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| 本文作者： 劉芳平 | 2016-12-05 21:06 |
關(guān)于VR，幾乎人所共知的一大問(wèn)題就是眩暈，而眩暈產(chǎn)生的重要原因就是用戶看到的畫面運(yùn)動(dòng)與身體的運(yùn)動(dòng)不一致。特別是在第一人稱游戲當(dāng)中——你在虛擬的世界里行走，而現(xiàn)實(shí)世界卻是坐著或是站著的。
這就是為什么許多技術(shù)和產(chǎn)品被發(fā)明出來(lái)應(yīng)對(duì)這一問(wèn)題，例如VR跑步機(jī)，它可以通過(guò)用戶在跑步機(jī)上的“原地踏步”來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬世界的移動(dòng)，從而讓你身體的運(yùn)動(dòng)和畫面的運(yùn)動(dòng)保持一致；還有，一些游戲體驗(yàn)采用穿越式（teleportation）的位移方式，從而避免視覺(jué)上的位移感受。
而最好的解決辦法，其實(shí)是像HTC Vive那樣，使用空間定位技術(shù)追蹤用戶的位置，使用戶在真實(shí)環(huán)境中的走動(dòng)完全變成虛擬世界里的走動(dòng)。但Vive的問(wèn)題在于，其定位空間是有限的，只有房間規(guī)模，用戶不可能無(wú)限制地走下去，所以很多時(shí)候仍然需要用到teleportation來(lái)進(jìn)行位移。
有限的實(shí)體空間與無(wú)限的虛擬世界之間的矛盾，是VR需要解決的重要問(wèn)題。即便對(duì)擁有大范圍空間定位系統(tǒng)的VR主題公園來(lái)說(shuō)也是如此。
這也是魏立一教授演講開(kāi)場(chǎng)時(shí)向大家介紹的VR問(wèn)題。
2016年12月5日，這位香港大學(xué)教授在澳門舉辦的SIGGRAPH Asia大會(huì)上進(jìn)行了題目為“Inception, Wide Awake”的演講，介紹如何像《盜夢(mèng)空間》那樣，在有限的VR空間定位范圍內(nèi)，塞進(jìn)大范圍的虛擬地圖，應(yīng)用類似“鬼打墻”一樣的設(shè)計(jì)。其演講內(nèi)容基于此前發(fā)表的一篇論文《Mapping Virtual and Physical Reality》，作者除了魏立一教授，還包括Qi Sun和Arie Kaufman。
a. 虛擬世界地圖；b. 現(xiàn)實(shí)空間的地面大?。籧. 現(xiàn)實(shí)空間的實(shí)驗(yàn)室設(shè)置；d. 虛擬世界畫面；e. 用戶頭顯看到的畫面
那么這種“鬼打墻”的技術(shù)到底是如何如何實(shí)現(xiàn)的呢？魏立一教授進(jìn)行了詳細(xì)解答。
為了在一個(gè)小空間里實(shí)現(xiàn)更大的虛擬世界，就需要引導(dǎo)用戶的移動(dòng)，這在全封閉的VR頭顯中是可以做到的。關(guān)鍵在于不讓用戶發(fā)覺(jué)，保持畫面的真實(shí)感。
實(shí)現(xiàn)的過(guò)程包含兩個(gè)關(guān)鍵步驟：
平面映射是一種被用于解決許多問(wèn)題的方法，在這項(xiàng)應(yīng)用中，是需要在一個(gè)已經(jīng)設(shè)定好的真實(shí)場(chǎng)景中，通過(guò)定制化的平面映射將不規(guī)則的路線映射到真實(shí)場(chǎng)景中。
如上圖所示，最左邊的a是虛擬地圖的靜態(tài)映射，整個(gè)空間面積需要200 × 200；b、c、d和e都是平面映射到不同大小的真實(shí)場(chǎng)景中，其中d和e是避開(kāi)障礙物的映射。
平面映射的關(guān)鍵在于保持VR運(yùn)動(dòng)的距離和角度，并引導(dǎo)用戶不要撞上障礙物或是離開(kāi)邊界。
第二個(gè)關(guān)鍵步驟在于用特定的渲染方式，將正常的用戶畫面轉(zhuǎn)換成扭曲過(guò)的地圖上用戶看到的畫面。
如上圖所示，左邊a為假設(shè)正常渲染的的畫面；b為不作扭曲渲染看到的畫面，上面有一些“鬼影”；c是手動(dòng)對(duì)b進(jìn)行扭曲并去掉“鬼影”的畫面，僅作參考；d是經(jīng)過(guò)扭曲處理的畫面，去遮擋的部分用綠色顯示；e是用比較粗暴的方法對(duì)去遮擋部分進(jìn)行填充；f是論文作者所使用的渲染辦法，使用到了碎片化深度值（fragment depth values）來(lái)彌補(bǔ)去遮擋部分。
經(jīng)過(guò)真人測(cè)試，這種方法可以在壓縮地圖，讓用戶避開(kāi)障礙物的同時(shí)，不會(huì)大幅增加用戶的不適感和眩暈。
雖然這種方法效果不錯(cuò)，但也存有一些局限，包括以下幾個(gè)方面：
1、這種方法可以將高度信息加入渲染當(dāng)中，比如用戶跑、跳或彎腰，但如果是緩緩走上一個(gè)斜坡，它可能無(wú)法感知到。
2、畫面及位移的保真程度與壓縮的比例有關(guān)，如果虛擬場(chǎng)景大小和真實(shí)場(chǎng)景相關(guān)較小，保真度就高，反之則低。
3、巨大的開(kāi)放空間無(wú)法被壓縮進(jìn)小空間里，此時(shí)可能仍需要用到teleportation。
a. 去遮擋區(qū)域，b. 畫面失真
4、這種方法無(wú)法處理巨大的，且與周邊環(huán)境深度信息不同的去遮擋畫面，會(huì)出現(xiàn)畫面失真的情況，如上圖所示。
視頻簡(jiǎn)介：
論文下載：www.liyiwei.org/papers/vr-sig16
圖片來(lái)源：魏立一教授論文
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