianyidongdaolingyibianshi，nikanjiandelinihenjindewutihuiyouduogetuxiangdedoudong

，zhezhongxiaoguozailinjinchangkongjianzhongshifeichangmingxiande，biruxiamiandezhegeqiantingjietu。

Gear VR比較容易用上ATW，是因為它不支持位置追蹤，而PC平台的Oculus Rift支持。Oculus最近宣布Rift支持ATW，應該是解決了位置抖動的問題。

 

另外一點是運動的物體和動畫。使用ATW時，動畫或者移動的物體會引起另外一個瑕疵， yinweitachanshengdexintuxiangzhishigenjuqianyizhentuxiangshengchengde，queshaolewutideyundongxinxi，suoyoudezhongjianzhendouhaoxiangshibeidongjieleyiyang
，yinerduiyuyundongdewutirongyichanshengdoudong，jianxiatu。

不過王明楊倒是認為雖然近處物體是個局限，但影響並沒想像的那麼大。

 

 

總體來說ATW確實是一項很棒的技術，如果沒有它的話，開發者在遊戲開發中為了保持畫麵幀率隻能非常保守地使用CPU和GPU性能，而ATW可以遊戲更容易保持幀率穩定，從而讓開發者在畫麵設計上更加大膽。

 

實際運行中Oculus發現
，沒有使用ATW的app在運行中丟失了約5%的幀。ATW可以將大部分丟失的幀補上，從而大幅減少畫麵抖動。而這一切對app來說不需要消耗更多性能或更改代碼就能實現。Oculus還表示這一切隻是開始，他們正與合作夥伴嚐試提高ATW的運行效率。為了產生一個舒適，令人信服的虛擬現實，開發人員仍然需要保持幀率在90赫茲
，如果達到90赫茲
，將使VR具有很好的舒適性，這是VR存在的真正魅力。