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动作控制器,最佳虚拟现实输入系统

供稿:中国工控网 2016/6/20 16:59:42

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虚拟现实的交互问题越来越多。交互问题跟虚拟现实的功能息息相关,虚拟现实中的交互会影响用户的体验,以及沉浸感。

  Oculus的第一代头显—Rift DK1,在全球范围内掀起了虚拟现实的热潮。输入系统变得无比重要。在虚拟现实世界中,键盘和鼠标不再有用,但是单凭头部追踪和视点感应不足以支撑虚拟现实中的交互。

  对于移动虚拟现实设备,像GearVR头显所使用的触摸屏和无线游戏手柄这样的工具已经变得十分流行。而连接PC和主机的头显设备则可以对输入系统做更多的文章。三巨头(Oculus、HTC、索尼)都在定位追踪器上花了很大的精力。

  Oculus和索尼都在研发支持站姿和坐姿的定位追踪系统,而Vive的房型追踪系统则可以让用户在4.5米x4.5米的空间内自由活动。

  很多人可能都会好奇为什么这些主要的头显厂商向顾客提供这样的定位追踪系统,而不是使用一些传感器设备来捕捉手部或者手指的运动。

  首先,对于虚拟现实控制系统来说,什么才是必备的?如果要用一个词来形容最重要的要素,那么我们会说:自然。虚拟现实控制系统应该尽可能自然地模拟到我们与周边环境的交互。直观地理解“自然”这个词,其实原则很简单,就是做到自然无缝模拟。

  然后是同步。这跟自然的概念很接近,而同步这个词也是非常重要。同步是指,用户在现实世界的行动是跟虚拟现实的行动是同步的,一致的。这不仅关乎交互界面,更多的是关乎用户体验设计,以及用户在虚拟现实中存在的影响。

  好的定位追踪系统和头显才能实现更好的同步。同步得越好,沉浸感就会越好。但是对于同步来说,稳定性也是同样重要。

  那么为什么主要的头显厂商向顾客提供这样的定位追踪和输入系统呢?答案是,就目前而言,这些系统可以在虚拟现实环境中为用户提供最自然,最直观和最稳定的交互。

  1、交互

  其实如果只是用手就可以实现与虚拟现实世界的交互是相对最自然的。我是说不用任何额外的手持设备,手部控制器其实会影响自然的交互体验。

但手部控制器其实只不过是一个工具而已,就像个锤子,或者鼠标一样。到了一定层度,这个控制器和用户就会融为一体。例如,当一个人驾驶汽车到了一定程度的时候,他就能感受到汽车维度,好像能感知到汽车的一切,这就是传说中的人车合一。

一些科学研究显示,当猴子使用某些工具的时候,大脑中的神经网络会发生变化,大脑会把工具纳入到全身系统中(这部分神经会不断更新身体和四肢形状的脑图)。

  当YiViAn开始测试HTC Vive的时候,就立即明白为什么设计者会在虚拟环境中也建立一个虚拟模型,并且创建真实控制器和虚拟控制器的同步。当你手持一个真实的控制器并且在虚拟环境中看到一个控制器会提供一种更深的沉浸感。

  在一个Oculus的视频中,一名开发者分享了关于使用控制器的经验。在测试完某个项目的demo后(他当时还是戴着头显的),他把真实的控制器放在虚拟桌面上,但是他忘记了现实中是没有桌子的。相信大家都能猜到,当他放开控制器的时候,控制器掉在地上并且摔坏了。

  在其他一些案例中,像枪或者番茄酱瓶子都可以作为虚拟控制器在屏幕中显示出来。区别在于,这些物体的真实感可能不会太强烈。但是在一定的时候,你会忘记你是拿着一个控制器的,你只会认为你正在用手在操作虚拟物体。这个时候,控制器就与你融为一体了。

  现在就让我们谈论一下上面提到的可替代控制器的传感器。看看这些传感器在”自然“和”同步“方面表现如何,更重要的是,它们如何适应不同类别的消费者。

  光学传感器

  但这些传感器在实现动作捕捉的时候存在一些问题。

  在与虚拟环境进行交互的时候,用户需要时刻将手部放在传感器的前面,基本上是时刻保持在你的面前,这个范围是相对狭窄的,而且这相当的不自然。长时间保持这样的姿势是不现实的。另外一个问题是,有时候我们根本不会留意我们的手在干什么,例如,当你在拉小提琴的时候,你是不会看着你的手拉弓的。但是系统应该可以模拟琴弓的位置,并且也能定位到手部的运动。

  现在手部追踪系统的算法还不算理想。在一些角度上,用户几乎看不到自己的手部,而且追踪系统经常会出现问题。或许Leap Motion最新版本的SDK已经解决了这个问题。如果是的话,那么我倒希望能够尝试一下。

  触觉手套

在虚拟现实控制系统中使用手套让人想起了赛博朋克风。但是,尽管带传感器的手套可以解决很多的问题,但是用户体验设计上仍然存在很多的问题。例如,不同的人的手大小是不一样的;卫生方面的问题;使用手套需要时间准备;戴上手套后感觉不到真实的温度。

不过谁知道呢,《玩家一号》里的角色每天都是带着触感手套,也不见有什么人抱怨过。

  2、空间运动

  现在对于虚拟现实输入系统来说,一个重大的挑战是用户在虚拟空间里的运动。很少会有头显可以提供身体运动的同步,但就算是HTC的用户,可运动的空间其实也不大。正是缺乏现实世界和虚拟现实之间的同步才会导致所谓的“感官失调”,让用户产生晕眩。

  晕动症这个问题是很严重的,很多的虚拟现实项目都不得不限制用户的自由运动,甚至是完全禁止。

  当然如果当用户坐在一部虚拟汽车或者是巨型机器人里面是不会产生这样子的问题的,可以自由运动的虚拟现实体验才会导致晕动症的出现。

  要解决晕动症,其实厂商们给出了很多种不同的方法。例如可以改变运动机制(向视点的移动、点到点的运动、可视化的运动轨迹、慢动作效果或者夸张效果等等)。但是最有效的方法是减少自由运动。

  对于模仿自然运动是也是有很多的方法的。例如用于将玩家的运动同步反馈到实际游戏中的全向跑步机KATWALK,我们相信在未来这款设备会有很大市场,但是现在市场上存在的这个版本并不适合大部分的消费者。现在这款设备的安装十分复杂,用户还需要穿上特制的鞋子,使用时需要额外的时间进行准备。当然还有其他的一些因素阻碍了这款设备的推广。

  3、虚拟化身

  对目前输入系统的另一个疑问是用户的虚拟化身。一个主要的问题是,现在并不能准确地可视化虚拟化身。

  对于这个情况,如果想有效地可视化虚拟化身,那么目前有效的办法是制作更多复杂的追踪系统,但是价格也会更加昂贵。

  开发者为Oculus Rift制作的沙盒游戏《Toybox》就完全解决了虚拟化身这个问题。

  但是会有任何的失真吗?这个情况就要根据虚拟化身的呈现方式是如何了。在游戏中,如果用户的角色是一个鬼魂的话,那么就不会存在失真这个问题,视觉的限制就会被故事合理化了。

  在很多游戏中,玩家的角色以及玩家本身都不应该自由的移动。例如,如果虚拟化身坐在驾驶座上的时候,这个问题也会得到解决。在上面讲到的《Toybox》游戏中,可视化虚拟化身问题也得到了很好的解决(在游戏中虚拟化身像是全息图像)。由于高质量的定位追踪系统,即使是虚拟化身不是以全身形象出现,或者不太现实的虚拟化身的同步都是可以令人感到真实的。

  4、前景

  总的来说,上面提到的技术的应用前景并不一定会像想象中那么好。在2016年,像HTCVive、OculusTouch这样的设备才是市场关注的重点。我们提到的手部光学传感器、触感手套和其他类型的输入设备还有很多的问题需要解决,但是在未来很有可能会有某些设别能解决虚拟现实中的输入问题。我们相信,这些设备可能会是光学传感器。当然在实现全面沉浸的道路上,我们才刚刚开始。


审核编辑(王静)
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