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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)計師John Ballantyne發(fā)表博文，講述了他們面對定位追蹤的VR體驗，要將虛擬環(huán)境與真實世界同步時，虛擬場景設(shè)計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體驗中設(shè)計無縫體驗。定位追蹤是關(guān)鍵，而且特別重要，甚至是Rift的體驗精髓之所在。通過定位追蹤系統(tǒng)，你在真實世界的動作，可被還原到VR的虛擬體驗中，從而形成極強的沉浸感。它將用戶真實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。
然而，對體驗設(shè)計師來說，定位追蹤也讓我進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)實世界中，你想到哪兒，就能到哪兒，而動作被映射到虛擬世界后，虛擬建模下可以容易地移動你的位置。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），這些紅外燈會發(fā)射紅外線，這時與頭盔配套的兩臺外部攝像頭便能實時探測到這些紅外線。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體驗設(shè)置中，你可被追蹤的實際空間。這個空間可大于追蹤區(qū)域（理想情況下）或比追蹤區(qū)域小一些（特別情況下）?？晒w驗的空間則會影響虛擬世界的界限范圍，以及墻、沙發(fā)等等。
目前，我們堅持1:1的真實和虛擬人物對應(yīng)移動。但也可以使用其他方式操作虛擬人物移動，如游戲手柄移動，或命令控制瞬間移動，這些可能比較方便些。
盡管，我們已經(jīng)看到許多相當(dāng)不錯的方式，在VR中實現(xiàn)位置移動。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)減弱了體驗中的臨在感。而這個部分則需要在VR中積極探索。
當(dāng)體驗開始時，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，一個簡單的方案竟然花費了數(shù)周時間。
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，讓你進入到我們構(gòu)建的世界，然后，把你放在那里。我們尋找一個搭建良好的場景，給你足夠的背景環(huán)境來理解，這是個什么樣的體驗，或這是怎樣的世界。但我們希望在具有定位追蹤的VR體驗中，能夠?qū)崿F(xiàn)同樣的事情，不過，實踐起來卻稍有些難度。
為了便于理解這個難題，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)計一個點作為你抵達的地方，然后體驗開始。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。概念上確實是這樣，但結(jié)果，能否成功地進行定位追蹤，這與你和追蹤區(qū)域中心的遠(yuǎn)近息息相關(guān)。
下圖中，點狀線代表著追蹤區(qū)域的范圍，實線代表你虛擬空間的范圍。藍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體驗中，只有用戶（藍色圓圈）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），體驗一開始，你站在追蹤區(qū)域的中心點。你能以同等距離向各個方向移動，直到“撞上”追蹤區(qū)域的邊緣，從而無法在虛擬空間中移動。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，你站在追蹤區(qū)域的中心點。但受到實際追蹤情況的限制，你只能從那些邊界移開。在此時，你受到限制，只能在75%的虛擬空間中走動。進一步說，大部分的追蹤區(qū)域會映射到虛擬世界中，然而你可能無法到達“本應(yīng)追蹤的區(qū)域”。
圖2：壞的情況是，不關(guān)心用戶真實世界的位置，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)實空間實現(xiàn)同步。這或許能避免你能去的或想去的地方，與實際追蹤范圍內(nèi)你能去的地方之間，出現(xiàn)不匹配的尷尬。
其實，這點很容易完成。Unreal Engine和和Unity均帶有默認(rèn)功能。Oculus SDK的報告能顯示追蹤區(qū)域中心的偏值。如果你確認(rèn)攝像頭會一直放在距離“出生點”（Spawn Point）相同偏值的位置，虛擬和現(xiàn)實空間便會實現(xiàn)同步。從追蹤區(qū)中心獲得的偏值，會與你完美開始的位置偏值相一致。
這時，不管你站在追蹤區(qū)域的哪個位置，你都能以同樣的機會探索虛擬空間（如下圖所示）。每個位置探索虛擬世界的中心點與你體驗時的出生點密切相關(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)域與虛擬空間實現(xiàn)同步，所有抵達你設(shè)計的虛擬房間的用戶將會完全進入這個空間。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，無法到達某些虛擬區(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，實際情況還要更糟一些。
我們設(shè)計的體驗具有很多游戲邏輯機制，以及虛擬建模。新的解決方案使用戶可能在游戲機制內(nèi)，或虛擬建模內(nèi)抵達VR體驗場景（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，因為虛擬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)，或是游戲機制部分（彩色區(qū)域）。
假如追蹤區(qū)域足夠大，或是VR體驗時到達的空間與追蹤區(qū)域相比，要小一些，你甚至可以將出生點設(shè)置在體驗外部。
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，我們給體驗增加了前廳（antechamber）。前廳的目的是指引你，走到某個位置，獲得實際體驗的有效定位方式。
理論上來看，我們設(shè)計的前廳很簡單。進入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?？拷酃鉄籼幱幸粋€傳送點，要是距離傳送點稍遠(yuǎn)些，則會顯現(xiàn)“到這來”（Come Here）的字樣。你一走過去，或者說你開始走近，又會出現(xiàn)“看這里”（Look Here）。當(dāng)你走的足夠近，并看向傳送點時，畫面漸漸消失，我們將你傳送到第一個主要VR體驗房間。
這里我們采用的技巧是，傳送點所在的位置與理想的出生定位點相吻合。一旦移動到傳送點處，向下看它，你便幾乎準(zhǔn)確地處于出生點，并面對一個已知的方向。在該點上將你轉(zhuǎn)移到體驗的第一關(guān)足夠安全，因為我們準(zhǔn)確地了解，你在追蹤區(qū)域內(nèi)所處的位置，同時我們相信，你處于最佳的位置，并在良好的定位下，開始體驗之旅（如下圖）。
圖5：如果我們把用戶與虛擬建模部分（傳送點）在一個校準(zhǔn)房間內(nèi)，實現(xiàn)同步（左），即可確定，用戶體驗時將以恰當(dāng)?shù)娜【岸ㄎ坏竭_（右）。
在一個體驗中，不同環(huán)境之間來回轉(zhuǎn)換，會出現(xiàn)相同的問題，就像最初的用戶出生點：無法進入游戲空間，建模內(nèi)到達出現(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，隨后進入的房間是在追蹤區(qū)域內(nèi)，你可以放置像傳送點一樣的觸發(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。
圖6：“傳送點”不必與追蹤區(qū)中心同步。如果我們想讓用戶到達一個具體的位置（右邊），我們可以在先前房間中同樣的位置，放置一個傳送點。
在其他情況下，也有可能使用“隱形”傳送點。有時候為了緊鄰的關(guān)卡處于良好的位置，某個關(guān)卡中的虛擬建模會限制你。
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體驗內(nèi)的場景設(shè)置相互影響。某個房間的布局將約束下一個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)實中，身體卻完好無損地處于現(xiàn)實世界。而我們追尋的真理則是，將帶有定位追蹤的VR體驗與真實世界密切聯(lián)系起來的，到底是什么。
對于真實世界如何影響體驗設(shè)計，我們遇到了很多類似的挑戰(zhàn)。舉例來說，當(dāng)在一個劇場舞臺上進行場景設(shè)計時，對布局層面的思考會很有幫助。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，這樣會使我們設(shè)計場景轉(zhuǎn)換時，更為自然。作為VR場景設(shè)計師，我們的工作便是思考，真實世界的限制如何影響我們的游戲空間。
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