VR中對物體重量的感知技術(shù)

　　對于現(xiàn)有的虛擬現(xiàn)實動作控制器，如果沒有方法可以產(chǎn)生阻力反饋的話，用戶將如何能夠感受到虛擬物體的不同重量呢？ 為此，創(chuàng)意公司B-Reel探索了幾個方法，并對外公開了他們的實驗成果，以供其他人共同探討。

　　本文由B-Reel撰寫，B-Reel是一家創(chuàng)意公司，于1999年在瑞典首都斯德哥爾摩成立。現(xiàn)在該公司擁有170多名設(shè)計師、策劃、開發(fā)者和策略分析師，在全球范圍內(nèi)有6個辦事處。對技術(shù)和創(chuàng)意的熱愛是這家公司不斷探索未知領(lǐng)域的動力。該公司力求扁平、迅速和有趣的創(chuàng)作流程，確保從創(chuàng)意到制作的整體性。B-Reel的業(yè)務(wù)范圍包括策略制定、理念構(gòu)思、設(shè)計、編程、動畫制作、導(dǎo)演和問題解決。

　　在過去一年中，從內(nèi)部項目，到與谷歌I/O大會的Google Dayream，我們一直熱衷于進(jìn)行虛擬現(xiàn)實相關(guān)的實驗。我們堅定不移地相信，虛擬現(xiàn)實的未來很光明，處處充滿著機(jī)遇。

　　在以往的VR嘗試中，我們通過制作一些獨立的體驗，進(jìn)一步了解到了這種媒介的制作流程和具體要求?，F(xiàn)在，我們希望更加深入地發(fā)掘提升虛擬現(xiàn)實體驗的基本交互原則。Daydream團(tuán)隊采用的實用性虛擬現(xiàn)實平臺對我們產(chǎn)生了很大的啟發(fā)，而這種平臺的實現(xiàn)則需要上面提到的交互。于是，我們決定先對某種特定的交互進(jìn)行單獨的探索。

　　視覺交互模型 vs 物理交互模型

　　目前，大部分實用性VR界面都是通過漂浮在半空的簡單2D平面固定的。但如果是VR游戲的話，它的界面顯然會有更少的視覺交互，更多的物理交互。以《Cosmic Trip》為例，這款游戲巧妙地采用了物理按鈕來作為菜單導(dǎo)航；而《Job Simulator》則幾乎完全摒棄了指向—點擊這種傳統(tǒng)的交互范式。

　　Cosmic Trip （左） Job Simulator （右）

　　我們以此前提進(jìn)行了頭腦風(fēng)暴，然后得出了一個非常吸引人的想法——我們可以模擬出與VR物體交互時的重量感。當(dāng)用戶撿起物體的時候，我們能否通過調(diào)整用戶的動作速度讓其感覺到物體的重量區(qū)別呢？更重的物體撿起來會更慢，而更輕的物體則可以用正常的速度撿起來。雖然這不算是什么創(chuàng)新，或許也不能直接應(yīng)用在實用性的場景中，但我們覺得這個想法是非常值得探索的。

　　我們希望可以想出一個方法，可以應(yīng)用在所有使用動作控制器的平臺上：從Daydream的仿Wii控制器，到Vive和Rift這種高級的房間追蹤控制器。于是，我們決定先為最先進(jìn)的平臺進(jìn)行設(shè)計（在Oculus Touch推出之前，我們先以Vive為基準(zhǔn)），然后為Daydream探索出簡化的方式，最后是為Gear VR和Cardboard設(shè)計出基于注視點的控制。

　　VR動作控制器

　　至于開發(fā)軟件，我們不知道該選擇熟悉的Unity引擎，還是渲染能力更強(qiáng)大的Unreal引擎。目前我們還是選擇了Unity，希望在未來可以更多地嘗試Unreal引擎。

　　確立目標(biāo)

　　我們之前的虛擬現(xiàn)實項目都做得比較隨意，所以它們并沒有什么重復(fù)利用的價值。所以這一次我們準(zhǔn)備為自己定下更高的目標(biāo)。下面是我們至少要達(dá)到的成功標(biāo)準(zhǔn)：

　　建立Unity引擎的協(xié)作流程，同時讓更多團(tuán)隊成員熟悉這個流程。

　　制作一個內(nèi)部使用的基本“樣板”環(huán)境，以便我們未來可以快速建立和進(jìn)行VR實驗

　　研究過程

　　決定好方向和目標(biāo)之后，我們組建起了一支團(tuán)隊：3位3D/動作藝術(shù)家、2位設(shè)計師、1位創(chuàng)意技術(shù)員。我們使用了Git（YiViAn注：Git是一款免費、開源的分布式版本控制系統(tǒng)）作為不同設(shè)備之間交流和分享資源的工具。各個場景每次可由一位成員進(jìn)行查看與編輯，這時其他人員則負(fù)責(zé)制作用于主要場景的預(yù)制件（prefab）。雖然這種方式比較適合我們這樣的小型團(tuán)隊，不過我們也在積極探索適合大型團(tuán)隊和項目進(jìn)行高效協(xié)作的方法。

　　第一步：成為撿東西的藝術(shù)家

　　首先我們需要明確認(rèn)識撿起和移動物品的基本物理學(xué)原理，否則實現(xiàn)重量反饋將無從談起。而我們很快便發(fā)現(xiàn)，這些概念其實都是相通的。跟其他很多東西一樣，VR行業(yè)內(nèi)還沒有形成實現(xiàn)這種動作的“正確”標(biāo)準(zhǔn)。所以，我們嘗試了幾個不同的想法，并將它們分成兩類：直接連接（直接提起，形成一個固定的節(jié)點）；寬松連接（調(diào)整速度，或者使用引力把物體牽引至控制器）。不同的連接種類決定了我們模擬重量的方法。

　　直接連接

　　對于直接連接，物體會完全匹配控制器的運動。如果控制器移動太快，物體會因為重量問題而跟不上，然后兩者的連接會中斷，物體就會掉在地上。

　　寬松連接

　　對于寬松連接，不同重量的物體的引力強(qiáng)度也會不同。更輕的物體反應(yīng)更快，更接近與直接連接的感覺。更重的物體的移動會滯后于控制器，而且需要更多的“力氣”才能提起來。我們原先并不期待這種效果會很好——因為物體不能完全跟蹤控制器的動作，這是虛擬現(xiàn)實的一個大忌。但是最后我們發(fā)現(xiàn)它的效果竟然出奇地真實。我們從中得出了兩個心得：

　　我們在提起物體的時候仍然會顯示控制器（保持對物體的完全追蹤），避免用戶感覺自己失去了對環(huán)境的直接控制。

　　當(dāng)控制器接觸到物體的時候，我們就將兩者鎖定在一起，形成一個直接連接。我們加入這個機(jī)制的原因是，我們發(fā)現(xiàn)重量感是在“撿起”動作發(fā)生的時候最有用，隨后它就只能起到分散用戶注意力的作用。