浅谈VR行动机制中的科学原理


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如果你曾尝试过VR体验,你很有可能经历过运动错觉,一种像是在运动但实际上却是静止的感觉

映维网 2017年08月24日)无论是HTC ViveOculus Rift三星Gear VR还是谷歌Cardboard,如果你曾尝试过VR体验,你很有可能经历过运动错觉,一种像是在运动但实际上却是静止的感觉。

1. 身体感知运动的原理

人体的设计十分有趣,因为你对自己所处位置的感知主要是基于不同的感官输入,并经由大脑处理和整合,以形成一个关于你所处位置和方向的图像。没有特定的顺序…

你的眼睛为你提供了大量的信息。它们为你提供有关形状,颜色,深度和距离的信息。后者对VR很重要,因为视差会根据对象在环境中的位置来为大脑提供关于你所处位置的信息。

对于VR开发者来说,这不是一个大问题,因为VR中的大多数对象都是放置在固定空间中的3D模型。这里的挑战主要与运动有关,亦即用户如何在3D空间中移动,以及这是怎样一种感觉。为什么这会如此具有挑战性呢?下面我们需要看看人类的耳朵。

你的耳朵里存在着前庭系统,这是人类平衡感和运动感的重要组成部分。简而言之,你的内耳里有一个充满流体的房间,​​里面布满了名为纤毛的小毛发。当身体移动,里面的液体就会晃动并刺激纤毛,而它们的动作会告诉大脑你的身体发生了什么事情。

这种纤毛能够检测和解读旋转(运动和转动),为大脑提供有关身体的信息:

  1. 方向:你是颠倒还是侧身呢?
  2. 运动:你正在移动,但你是朝哪个方向移动呢?
  3. 加速度:运动或旋转的速率是多少?

无需肉眼观察,名为本体觉的认知过程就可以让你知道身体部位的所在位置。即便你闭上眼睛,你也很容易知道双手和双脚的位置,对吧?

结合视觉输入,前庭输入和认知过程(如本体觉),我们可以知道自己的所在位置。

正如文章开头所说的运动错觉,VR的挑战在于一种输入(如视觉)表示我们的身体正在移动,但另一种输入(如前庭)却显示我们正处于相反的状态,这时我们的大脑就会变得十分困惑。

下面请看看这张GIF动图,你可以判断哪辆地铁正在移动吗?

不应该忽略的另一个感官是听觉信息。当你走过一个环境时,你可以听到鸟儿在唧唧地叫,或者汽车开过的声音,这可以一定程度地提醒你所处的位置,以在通过空间的方式。虽然这种感官信息对现实世界和VR中的运动十分有用,但目前没有太多研究是关于不一致信息对大脑的影响(如你在前方看到一辆汽车,但声音却来自于佩戴耳机的左耳或右耳)。这可能会导致运动错觉,或影响你在空间中移动的方式。目前,大部分的研究都集中在视觉和前庭输入。

2. 晕动症

运动错觉可以导致晕动症的产生。如果你曾经历过晕车,这有可能跟视觉遮挡有关,亦即你看不到自己正在移动,但前庭系统却感知到运动,这会导致大脑无法调和这两者的输入。

在另一方面,如果你出现耳朵感染,这会影响前庭系统。在这种情况下,即便视觉告诉了你一切需要知道的信息,你还是很容易会产生眩晕感或晕动症。

由于各种原因,VR中的晕动症可以出现,也确实出现过。其中,大部分情况下都是视觉与前庭输入不一致造成。

3. 被动式运动和主动式运动

为了应对这种感官不一致,VR研究人员目前提供了一定的解决方案,而相关的用户体验可以分解成两个类别:被动式运动和主动式运动。

被动式运动:这是指你身体不参与控制的运动。比如在第一人称射击游戏中,用户通过控制器上摇杆向前移动。在这种情况下,眼睛会告诉你,你正在以一定的速度和加速度向前移动,但你的前庭系统则不会提供这样的信息。所以在一段时间后,人们往往会感到有点想吐的感觉。

主动式运动:故名思议,这是受你身体控制的运动。最好的例子是在使用Vive或Rift时你可以自由在游玩空间中移动。这种体验很少会导致晕动症,除非VR环境以非常粗糙的方式来移动对象。

当然,即便是在被动式的FPS游戏中,你仍然可以环顾四周,你的大脑可以通过两种感官来感知运动。但当你被动地移动而主动地环顾四周时,感官不一致同样可以发生。

4. VR运动的策略

为了处理这些类型的运动,并减轻VR中的晕动症影响,我们可以采用以下三种主要的策略:

  1. 实际地行动:这是最佳的策略之一。这种方案可以减轻运动错觉和晕动症,给予体验一种更加逼真的感觉。

  2. 基于手部的控制器:正如上文所述,这不是最佳的策略。你的耳朵不知道你正在移动,所以如果你的用户采取就座式游戏,相信他们将会经历一定程度的运动错觉。

  3. 传送:许多FPS风格的游戏都采用了这种策略。你可以在游玩区域内自由行动,但如果想超越物理空间的限制,你可以使用控制器在视觉范围内选择一个点,然后再传送至这里。当然,如果你没有房间尺度配置,这种策略只限于站立,然后传送到下一个地点,并如此重复。

  4. 代理设备:市场在过去几年间已经出现了一定的选择,包括运动自行车;Wii平衡板,或则是万向移动平台(如本文顶部图片所示)。需要再次说明的是,现实世界中的主动式物理运动会导致前庭系统的输入改变,而这种设备不会使你实际性地向前移动。你基本上只是在原地运动,所以感官失调仍有可能出现。

5. 未来的行动机制

许多研究人员正在积极地研究晕动症和VR中的行动机制,包括学术性和商业性。所以相信未来几年内将会出现更多的解决方案。

考虑到VR确实会在特定的情况下造成运动错觉并导致晕动症,设计师可以做的事情是告知用户,并尽可能地减轻或避免这种影响。这里的权衡交易是沉浸感 vs 舒适性。在环境中自由行走确实沉浸感十足,但这可能会给用户带来负面的影响,所以VR体验的开发者在设计时需要权衡考虑各种因素。为用户提供多种行动机制或许是最好的方式,因为在现实世界中,我们的移动方式有很多种,如双腿行走,骑单车或汽车。

如果你是一名VR爱好者,相信大部分的教程和手册都会告诉你说,如果你正在经历运动错觉,最好的情况是尽快退出。因为你停留的时间越长,你就越有可能出现晕动症,毕竟你的感官正在向大脑提供不一致的信息。

原文链接https://yivian.com/news/35082.html

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