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VR交互设计(一):虚拟世界交互起源——3DOF

时间:2019-11-05 23:05

  5年间VR行业潮涨潮落,经历了盛夏与寒冬,直到2019年 Oculus Quest 的发布,头盔销量、内容销量、用户口碑的爆炸式提升,才算是引领蛮荒时期的VR行业杀出一条血路。

  从3DOF的 DK1、Cardboard 到6DOF的 Oculus Rift ,国内外从业者就空间定位、计算平台、交互方式等方向展开了激烈的探索与纷争。

  各大厂家都希望在乾坤未定之时,在某一个领域弯道超车,成为下一个标准制定者。

  所谓3DOF,就是指物体具备在X、Y、Z 三轴上旋转的能力。常规方法是使用陀螺仪来捕捉用户头部旋转,并呈现全景画面中相对应的部分,从而使用户在视觉上拥有被场景包裹的感受,实现基础的视觉沉浸。

  “YAW”是指绕Y轴旋转;“PITCH”是指绕X轴旋转;“ROLL”是指绕Z轴旋转

  在3DOF的VR体验中,一切观察的基点都来源于头部的视角,用户就像一个被装在电线杆上可以任意旋转的摄像头。无论你是顶天立地的壮汉还是娇小玲珑的妹子,你的视角都会被强行拉回在预设的高度——3DOF中,众生平等。

  3DOF头盔无法自动捕捉用户视野高度,极少数应用可以通过手动输入数值的方式来标定一个高度

  3DOF的头部交互主要是通过射线投射(Ray casting)的方式来进行操作。其原理是,从标定的视野中心向正前方射出一束射线,射线与空间中的界面产生交集。

  常规的交互设计中会将双目视线中央的一条线作为视中心,这样一来视中心的射线就会和界面产生交点,从而引导用户的视线落焦在相应的信息上,也就是常说的 Cursor(光标)。

  双眼自带红点瞄准器,指哪打哪(仅头部瞄准时射线多数会被隐藏,只显示落点,图中射线仅用于展示)

  虽然蓝牙手柄外观形态多样,但是其主要功能大致相同。一般都会配备一个拇指操控具有滑动、按压功能的区域,一个食指操控的按键区域。

  在握持状态下,这两个手指操控区的灵活性、独立性、准确性相对更强。而Oculus在未来又增加了一个中指操控区域,更将这种交互方式运用到了极致。

  单手3DOF手柄的基础交互方式与头控相似,手柄只有三轴旋转功能,没有移动功能,并且都采用了Cursor指向的方法,来选择目标完成操作。

  只是手柄交互中,由于手部转动与头部转动并不同步,因此往往会把指针射线显示出来,更加便于捕捉手柄指向的移动轨迹。

  指向性操作:通过射线指针执行选择,配合圆盘或扳机键执行确认、瞄准、位移等精确操作;

  拖拽滑动操作:通过射线指针选中一片区域,通过长按圆盘或扳机,进行拖拽操作,甚至可以实现比如钓鱼甩杆的动作;

  功能性键值设置:游戏中的射击、跳跃、左右移动等常规游戏操作指令,以及返回、回到主界面等快捷操作指令。

  互动式内容中常常采用抛物线式的虚拟射线+落点标记来完成 “瞬移”操作;在虚拟空间中采用这种位移方式,可以降低晕动症的发声,但是也会降低沉浸感

  以虚拟手部为圆心,通过3轴旋转模拟射击;由于无法移动模型的位置实现三点一线的仿真射击姿势,因此必须借助射线瞄准

  在3DOF的VR设备中,基础的视觉感知、功能完成都可以被解决,但是在VR最重要的指标——沉浸感上面,还有很多障碍需要突破。

  位移:VR中的移动大致分三种,方向键平移、跃进式瞬移、真实移动,而这三种之中,又各有优劣(后续文章会单独讨论VR中的位移)。但就沉浸感这一点上而言,真实移动无疑是最佳方式。

  微动作:在真实情景中,每个人都有非常多的微动作,用来进一步认知当前环境。比如:抓起一颗小石子,把手凑近眼睛,同时头部微微前倾,观察这颗石子。而3DOF无法移动的缺陷,就注定用户很难通过自然的方式进一步探索虚拟世界。

  自由度:在3DOF设备中,主要操作行为依然是单点的瞄准、点击、拖拽,在体验上更像是传统键鼠手柄的增强版,而这种方式,必然限制了内容制作者的创作空间,无法体现出VR更加丰富的交互形态。

  由于这一阶段的内容方、平台方受制于硬件技术方案,难以提供令用户满意的互动性内容。

  因此这一时期的平台方,大多以提供全景视频,模拟巨幕影院,3D视频等被动型内容为主。

  同时,由于3DOF设备普遍成本较低,技术方案相对简单,在普及VR认知方面起到了不可忽视的作用。当然,由于很多劣质的手机VR方案,也带给用户很多负面反馈,从而对VR产生抵触心理。

  众多VR产品在3DOF这条支线上走的极其迅速,却始终看不到未来。而3DOF玩家们在这个新世界里面束手束脚的探索一番后,只能怀抱着莫大的遗憾和失落,将其束之高阁。

  关于3DOF交互的内容就先写到这里吧,VR中其他技术点的分享会在后续文章里一一阐述。

  第一次写这种类型的文章,有疏漏错误之处欢迎大家批评指正,同时也希望能和大家一起互相交流,共同探索这个全新的领域。

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