S3D & WibbleWobble

للّاعب الفضولي
وصف بمستوى شائع للتقنية، وكيفية بنائها وكيفية عملها. إذا لم تكن مهتمًا، لا حاجة لقراءته - إنه محتوى جاف.

كيف ترسم اللعبة ثلاثي الأبعاد
الطريقة المعتادة لإنتاج صورة ثلاثية الأبعاد في لعبة هي عرض المشهد مرتين - بشكل منفصل للعين اليسرى واليمنى، مع إزاحة الكاميرا افتراضيًا بالنسبة لمركز المشهد. هذا مكلف من حيث الموارد ويتطلب دعمًا مدمجًا من محرك اللعبة. ليست كل لعبة قادرة على فعل ذلك. يقدم WibbleWobble مسارين مختلفين، والفرق بينهما جوهري - فهو يحدد جودة الصورة ومجموعة التشوهات البصرية.

المسار الأول: ReShade Client - توليف الاستيريو من إطار مسطح
تعرض اللعبة منظرًا عاديًا واحدًا. يأخذ تأثير SuperDepth3D ReShade ذلك الإطار مع مخزن عمق المشهد ويعيد بناء وجهة نظر ثانية منه عن طريق إزاحة البكسلات وفقًا للعمق. لا يعرف محرك اللعبة شيئًا عن الاستيريو. هذا رخيص من حيث الأداء ويعمل مع أي لعبة DX11/DX12 تقريبًا. المقابل هو التشوهات البصرية المتأصلة في الطريقة نفسها. وهي موصوفة أدناه، في أقسام "العيوب".

المسار الثاني: OpenVR Client - عرض ثلاثي الأبعاد حقيقي
يسجل WibbleWobble نفسه في SteamVR كخوذة واقع افتراضي. لعبة قادرة على الواقع الافتراضي، أو لعبة لديها تعديل واقع افتراضي، تعرض المشهد مرتين من كاميرتين تفصل بينهما المسافة بين الحدقتين، تمامًا كما تفعل خوذة حقيقية. يتم ضبط IPD ودقة كل عين والطول البؤري في VR Config. هنا لا يركّب WibbleWobble شيئًا: فهو يأخذ الزوج الاستيريو الجاهز ويخرجه إلى الشاشة بالتتابع الإطاري، مع مزامنة نظارات الغالق. هذا يكلف أكثر من حيث الأداء، لكن الهندسة ثلاثية الأبعاد صحيحة تمامًا. لا ثقوب على طول المحيطات، ولا تأثير "الكرتون"; كل عين تحصل على انعكاساتها وإبرازاتها الخاصة. في جوهره، هذه طريقة للعب ألعاب الواقع الافتراضي على شاشة عادية بنظارات ثلاثية الأبعاد ولكن بدون خوذة.

إعادة الإسقاط - آلية توسيع مجال الرؤية
تعمل إعادة الإسقاط في كلا الوضعين، بما في ذلك أحادي العين. يأخذ تظليل عالي الأداء إطار اللعبة ويعيّنه على هندسة مساحة عملك: على شاشة واحدة، أو أربع شاشات، أو شاشة منحنية. من خلال تتبع الرأس (OpenTrack) تتحرك الصورة لتتبع رأسك، وتبدأ الشاشات بالعمل كنافذة على عالم افتراضي - تأثير "حوض سمك الواقع الافتراضي". الغرض من إعادة الإسقاط هو الحصول على مقياس العالم الصحيح ومجال الرؤية الصحيح (FOV) لاستخدام شاشات متعددة. يمكن إيقاف إعادة الإسقاط تمامًا (Client Config -> Reprojection: Disabled) ويمكنك استخدام مخرجات الاستيريو فقط، وBFI، والمُكبّر - السيناريو المعتاد لشاشة واحدة.
* يجب القول إن مؤلف المشروع كان مفرطًا في التفاؤل بشأن فكرة "توسيع العالم" عبر عدة شاشات. حتى بطاقات الرسومات القوية لا تملك أداءً كافيًا لذلك. ستكون محظوظًا إذا كانت السرعة كافية لشاشة 4K واحدة. لن تعمل مع شاشات متعددة...

FOV (مجال الرؤية): زاوية الرؤية. تحدد أي قطاع من العالم تلتقطه الكاميرا الافتراضية في الإطار. تُقاس بالدرجات، بشكل منفصل للعمودي والأفقي. مجال رؤية صغير (40-50°) يبدو مثل عدسة مقربة: قطاع ضيق بأجسام كبيرة. مجال رؤية كبير (100-120°) واسع الزاوية، مثل كاميرا الحركة. ترى الكثير على الجانبين، لكن الحواف ممتدة وتبدو الأجسام أبعد وأصغر. هذا معامل رئيسي في WibbleWobble. يجب أن يعرف البرنامج الزاوية التي رسمت بها اللعبة الإطار من أجل إسقاطه بشكل صحيح على شاشتك الفعلية. لهذا السبب يحتوي Game Config على حقلين، FOV Vertical وFOV Horizontal، بشرط واحد: يجب أن تتطابق القيمة مع تلك المضبوطة في اللعبة نفسها. غيّر قيمة واحدة وتُعاد القيمة الأخرى تلقائيًا لتطابق نسبة أبعاد النافذة.

إذا كان FOV:
كبيرة جدًا يبدو العالم كأنه لعبة وتتشوه مقاييس الأجسام
منخفضة جدًا يبدو العالم عملاقًا ويطل كل شيء عليك
في 3D ينكسر العمق مع المقياس، ويبدأ إجهاد العين

تتبع الرأس كـ"نافذة على العالم"
باستخدام طريقة OpenTrack، يتتبع معالج التطبيق موضع الرأس ويُزيح الإسقاط بحيث تعرض الشاشة نافذة افتراضية على المشهد ثلاثي الأبعاد. وهذا يخلق تأثير التباين الحركي. عندما تحرك رأسك، تنزاح الصورة قليلًا، كما لو كنت تنظر فعليًا عبر نافذة.

إخراج ستيريو متتابع الإطارات
يستقبل التطبيق الإطارات من اللعبة بمعدل متغير حسب جاهزيتها، "كما تأتي." ثم يضبط العميل معدل الإطارات للتشغيل عند 60 هرتز. يمكن أن يكون مصدر الزوج الستيريو SuperDepth3D، أو تعديل VR، أو محتوى ثلاثي الأبعاد جاهز. يقبله WibbleWobble بصيغة جنبًا إلى جنب أو رقعة الشطرنج (Client Config -> Source Format) ويفك ترميزه في FrameBufferDecode. ثم يحوله العارض إلى تدفق متتابع الإطارات عند 120 هرتز مع مزامنة نظارات الغالق. تُدعم الباعثات التالية: NVIDIA 3D Vision، وOpen3DOLED، وأجهزة عرض DLP، و3D Ready، وباعث IR مصنوع يدويًا Arduino/VESA.

مكافحة ضبابية الحركة والتداخل البيني
ضبابية الحركة هي ضبابية تنتجها الشاشة. تحافظ شاشات LCD وOLED الحديثة على إضاءة البكسل طوال مدة الإطار - وضع العينة والاحتفاظ. وبينما يبقى البكسل مضاءً وثابتًا في موضع واحد، تستمر العينان غريزيًا في متابعة الجسم المتحرك. ونتيجة لذلك، "تلطخ" الصورة على الشبكية نفسها، رغم أن كل إطار فردي على الشاشة حاد تمامًا. وكلما طال بقاء البكسل مضاءً، اشتد التلطخ. ويخفي هذا العيب التفاصيل الدقيقة كما يزيد من تدهور الصورة في وضع 3D.

لتقليل مدة إضاءة البكسل، يوفر WibbleWobble أداتين:
إدراج الإطار الأسود - إدراج إطار أسود بين الإطارات المفيدة (معامل Black Frame Insertion Interval في Client Config).
محاكي شعاع CRT من Blur Busters - تظليل يحاكي مسح شعاع الإلكترون في CRT: فهو يُفرغ الصورة سطرًا بسطر بدلًا من إطار كامل. يعطي نتيجة أفضل لكنه متطلب من الشاشة: يحتاج غاما 2.2 أو 2.4، وإيقاف ABL/APL، وOLED في وضع SDR. وعلى شاشات FALD وMiniLED يعمل بشكل ضعيف بسبب قصور الإضاءة الخلفية.

يجب عدم تمكين هذين الوضعين في الوقت نفسه. عند استخدام CRT Sim، يجب أن يكون معامل Black Frame Insertion Interval في Client Config صفرًا. يجدر التأكيد بشكل منفصل على أن اللعبة قد تعمل بمعدل أقل مما تُخرجه الشاشة من إطارات، فيملأ البرنامج الإطارات الناقصة حتى معدل الشاشة. لكن هذا ليس توليدًا لصور وسيطة جديدة - بل تكرار لإطارات جاهزة. بعبارة أخرى، لا توجد أي من السلاسة التي توفرها طريقة إعادة العينات.

التداخل البيني هو التأثير الذي تصل فيه الصورة المخصصة لعين واحدة جزئيًا إلى العين الأخرى. ونتيجة لذلك، يرى المشاهد خطوطًا مزدوجة أو "أشباحًا" شبه شفافة بجوار الأجسام. وهذا يخفض جودة الصورة ثلاثية الأبعاد ويقلل الإحساس بالعمق. لمكافحة ذلك، تم تضمين دعم إدراج الإطار الأسود ومحاكي شعاع CRT من Blur Busters. ولكبت التداخل البيني بشكل شامل، يُستخدم وضع ذكي: تُرسم صورة اللعبة عند 60 هرتز، وتتلقى النظارات المزامنة عند 120 هرتز، ويجري الإخراج إلى الشاشة عند 240 هرتز مع تكرار الإطارات.

على الرغم من كل مزاياه، فإن هذه الطريقة لها قيود يجب ذكرها بشكل منفصل. وهي لا تنبع من أي نقص في البرنامج بل من مبدأ التشغيل المختار. لا يتم عرض وجهة النظر الستيريو الثانية من نموذج المشهد بل يُعاد بناؤها من إطار مكتمل بالفعل وخريطة عمق. إذا لم تكن هناك بيانات حول ما هو مخفي خلف الأجسام الأمامية في الإطار المصدر، فلا يوجد مكان لاستعادتها منه.

ثقوب عند حواف الأجسام - انفصال الرؤية
هذا هو العيب الرئيسي لهذه الطريقة. عندما يزيح البرنامج وجهة النظر للعين الثانية أو لالتفات الرأس، يجب أن يصبح جزء من الخلفية كان مخفيًا بحافة جسم أمامي في الإطار المصدر مرئيًا. لكن لم يقم أحد بعرض تلك البكسلات - فهي غير موجودة فعليًا. ليس لدى البرنامج ما يملأ به الفجوة، لذا إما يمدد بكسلات الحافة، منتجًا هالة ممتدة "مطاطية" على طول المحيطات، أو يستبدلها برقعة "معقولة" لكنها عادة غير صحيحة. كلما زادت إزاحة وجهة النظر، اتسعت أشرطة الهالة. هذا ليس خطأ في التنفيذ بل قيد في الطريقة نفسها: لا يمكنك استخراج ما هو مخفي خلف الأجسام وغير مرئي في الصورة من صورة واحدة.

حركة الرأس تضاعف التشوهات
في الاستيريو العادي تكون المسافة بين نقطتي الرؤية صغيرة وثابتة - تساوي المسافة بين البؤبؤين. لكن مع "نافذة على العالم"، يتحرك الرأس عشرات السنتيمترات في اتجاهات مختلفة، لذا يكون انزياح نقطة الرؤية النسبي أكبر عدة مرات من الطبيعي، وتزداد الثقوب والتلطخ حجمًا. يحدث الأمر هكذا: اجلس بلا حركة فلا تكاد توجد تشوهات، لكن تأثير الـ 3D ضعيف أيضًا؛ تحرك كثيرًا فيظهر التأثير، لكن كل شيء على حواف الأجسام يصبح ملطخًا وعائمًا.

تعتمد الرسومات على خريطة العمق
يحتاج البرنامج إلى معلومات صحيحة عن المسافة إلى كل نقطة في المشهد. لا توفرها اللعبة دائمًا، أو لا توفرها كاملة. الأسطح الشفافة - الماء والزجاج والدخان والنار وأوراق الشجر - عادة لا يكون لها عمق مفصل، أو لا ينشئه المحرك إطلاقًا. ونتيجة لذلك تنتهي الأجسام على مسافة خاطئة: يلتصق الماء في المكان الخطأ، ويتضاعف الدخان، وتتدلى الجسيمات في الهواء في مواضع مختلفة. وفوق ذلك، لا تُخرج كل لعبة مخزن عمق متوافقًا على الإطلاق - في بعضها يكون معكوسًا، وفي أخرى يكون محميًا ولا يمكن قراءته.

الانعكاسات والإضاءات اللامعة هي الأكثر تضررًا
المرايا والماء والأسفلت المبلل والمعدن تُحدَّد بعمق سطحها نفسه، لا بالصورة المنعكسة فيها. وعندما تنزاح نقطة الرؤية، ينحرف الانعكاس إلى مكان لا يعرفه أحد. وإذا كانت الإضاءة اللامعة "مرسومة" على السطح، فإنها لا تتصرف كما ينبغي في العالم الحقيقي. وبالتحديد أكثر المحتوى اللامع بروزًا هو ما يبدو مسطحًا وخاطئًا في الاستيريو.

الواجهة وعلامة التصويب و HUD
العناصر ثنائية الأبعاد فوق الإطار - أشرطة الصحة والقوائم وعلامة التصويب - تُرسم عند عمق صفري، لذا تنتهي بعد المعالجة على مسافة استيريو خاطئة. فإما أن تغوص الواجهة في الشاشة أو تتدلى أمام المشهد. وعلامة التصويب مشكلة بحد ذاتها؛ إذ يجب ضبط موضع عمقها دائمًا تقريبًا يدويًا.

إطار واحد لكلتا العينين
ترى كلتا العينين الصورة نفسها، لكنها منزاحة فقط. مع العرض الاستيريو الصادق تحصل كل عين على إضاءاتها وظلالها وانكساراتها الصحيحة الخاصة بها؛ أما هنا فلن يحدث ذلك. ولهذا تظهر الأجسام كطبقات مسطحة مقطوعة من الخشب المعاكس ومرتبة حسب العمق، لا كأجسام مجسمة. وفي المواد الإنجليزية يُسمى هذا التأثير تأثير "القطعة الكرتونية".

ضبط خاص بكل لعبة
يُضبط مجال الرؤية ومدى العمق والتقارب يدويًا لكل لعبة على حدة. وخطأ الضبط يؤدي إما إلى إجهاد العين بسبب تقارب مفرط، أو إلى مقياس خاطئ يبدو فيه العالم كأنه لعبة أو عملاقًا، أو حتى عمق معكوس تمامًا. وهذا حل من نوع "اضبطه واكتشف الأمر"، لا "ثبّته والعب".

زمن الاستجابة والإطارات غير المنتظمة
تعرض اللعبة الإطارات بشكل غير منتظم، ويُكيّفها العميل مع معدل الإطارات الثابت للشاشة عبر تكرار الإطارات الجاهزة. والتكرار نفسه لا يُدخل تشوهًا، لكن زمن الاستجابة بين الفعل والصورة يتراكم: التقاط الإطار، والمعالجة، والإخراج. وبالنسبة لتتبع الرأس، يُحس أي زمن استجابة كهذا كـ"عومان" للمشهد. ويحتوي Game Config على معامل Frame Capture Delay لهذا الغرض، لضبط لحظة الالتقاط.

تداخل متبقٍ ومتطلبات عالية للشاشة
تقنيات برمجية - إدراج الإطار الأسود ووضع 60/120/240 - تكبح الظلال الشبحية، لكنها لا تزيلها تمامًا، لأن التداخل المتبادل تحدده عوامل عديدة: فيزياء لوحة العرض والنظارات نفسها. يعتمد على زمن استجابة البكسل، وسرعة التبديل، وتباين عدسات النظارات، ومعدل الرسم العمودي للشاشة. بالإضافة إلى ذلك، يتطلب الوضع الأكثر شراسة لوحة سريعة 240 هرتز مع ثبات بكسل قصير، وهو ما لا يمتلكه كل مستخدم. على عكس NVIDIA 3D Vision، لا يعيد ReShade إنتاج حجم جاهز بل يصنعه من إطار مسطح. لهذا السبب فإن الثقوب على طول المحيطات، والانعكاسات غير الصحيحة، والحواف العائمة هي عيوب ثابتة في الطريقة، وليست نقصًا مؤقتًا.

الهندسة المجسمة هنا صادقة، ولا يوجد أي من عيوب تركيب الصورة - انفصال الرؤية، "الكرتون"، الانعكاسات المكسورة - موجودة هنا. لكن هذه الطريقة لها تكلفتها الخاصة أيضًا، وهي مختلفة.

يجب أن تدعم اللعبة الواقع الافتراضي
هذا هو القيد الرئيسي. لا تعمل الطريقة مع أي لعبة عشوائية: فهي تتطلب إما دعمًا مدمجًا للواقع الافتراضي أو تعديلًا للواقع الافتراضي. إذا لم يوجد تعديل جاهز، فلن يعمل مسار OpenVR، وتبقى فقط ReShade بكل عيوبها. بمعنى آخر، التوافق الواسع الذي يوجد من أجله المسار الأول يُفقد تمامًا هنا.

حمل مضاعف على بطاقة الرسوميات
يُعرض المشهد بالفعل مرتين، من كاميرتين. لا يوجد أي توفير يوفره إعادة إسقاط منظور واحد: ينخفض الأداء تمامًا كما يحدث في الواقع الافتراضي الحقيقي. يُعوَّض هذا جزئيًا بإعداد الدقة في VR Config - يمكن خفض دقة كل عين، وسيقوم WibbleWobble بتكبير الصورة إلى دقة الشاشة.

تثبيت معقد
يجب تثبيت SteamVR. يُسجَّل التعريف عبر Install.bat بصلاحيات المسؤول، وبعد ذلك يجب إضافة سطرين يدويًا إلى ملف config\steamvr.vrsettings: "forcedDriver": "WibbleWobbleVR" و "activateMultipleDrivers": "true". ثم أكمل Room Setup في وضع STANDING ONLY. خطأ في أي خطوة، وبدلًا من المجسم، تحصل على شاشة سوداء دون رسالة واضحة عن السبب.

قيود OpenVR نفسه
بعض الإعدادات لا يمكن تغييرها أثناء التشغيل. إذا غيّرت الدقة أو معدل الإخراج، يلزم إعادة تشغيل SteamVR. هذا قيد في المنصة، وليس في البرنامج، لكنه يبطئ ضبط الألعاب بشكل ملحوظ.

تحسين العرض يكسر بعض الألعاب
يحتوي VR Config على معامل Optimise Single Eye الذي يسمح بعرض عين واحدة فقط أو كلتا العينين بنصف مجال الرؤية. يحذر مؤلف المشروع مباشرة: وضع "Both" هو الأكثر إشكالية - قد يحدث تظليل وفقدان تزامن العينين، وقد "تنزاح" الصورة. في بعض الألعاب سيتعين إيقاف التحسين تمامًا.

الصراع على تركيز النافذة
بعض الألعاب لا تمنح التركيز لواجهة WibbleWobble: لا يعمل مزيج المفاتيح SHIFT + END، أو تُرسم الواجهة لكن لا يمكن التحكم بها. عليك التبديل يدويًا عبر ALT + TAB. مشكلة منفصلة: يجب عدم إغلاق نافذة WibbleWobble - فالبرنامج لا يتعافى بعد ذلك، وسيتعين إعادة تشغيل اللعبة.

إعادة التمركز عند كل تشغيل
يجب توسيط التتبع يدويًا (SHIFT + .) في كل مرة عند بدء التشغيل، بحيث يتم وضعه بدقة في منتصف منطقة العمل أمام الشاشات. إذا لم يكن الرأس هناك أثناء التوسيط، يبدأ إعادة الإسقاط في التصرف بشكل غريب و"تنحرف" النسبة. وكما يعترف المؤلف نفسه، فإن الوصول إلى الموضع الصحيح يتطلب تدريبًا. يمكن إصلاح ذلك لاحقًا باستخدام برنامج تتبع أكثر ذكاءً.

غرائب التطبيقات الفردية
بعض البرامج تعمل فقط مع علامات تجارية معينة من سماعات الرأس. بالنسبة لها، يحتوي VR Config على معامل Headset Identification الذي يجعل WibbleWobble يقدم نفسه كجهاز مختلف - Vive، على سبيل المثال - والذي بدونه لا يعمل تتبع الرأس في DEOVR. بعبارة أخرى، التوافق في بعض المواضع يعتمد على حلول ملتوية مثل هذه.

أرضية مشتركة مع المسار الأول
كل ما يتعلق بالعتاد ينطبق على كلتا الطريقتين: التداخل المتبقي، الحاجة إلى لوحة سريعة، الحاجة إلى مزامنة دقيقة للنظارات. إخراج الستيريو، والباعثات، وBFI، وCRT Sim تعمل بنفس الطريقة بغض النظر عن مصدر الزوج المجسم.