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| 本文作者： 田苗 | 2016-07-08 16:34 |
日前，Oculus公司旗下Story Studio（故事工作室）的場景設(shè)計(jì)師John Ballantyne發(fā)表博文，講述了他們面對定位追蹤的VR體驗(yàn)，要將虛擬環(huán)境與真實(shí)世界同步時(shí)，虛擬場景設(shè)計(jì)所遇到的困難與挑戰(zhàn)，并且提到他們的解決辦法。全文內(nèi)容可參考以下。
Story Studio面臨最大的挑戰(zhàn)是，如何在定位追蹤的VR體驗(yàn)中設(shè)計(jì)無縫體驗(yàn)。定位追蹤是關(guān)鍵，而且特別重要，甚至是Rift的體驗(yàn)精髓之所在。通過定位追蹤系統(tǒng)，你在真實(shí)世界的動(dòng)作，可被還原到VR的虛擬體驗(yàn)中，從而形成極強(qiáng)的沉浸感。它將用戶真實(shí)身體與虛擬世界直接相連，以獲得更多本能反應(yīng)和意猶未盡的體驗(yàn)。
然而，對體驗(yàn)設(shè)計(jì)師來說，定位追蹤也讓我進(jìn)一步失去對鏡頭的控制，其程度甚至超過了我們對電子游戲中鏡頭的控制。在現(xiàn)實(shí)世界中，你想到哪兒，就能到哪兒，而動(dòng)作被映射到虛擬世界后，虛擬建模下可以容易地移動(dòng)你的位置。不過，具體說明前，可以先回顧下Oculsu Rift的定位追蹤系統(tǒng)。
雷鋒網(wǎng)曾發(fā)文《HTC vive、Oculus rift、PS VR，三大頭顯都是如何做定位的？｜深度》。文中詳細(xì)講述了三大頭顯的定位原理，并做了比較。其中Oculus的頭盔上隱藏著一些的紅外燈（標(biāo)記點(diǎn)），這些紅外燈會(huì)發(fā)射紅外線，這時(shí)與頭盔配套的兩臺外部攝像頭便能實(shí)時(shí)探測到這些紅外線。追蹤系統(tǒng)使用探測到的紅外線數(shù)據(jù)，以確定你與攝像頭的相對位置。而攝像頭的位置和現(xiàn)實(shí)空間的布局決定了你可被追蹤的區(qū)域。
不同于追蹤區(qū)域，你與攝像頭的相對位置就是VR體驗(yàn)設(shè)置中，你可被追蹤的實(shí)際空間。這個(gè)空間可大于追蹤區(qū)域（理想情況下）或比追蹤區(qū)域小一些（特別情況下）?？晒w驗(yàn)的空間則會(huì)影響虛擬世界的界限范圍，以及墻、沙發(fā)等等。
目前，我們堅(jiān)持1:1的真實(shí)和虛擬人物對應(yīng)移動(dòng)。但也可以使用其他方式操作虛擬人物移動(dòng)，如游戲手柄移動(dòng)，或命令控制瞬間移動(dòng)，這些可能比較方便些。
盡管，我們已經(jīng)看到許多相當(dāng)不錯(cuò)的方式，在VR中實(shí)現(xiàn)位置移動(dòng)。但我們多數(shù)的敏感成員們依舊感到不舒服，或者說追蹤系統(tǒng)減弱了體驗(yàn)中的臨在感。而這個(gè)部分則需要在VR中積極探索。
當(dāng)體驗(yàn)開始時(shí)，你在虛擬世界中所處的位置是哪里？顯然，該問題比我們想的有趣得多。更沒有料到，一個(gè)簡單的方案竟然花費(fèi)了數(shù)周時(shí)間。
而這在電影或游戲中，根本不能稱之為問題。通常的做法是，首先確定電影或游戲中的地點(diǎn)，讓你進(jìn)入到我們構(gòu)建的世界，然后，把你放在那里。我們尋找一個(gè)搭建良好的場景，給你足夠的背景環(huán)境來理解，這是個(gè)什么樣的體驗(yàn)，或這是怎樣的世界。但我們希望在具有定位追蹤的VR體驗(yàn)中，能夠?qū)崿F(xiàn)同樣的事情，不過，實(shí)踐起來卻稍有些難度。
為了便于理解這個(gè)難題，以及它對VR定位追蹤的意義所在，可以先來看看我們先前所做的各種嘗試。
在你的世界，你要設(shè)計(jì)一個(gè)點(diǎn)作為你抵達(dá)的地方，然后體驗(yàn)開始。從概念上說，一般情況下我們知道，想要你去的地兒，以及想要你面對的方向。所以，就把你準(zhǔn)確地放在那里。概念上確實(shí)是這樣，但結(jié)果，能否成功地進(jìn)行定位追蹤，這與你和追蹤區(qū)域中心的遠(yuǎn)近息息相關(guān)。
下圖中，點(diǎn)狀線代表著追蹤區(qū)域的范圍，實(shí)線代表你虛擬空間的范圍。藍(lán)色圈則是你與這兩塊區(qū)域的相對位置。
圖1：在定位追蹤系的VR體驗(yàn)中，只有用戶（藍(lán)色圓圈）站在追蹤區(qū)域的中心，才能到虛擬房間中，需要去的位置。
在理想情況下（如上圖），體驗(yàn)一開始，你站在追蹤區(qū)域的中心點(diǎn)。你能以同等距離向各個(gè)方向移動(dòng)，直到“撞上”追蹤區(qū)域的邊緣，從而無法在虛擬空間中移動(dòng)。你將擁有最大限度的自由，去探索所處的虛擬空間。
而在壞的情況下（如下圖），一開始體驗(yàn)，你站在追蹤區(qū)域的中心點(diǎn)。但受到實(shí)際追蹤情況的限制，你只能從那些邊界移開。在此時(shí)，你受到限制，只能在75%的虛擬空間中走動(dòng)。進(jìn)一步說，大部分的追蹤區(qū)域會(huì)映射到虛擬世界中，然而你可能無法到達(dá)“本應(yīng)追蹤的區(qū)域”。
圖2：壞的情況是，不關(guān)心用戶真實(shí)世界的位置，只將他們放在虛擬房間。而如果他們位于追蹤區(qū)域的中心，多數(shù)范圍的虛擬空間是無法抵達(dá)的。
為矯正上述的問題，我們要盡力在追蹤范圍內(nèi)，將虛擬和現(xiàn)實(shí)空間實(shí)現(xiàn)同步。這或許能避免你能去的或想去的地方，與實(shí)際追蹤范圍內(nèi)你能去的地方之間，出現(xiàn)不匹配的尷尬。
其實(shí)，這點(diǎn)很容易完成。Unreal Engine和和Unity均帶有默認(rèn)功能。Oculus SDK的報(bào)告能顯示追蹤區(qū)域中心的偏值。如果你確認(rèn)攝像頭會(huì)一直放在距離“出生點(diǎn)”（Spawn Point）相同偏值的位置，虛擬和現(xiàn)實(shí)空間便會(huì)實(shí)現(xiàn)同步。從追蹤區(qū)中心獲得的偏值，會(huì)與你完美開始的位置偏值相一致。
這時(shí)，不管你站在追蹤區(qū)域的哪個(gè)位置，你都能以同樣的機(jī)會(huì)探索虛擬空間（如下圖所示）。每個(gè)位置探索虛擬世界的中心點(diǎn)與你體驗(yàn)時(shí)的出生點(diǎn)密切相關(guān)。在所有方向上，你探索虛擬世界的空間范圍均等。
圖3：如果追蹤區(qū)域與虛擬空間實(shí)現(xiàn)同步，所有抵達(dá)你設(shè)計(jì)的虛擬房間的用戶將會(huì)完全進(jìn)入這個(gè)空間。然而，虛擬圖像定位的問題卻還沒解決。
該方法修正了我們設(shè)置場景時(shí)，無法到達(dá)某些虛擬區(qū)域的問題，但仍有兩處重要功能我們還未掌握，也是VR體驗(yàn)必不可少的：定位和注視方向。為解決追蹤問題，我們無法控制圖像定位。顯然，實(shí)際情況還要更糟一些。
我們設(shè)計(jì)的體驗(yàn)具有很多游戲邏輯機(jī)制，以及虛擬建模。新的解決方案使用戶可能在游戲機(jī)制內(nèi)，或虛擬建模內(nèi)抵達(dá)VR體驗(yàn)場景（如下圖）。
圖4：在更多特殊環(huán)境下，虛擬空間與追蹤區(qū)域的同步要復(fù)雜的多，因?yàn)樘摂M房間并不是空無一物。 傷心臉的用戶可能走到了虛擬建模內(nèi)，或是游戲機(jī)制部分（彩色區(qū)域）。
假如追蹤區(qū)域足夠大，或是VR體驗(yàn)時(shí)到達(dá)的空間與追蹤區(qū)域相比，要小一些，你甚至可以將出生點(diǎn)設(shè)置在體驗(yàn)外部。
為了處理圖像定位，并保證虛擬空間與追蹤區(qū)域間的同步，我們給體驗(yàn)增加了前廳（antechamber）。前廳的目的是指引你，走到某個(gè)位置，獲得實(shí)際體驗(yàn)的有效定位方式。
理論上來看，我們設(shè)計(jì)的前廳很簡單。進(jìn)入VR后，你所處的環(huán)境絕大部分是空房間。房間一片漆黑，但有一小束聚光燈照在地面上，照出一片小圓圈。靠近聚光燈處有一個(gè)傳送點(diǎn)，要是距離傳送點(diǎn)稍遠(yuǎn)些，則會(huì)顯現(xiàn)“到這來”（Come Here）的字樣。你一走過去，或者說你開始走近，又會(huì)出現(xiàn)“看這里”（Look Here）。當(dāng)你走的足夠近，并看向傳送點(diǎn)時(shí)，畫面漸漸消失，我們將你傳送到第一個(gè)主要VR體驗(yàn)房間。
這里我們采用的技巧是，傳送點(diǎn)所在的位置與理想的出生定位點(diǎn)相吻合。一旦移動(dòng)到傳送點(diǎn)處，向下看它，你便幾乎準(zhǔn)確地處于出生點(diǎn)，并面對一個(gè)已知的方向。在該點(diǎn)上將你轉(zhuǎn)移到體驗(yàn)的第一關(guān)足夠安全，因?yàn)槲覀儨?zhǔn)確地了解，你在追蹤區(qū)域內(nèi)所處的位置，同時(shí)我們相信，你處于最佳的位置，并在良好的定位下，開始體驗(yàn)之旅（如下圖）。
圖5：如果我們把用戶與虛擬建模部分（傳送點(diǎn)）在一個(gè)校準(zhǔn)房間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)同步（左），即可確定，用戶體驗(yàn)時(shí)將以恰當(dāng)?shù)娜【岸ㄎ坏竭_(dá)（右）。
在一個(gè)體驗(yàn)中，不同環(huán)境之間來回轉(zhuǎn)換，會(huì)出現(xiàn)相同的問題，就像最初的用戶出生點(diǎn)：無法進(jìn)入游戲空間，建模內(nèi)到達(dá)出現(xiàn)問題，或是較差的圖像定位。而以上的處理方法，可被更廣泛地用來確保虛擬房間之間，效果良好的場景轉(zhuǎn)換。
比如，先確保，隨后進(jìn)入的房間是在追蹤區(qū)域內(nèi)，你可以放置像傳送點(diǎn)一樣的觸發(fā)器，以控制玩家的定位，該觸發(fā)器也許是傳送門，將你轉(zhuǎn)移到下一級體驗(yàn)。
圖6：“傳送點(diǎn)”不必與追蹤區(qū)中心同步。如果我們想讓用戶到達(dá)一個(gè)具體的位置（右邊），我們可以在先前房間中同樣的位置，放置一個(gè)傳送點(diǎn)。
在其他情況下，也有可能使用“隱形”傳送點(diǎn)。有時(shí)候?yàn)榱司o鄰的關(guān)卡處于良好的位置，某個(gè)關(guān)卡中的虛擬建模會(huì)限制你。
圖7：除了具體明確的校準(zhǔn)建模，通過考慮“毗鄰”房間內(nèi)如何設(shè)計(jì)場景，我們可以控制用戶的定位。
有趣的是，在這種限制情況下，我們發(fā)現(xiàn)VR體驗(yàn)內(nèi)的場景設(shè)置相互影響。某個(gè)房間的布局將約束下一個(gè)房間可能形成的布局，反之亦然。不得不說，在VR中控制玩家的定位，就像在電影中控制觀眾的視線。
我們討論了很多在虛擬現(xiàn)實(shí)中將人們傳送到其他環(huán)境的話題。但謹(jǐn)記，盡管人們的視線和臨在感可能在虛擬現(xiàn)實(shí)中，身體卻完好無損地處于現(xiàn)實(shí)世界。而我們追尋的真理則是，將帶有定位追蹤的VR體驗(yàn)與真實(shí)世界密切聯(lián)系起來的，到底是什么。
對于真實(shí)世界如何影響體驗(yàn)設(shè)計(jì)，我們遇到了很多類似的挑戰(zhàn)。舉例來說，當(dāng)在一個(gè)劇場舞臺上進(jìn)行場景設(shè)計(jì)時(shí)，對布局層面的思考會(huì)很有幫助。在劇院環(huán)境中，我們需要明白“演員”將出現(xiàn)在哪里，或是說“演員”應(yīng)該站在哪里，這樣會(huì)使我們設(shè)計(jì)場景轉(zhuǎn)換時(shí)，更為自然。作為VR場景設(shè)計(jì)師，我們的工作便是思考，真實(shí)世界的限制如何影響我們的游戲空間。
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