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如何有效降低VR晕眩症

英文来源:How to Avoid the Effect of Motion Sickness in VR
作者: Denis Tambovtsev、Natasha Floksy、Olga Peshé
译者:屠敏,欢迎技术投稿、约稿,给文章纠错,请发送邮件tumin@csdn.net

虽然虚拟现实发展在如火如荼地进行,但是晕动症也一直伴随着,成为虚拟现实开发者所面临的难题。

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虚拟现实晕眩症

虚拟现实晕眩症主要原因:前庭系统、视觉系统和其他系统从日常生活中感受到的刺激信号储存于中枢神经系统内,当处于乘车、乘船、乘机等新的运动环境时,其感觉信号与储存于中枢神经内的信号相异,产生不适应状态。即在虚拟世界中,用户的身体感觉用户在移动,但用户的大脑却认为用户是静止时就会产生晕动症。

通常来说,晕眩症可从三个面解析:

  • 硬件
  • 软件
  • 用户自身感知

本文将从硬件、软件及用户自身感知三个方面讨论晕眩症解决方案和解析开发者所面临的挑战。另外通过改变运动机制优化晕眩症和使用一些技术降低晕眩症的发生,如运动轨迹的可视化、使用慢动作效果及点到点的瞬间移动。

为了更好地诠释晕眩症这个问题,我们首先通过虚拟现实中较为完美的游戏解析:第一人称射击游戏(FPS)。虽然在很多不同的书籍、电影和VR游戏都有提及该游戏,但是这个经典的运动机制并不能让体验VR FPS游戏的玩家满意。在游戏环境中,VR玩家并不能正常行走,因为他们会开始呕吐。晕眩症之所以会发生是因为感官冲突——虚拟世界和玩家前庭系统所接收的信息不匹配。简单来说,虚拟现实中用户是移动的,但是现实世界中用户是静止的。

另一个晕眩症的最佳案例是VR中模拟过山车游戏,目前这种体验较为流行。在虚拟世界中玩这款游戏会造成用户尖叫、晕眩、甚至难以站立。有人认为这种模拟器和demo不仅不会帮助推广VR,还会让人误以为晕眩症会成为新平台的基本组成部分,其实这未必是准确的。解决晕眩症,我们可以首先从改善硬件入手。

硬件

今天的PC和移动虚拟现实系统已经远超90年代的产品。目前解决晕眩症有两个最佳的解决方案,一个是硬件市场中全身运动追踪系统和VR与物理世界之间转换的设备。

谈及目前的头显,我们可以改善屏幕和光学元件,打造更好的追踪传感器,以及提高计算机配置。毫无疑问,目前提升用户体验我们还有很多挑战。响应时间、分辨率、视野范围、眼球追踪、设备重量、舒适度,这些都与晕眩症有关。

另一种降低晕眩症的方法是增加空间追踪,现实世界中运动轨迹变化的同时虚拟世界所捕获的点也会重塑。HTC Vive的Lighthouse房型追踪是目前市场上所提供的一个解决方案。但是这个解决方案也有其自身的限制,如自身空间范围和并非所有用户都对这个虚拟现实交互方法感兴趣。因此,对于大众消费市场来说,除了房型追踪系统外,在虚拟现实中坐着体验也是一种不错的方式。

最后,有些平台可以在现实世界中模拟虚拟现实运动。尽管这些系统可以解决晕眩的问题,但是想要在每一个位VR用户家里安装这样的系统是相当困难和昂贵的。因此,从商业角度上,这并不值得。

软件

在软件方面已经获得很大的进步,数以万计的开发者在过去一年中一直致力于研究虚拟现实难题,他们并没有忘记晕眩症。目前已经发现了减少晕眩症的几个解决方案,为用户在虚拟现实中创建一个舒适的交互体验。

  • 慢动作的使用与动态处理

一般来说,VR中对于移动的摄像头和环境有着更加精准的预测,可有效降低晕眩症不良的反应。慢动作、摄像头少量移动,更少的加速度、模糊效果、镜头抖动都有助于解决晕眩症。如果用户时刻了解自身所处的虚拟现实环境,他们就会更加舒适。

  • 将玩家放置“小舱”/“胶囊”

其主旨思想是将用户放置静态环境中。这可以设计一个图形用户界面、或以太空飞船座舱、汽车仪表盘、宇航服头盔或飞行背包的一些元素形式来实现。
在运动中,用户被静态元素环绕有助于减少不舒适感觉,即用户周围有静态参照物。这样现实世界中坐着的用户和虚拟“驾驶舱”中静态的化身会同步前进。

  • 瞬间传送

这个解决方案效果很明显也是很简单的,除去任何的可视化运动,就可以摆脱晕眩症。瞬间传送是目前最有效的方法之一。

  • 向“视点”移动

在大多数情况下,迷失方向是因为侧向运动导致的,特别是用户角度的垂直方向移动。因此,如果用户是朝着其视线方向运动,那么相关的晕眩可以缓解。但是,这个方法也有局限性,并不适用与任何的情况下。

  • 可视化运动轨迹

防止太过猛烈和不可预测的变化运动出现也是一个解决方法。如坐过山车,将可视化的车轨展现出来,也是一个合适的方法。可视化工具辅助用户知晓其运动方向,由此减少晕车副作用。当虚拟化身以第三人称视觉远离摄像头时一种类似的方法被使用:化身远离摄像头时,然后可视化方向,紧随其后的是用户的摄像头沿着同一方向移动。

  • 避免部分或完整的身体可视化

这个部分并不在VR的运动领域,而是个人在虚拟现实的感知冲突,这可能会导致在沉浸式体验时不舒适。

在神经科学中,这个概念被称为身体图式,于主体而言,空间感的形成必然离不开知觉和身体,对空间的把握,实际就是自我处境的调适、配置和重构。也就是说,我的身体在理解空间、他人和世界的“深度”中是直观的、生存性的、美学化的。通过身体图式,用户可以了解自身动态特征、位置、以及运动方向。基于此用户可以闭上眼睛触摸鼻子。谈及虚拟现实的用户体验,一些开发者拒绝可视化或动画化身体,为了在现实世界中不被追踪。这有助于减少或消除不一致(真实世界用户的位置和虚拟环境中用户化身的位置)。

以上只是部分软件解决方案。开发者仍在继续尝试不同的方法,不断地更新。

用户自身感知

尽管有各种各样可用的硬件和软件解决方案,但有一个方面开发者在创建虚拟现实体验过程中并不能直接改善。

第一、用户真实的位置可能不同于虚拟现实中用户的位置(用户可以躺着体验,但虚拟化身必须双脚站立),这会影响整体体验。

第二、用户有一些生理因素如运动协调障碍的相关疾病、疲劳、缺乏睡眠,这些都是开发者不可控制的。有些人本身容易患上晕眩症,如某人在坐车或飞机时会晕,那么以上所述的方法并不会有太大作用。然而,开发者还是需尽己所能,为用户提供一个舒适的交互环境。

晕眩症问题以及其他的挑战,不仅突出了虚拟现实设备和传统界面之间独特的差异,而且表明了开发者不仅要具有渊博的日常社会心理学、社会学和认知心理学知识,也要留意的神经科学和探索意识科学的发展。

为了开发一个好的虚拟环境交互系统,我们不仅需要明白人类是如何感知周围的环境和个体,同时也要理解人类又是如何感知在真实环境或者虚拟环境下的自己。当虚拟现实走向大众消费的时候,这些知识将会变得更加关键。

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