像素密度提升33%，Quest Pro动态注视点渲染原理详解

在Connect 2022上，Meta发布了Quest Pro，并首次在VR中引入动态注视点渲染（ETFR）功能，这是一种新型图形优化技术，特点是以用户注视点为中心，动态调节VR屏幕的清晰度（注视点中心最清晰、像素密度高，周围边缘清晰度低，像素密度低），好处是在节省GPU运算量的同时，也保持了足够清晰的VR观感。

自ETFR功能推出后，陆续有多款VR游戏支持该功能，比如《Vertical Robot》、《Red Matter 2》等等。据悉，《Red Matter 2》由Vertical Robot开发，该作登陆Quest Pro后，像素密度比之前提升了33%（等同于视觉中心的像素数量增加了77%），文字清晰度、光影和色彩表现足够优秀，突破了Quest头显的图形极限。

Vertical Robot指出：在《Red Matter 2》中激活ETFR功能很简单，随后只需要考虑如何提升VR游戏的像素密度，以及测试效果。结果发现，该作在Quest Pro上画质非常清晰，真正提升了游戏体验。

什么是ETFR

我们知道，Quest头显支持固定注视点渲染（FFR），虽然也是在视觉中心渲染高分辨率，在周边渲染低分辨率画面，但视觉中心的位置基于你转头的方向，而不会跟随注视点移动而实时变化。

相比之下，ETFR基于实时眼球追踪技术，清晰区域跟随眼球运动，因此可以进一步缩小高分辨率区域，比FFR节省更多GPU算力。

开启Offset

ETFR是怎么实现对VR画面动态渲染的呢？原来，Meta为Unity和Unreal引擎开发了专门的Vulkan扩展插件：Tile Offset（分块补偿），该插件可指定像素补偿值，并设定注视点贴图（也就是视觉中心和余光区域的比例），这个注视点贴图支持重复使用、平滑运动，可以根据注视点变化，进一步调整图像清晰度。Tile Offset还有一个好处，就是避免了图像分辨率每次更新时可能产生的闪烁问题。

关闭Offset

OpenXR API

Meta指出，Quest正在全面支持OpenXR API，因此ETFR功能也仅支持OpenXR标准。因此UE4开发者需要在引擎中选择OpenXR OVRPlugin插件，才能接入ETFR API（由FFR所使用的框架XR_FB_foveation扩展而来，现在是一个基于OpenXR的API）。

ETFR API的特点是，可在Unity、Unreal的Quest集成工具（v49版开始）后台调用API，开发者无需处理细节。不管是原生VR游戏，还是移植VR游戏，都可以在游戏引擎中开启ETFR功能。

优化延迟

不管是眼球追踪还是注视点渲染，这些过程都具有一定延迟，分别在多个步骤中产生，比如摄像头读取、眼球追踪、渲染线程、GPU渲染、显示等过程。

Meta为了降低ETFR渲染管道的延迟（从注视点运动到显示屏响应的时间），将相机传感器和处理器的刷新率设置为和显示屏相同，并且和渲染管道完全同步，此外，还抵消了眼球追踪相机的数据捕捉时间，从而缩短从捕捉到眼球信息到输出注视点贴图的时间。

经过测试，在UE4应用中运行ETFR的端到端延迟大约在46到57毫秒之间，具体数据根据当前的渲染负载变化。值得注意的是，ETFR还支持预测眼球运动，Meta测试了多种眼球运动，均获得不错的视觉体验。

有哪些局限？

尽管ETFR可以有效提升VR图像质量，但不一定适合所有类型的内容。Meta指出，如果VR应用使用大量复杂的材质，或是渲染分辨率很高，那么使用ETFR的效果会很好，可以将给定渲染通道的片段着色次数减少（此类应用通常受到像素限制）。然而，如果VR应用受到顶点限制（vertex），那么ETFR的作用不大。

此外，ETFR目前仅应用于眼睛缓冲区（主层），如果使用额外的合成器层，那么ETFR也无法优化渲染、合成这些涂层的GPU成本。也就是说，它只能改善眼睛缓冲区的渲染成本。

Meta建议，开发者应该根据VR应用类型去使用ETFR，并确保测试效果稳定。ETFR也存在和FFR一样的缺点，比如低像素密度的外围区域可能产生闪烁，尤其是在渲染高对比度、复杂的结合形状时，因此开发者需要尽可能扩大中心清晰区域的范围，更好的平衡性能和视觉质量。

进一步优化GPU

注视点渲染功能节省了部分GPU算力，这些算力可进一步提升中心区域的清晰度。Meta宣称，这样可以将渲染分辨率提升至1872x2048（像素数量提升至111%），而中心视觉区域的PPD可达15.5，整体效果要比FFR更好。

不过，ETFR能节省多少GPU算力还取决于应用内容，因此需要开发者经过测试来验证最佳参数组合，确保余光区域没有明显视觉伪影。

总之，ETFR的主要用途是减少VR渲染所需的像素数量，并尽可能平衡性能和视觉质量，提升中心视觉的PPD，以及优化图形复杂性、分辨率、MSAA（多重采样抗锯齿）等级、注视点区域范围等方面。该功能可作为FFR等图形/性能优化工具的一个补充，根据VR应用的类型和需求来选择是否开启。此外，也可以在游戏主菜单、游戏场景分别独立开启/关闭ETFR。

参考：Meta