召喚和超能力：VR遠(yuǎn)距離交互設(shè)計(jì)

在 VR/AR 世界，有些時(shí)候物體會(huì)出現(xiàn)在雙手夠不到的地方，或超出用戶的直接操控范圍。這時(shí)該怎么辦呢?

瓦房店網(wǎng)站制作公司哪家好，找成都創(chuàng)新互聯(lián)！從網(wǎng)頁設(shè)計(jì)、網(wǎng)站建設(shè)、微信開發(fā)、APP開發(fā)、響應(yīng)式網(wǎng)站等網(wǎng)站項(xiàng)目制作，到程序開發(fā)，運(yùn)營維護(hù)。成都創(chuàng)新互聯(lián)2013年開創(chuàng)至今到現(xiàn)在10年的時(shí)間，我們擁有了豐富的建站經(jīng)驗(yàn)和運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，來保證我們的工作的順利進(jìn)行。專注于網(wǎng)站建設(shè)就選成都創(chuàng)新互聯(lián)。

Leap Motion 一貫秉持的設(shè)計(jì)理念是：最自然、最直覺化的交互一定是直接且物理的。用手直接操控物體順應(yīng)了我們長久以來習(xí)慣的本能，省去了學(xué)習(xí)新交互方法的時(shí)間。不過在 VR/AR 世界，有些時(shí)候物體會(huì)出現(xiàn)在雙手夠不到的地方，或超出用戶的直接操控范圍。這時(shí)該怎么辦呢?我們可以讓用戶走到物體旁邊，又或者，我們可以賦予用戶超能力!

我們最新的交互設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)開發(fā)出了三種把遠(yuǎn)處物體召喚到臂展范圍內(nèi)的原型：第一種是簡單的動(dòng)畫召喚技術(shù)，適用于與單個(gè)物體的交互，第二種賦予用戶 “意念移物”的體驗(yàn)，第三種直接增強(qiáng)了用戶手臂在虛擬世界中的能力。

實(shí)驗(yàn)一：動(dòng)畫召喚

第一種方案可以有效地選取遙遠(yuǎn)的單一靜物，并將其直接召喚至你手中。一旦完成查看和交互后，你還可以把它送回原處。這就像從架子上選中一個(gè)物體，把它召喚到手邊再讓它原路返回，這一用例適用于各類游戲、教育和數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用等。

這種方法需要調(diào)動(dòng)四種交互過程：選取、召喚、抓握/交互以及歸位。

1. 選取

許多 VR 開發(fā)者常常會(huì)掉入一個(gè)陷阱，認(rèn)為我們的雙手和手柄的使用機(jī)制類似，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行交互設(shè)計(jì)。選取遠(yuǎn)處物體需要對(duì)目標(biāo)精確瞄準(zhǔn)，這種情況下很適合使用射線(raycasting)。不過，讓手指或整只手懸空瞄準(zhǔn)某個(gè)方位是很難的，特別是當(dāng)你需要依靠瞄準(zhǔn)觸發(fā)動(dòng)作時(shí)。

與其從手部直接發(fā)射射線，我們的做法是將頭部/頭顯位置作為參考位置，通過添加偏移量估算出肩膀位置，再從肩膀處發(fā)出射線，經(jīng)過手掌位置兩點(diǎn)成線直達(dá)目標(biāo)。

這種方法可以大大提升射線投射的穩(wěn)定性，當(dāng)射線擊中物體的碰撞器時(shí)，線渲染器和物體周圍的高亮光圈會(huì)示意使用者。

除了確保射線的穩(wěn)定投射，我們還為遠(yuǎn)處物體添加了范圍更大的代理碰撞器，有助于增加目標(biāo)物面積，提高命中率。此外，我們還為代理碰撞器添加了邏輯程序， 一旦目標(biāo)射線擊中遠(yuǎn)處物體的代理碰撞器，線渲染器會(huì)被直接吸附到物體的中心點(diǎn)。這一結(jié)果相當(dāng)于切斷目標(biāo)物周圍區(qū)域外的線渲染器，使得這些物體能夠被精確命中。

在確定了選取的運(yùn)作機(jī)制后，我們還要確定何時(shí)激活這個(gè)動(dòng)作，因?yàn)橐坏┪矬w移至使用者雙手可及之處，使用者就要從“選取模式”返回常規(guī)的直接操作模式。

由于從手部發(fā)射射線擊中遠(yuǎn)處目標(biāo)的交互太過抽象化，我們考慮用相關(guān)物理隱喻來指向這一動(dòng)作。如果一個(gè)小孩想要去拿他夠不著的東西，他會(huì)本能地張開五指伸手去抓來表達(dá)他的愿望。

于是我們決定用這一動(dòng)作來激活選取模式。當(dāng)你在距離頭部一定位置處張開五指，我們就開始向可能的目標(biāo)物發(fā)射射線。

為了完成這一選取交互，我們還要一個(gè)確認(rèn)指令，以確定懸浮物體就是我們想要選取的物體。我們?cè)僖淮谓梃b了小孩想抓取遠(yuǎn)處物體的做法，如果你對(duì)著懸浮物體彎曲手指做出一個(gè)抓取的動(dòng)作，就能選中該物體。隨著你手指繼續(xù)彎曲，懸浮物體和它周圍的高亮光圈會(huì)縮小，模擬一種被握住的狀態(tài)。當(dāng)你的五指全部攥緊，物體就會(huì)回到原來的大小，高亮光圈的顏色也會(huì)變化，說明選取成功。

2. 召喚

現(xiàn)在，遠(yuǎn)處的物體已被選中，接下來，我們想讓它移至可直接操作的范圍內(nèi)。我們又一次借鑒了現(xiàn)實(shí)生活中的手勢。試想當(dāng)我們想讓某些物體靠近時(shí)，我們通常會(huì)手掌朝上，快速勾勾手指。

在選取動(dòng)作的最后，我們五指攥緊，手掌朝向目標(biāo)物。因此，我們決定召喚動(dòng)作的第一步是要保證手掌(在一定距離內(nèi))朝上。一旦這個(gè)動(dòng)作到位后，我們會(huì)讓物體按手指彎曲度比例向手部移動(dòng)。一旦你的手指全部攥緊，你會(huì)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)物已經(jīng)到了你的手中，并處在被抓取的狀態(tài)。

在測試階段，我們還發(fā)現(xiàn)許多使用者在選取物體后，手臂伸直，手掌朝向目標(biāo)物，手指攥成抓取動(dòng)作，但是他們隨后會(huì)把攥緊的拳頭往回收來實(shí)現(xiàn)抓取，好像在把目標(biāo)物往自己身上拉。而我們?cè)O(shè)置的激活召喚動(dòng)作是手掌朝上，并根據(jù)手指彎曲度召喚物體，這一動(dòng)作才把物體立即召喚至使用者手中。

將選取和召喚指令合二為一會(huì)比兩套分開的動(dòng)作效率高很多，但分開的動(dòng)作可以提升控制力。不過，我們的激活方式非常靈活，這兩種選取召喚的動(dòng)作可以并存，使用者可以自己決定他們想要的交互方式。

3. 抓握和交互

一旦物體到了你手中，所有額外的召喚邏輯就失效了?，F(xiàn)在，你已經(jīng)得到了一個(gè)交互物體(InteractionObject)!你可以把它從左手傳到右手，放在虛擬世界中某個(gè)位置，并進(jìn)行交互(如果物體有 UI 組件)。只要物體處在使用者觸手可及的范圍內(nèi)，它就不能被再次召喚。

4. 歸位

好了，現(xiàn)在你用完了這個(gè)東西，接下來該如何做呢?如果你抓住這個(gè)物體并伸直手臂 (超過以你頭部位置為圓心的預(yù)設(shè)半徑范圍外)，線渲染圈會(huì)出現(xiàn)并給出物體返回原來位置的路線。一旦你在路線可見的情況下放開物體，物體會(huì)自動(dòng)回到錨位。

總的來說，這一執(zhí)行能夠準(zhǔn)確完成任務(wù)，且并不費(fèi)力。它可以輕松地驅(qū)動(dòng)整套基本召喚流程，完成對(duì)單一靜物的選取、召喚和歸位。但是，它缺乏物理感，過度依賴手勢，且物體只能在規(guī)定的兩個(gè)位置間按照既定路線移動(dòng)。

基于這個(gè)因素，該方法較適合在召喚 UI 類非實(shí)體物，或當(dāng)使用者物理移動(dòng)空間有限，需要精準(zhǔn)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)召喚的情況下使用。

實(shí)驗(yàn)二：賦予“意念力”

我們?cè)诘谝粋€(gè)實(shí)驗(yàn)中成功通過既定路線召喚并送回靜態(tài)物，不過，我們還想進(jìn)一步探索如何才能召喚動(dòng)態(tài)的物體。我們能否將物體發(fā)射到使用者所在的位置，讓物體落在使用者手中或落在使用者直接操控范圍內(nèi)呢?這一實(shí)驗(yàn)的靈感來自于《星球大戰(zhàn)》中的原力，《X 戰(zhàn)警》中萬磁王把槍從敵人手中抽回來的一幕，以及巫師互相解除詛咒等。

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，可以被召喚的物體是處于物理啟動(dòng)狀態(tài)下的(physics-enabled)。也就是說，大多數(shù)情況下這些物體都在地上，而不像在架子上那樣處于和我們視線平行的位置。為了讓召喚過程更加輕松，我們決定改變下選取模式中的手勢，也就是從手掌面向目標(biāo)物張開這一姿勢變成一種手掌張開，自然朝上，手指指向目標(biāo)物的姿勢。

為了迅速完成召喚，我們決定把懸浮和選取動(dòng)作合二為一。我們保留了原先的射線選取方式，只不過取消了選取手勢。我們保留了彎曲手指的召喚手勢，使用者只需手掌向上張開并指向目標(biāo)物，彎曲手指就能快速選取并召喚物體。

起初，我們想把使用者的手作為目標(biāo)，讓召喚物自動(dòng)向手部發(fā)射。雖然聽起來很有意思，不過，讓物體自己精準(zhǔn)地落入手中，這離物理原則有點(diǎn)遠(yuǎn)。為了解決這一問題，我們把目標(biāo)從你的手部偏移到了你的前方，并在物體中加入隨機(jī)的微小扭矩來模擬爆炸式發(fā)射。我們還在發(fā)射點(diǎn)加入沖擊波和光點(diǎn)，并按照每個(gè)物體的當(dāng)下速度進(jìn)行發(fā)射，完成爆炸效果。

這樣交互過程就被極大簡化了，也就是說，你可以快速連續(xù)召喚不同物體，甚至在前一個(gè)物體尚未到達(dá)時(shí)就召喚下一個(gè)!

一旦你熟練掌握這個(gè)本領(lǐng)，你可以對(duì)著正向你飛來的召喚物進(jìn)行再召喚。

相比實(shí)驗(yàn)一的動(dòng)畫召喚，實(shí)驗(yàn)二在動(dòng)態(tài)連貫性方面更為出色，更加符合物理定律。這一交互過程也更為輕松，物理的附加變量也讓這一召喚過程更有樂趣。不過這一變化也存在一個(gè)小問題，物體可能會(huì)突然降落在你的觸及范圍之外，不過只需再召喚一次，便可輕松解決這一問題。盡管這類召喚仍然基于手勢，卻比之前的方法運(yùn)用了更多的物理特性。

實(shí)驗(yàn)三：延伸臂!

我們第三個(gè)實(shí)驗(yàn)也是我們最后一個(gè)實(shí)驗(yàn)，這一次，我們嘗試反過來看問題。與其通過手勢命令遙遠(yuǎn)的物體來到我們跟前，何不延長手臂來抓取遠(yuǎn)處的物體呢。

這種想法需要向遠(yuǎn)處物體發(fā)射潛在的 “交互手 ”(InteractionHands)，通過交互引擎(Interaction Engine)進(jìn)行抓取。一旦使用者抓住物體后，就能對(duì)物體實(shí)行完全操控，不但可以把物體抓到手邊，還能完成物體換位、釋放等操作。

這種方法涉及了一些神經(jīng)科學(xué)的概念，如身體圖式和近體空間。我們的大腦通過處理收到的信號(hào)不斷調(diào)整身體和身體各部位在空間中的姿勢，以便我們?cè)谥車臻g中采取立即行動(dòng)。當(dāng)我們使用工具時(shí)，我們的身體圖式得到了擴(kuò)展，把工具也包括在內(nèi)，使得近體空間也相應(yīng)外擴(kuò)至工具可以觸及的范圍。當(dāng)我們使用耙子或開車時(shí)，大腦會(huì)把這些工具當(dāng)作我們身體的一部分。

圖解來自 Sandra Blakeslee 和 Matthew Blakeslee 的聯(lián)合著作《The Body Has a Mind of Its Own》。

我們可以把身體圖式看作一種適應(yīng)力很強(qiáng)的心智模型，隨著模型的不斷進(jìn)化，它已經(jīng)適應(yīng)了人類使用的各種物理工具。因此，我們相信通過虛擬手段來擴(kuò)展我們的身體圖式是最自然的方式。

對(duì)這次的實(shí)驗(yàn)來說，方法的核心理念是把我們雙臂可觸及范圍重新映射成等比例放大的投射空間，這樣可以有效地把我們的手臂延長到目標(biāo)物所在的地方。這一次的交互分三部分：選取/懸浮、抓取以及握住。

1.選取/懸浮

在選取物體時(shí)，我們?cè)俅螀⒄涨皟纱螌?shí)驗(yàn)的邏輯，讓射線通過肩膀和手掌擊中比目標(biāo)物更大的代理碰撞器。一旦射線擊中該代理碰撞器，我們向物體位置再射出一個(gè)新的藍(lán)色手的圖像和潛在的交互手(InteractionHand)，交互手的物理碰撞器會(huì)完成真正的抓取動(dòng)作。我們采用與前兩個(gè)執(zhí)行命令類似的吸附邏輯，當(dāng)物體懸浮時(shí)，藍(lán)色的發(fā)射手會(huì)吸附到物體前面一點(diǎn)的位置，并準(zhǔn)備好抓取物體。

向遠(yuǎn)處物體的代理碰撞器發(fā)射射線，同時(shí)射出一只手，讓手直接吸附在物體正前方位置，準(zhǔn)備好抓取物體。

我們還考慮了另一種替代方式，不需吸附就能讓遠(yuǎn)處物體懸浮并射出一只綠手，同時(shí)，使用者可以完全保留對(duì)手的操控權(quán)。這種想法能讓交互引擎(Leap Motion Interaction Engine)對(duì)遠(yuǎn)處物體實(shí)現(xiàn)全自由操控，如軟接觸等。

要完成這一動(dòng)作，我們將雙手可觸及區(qū)域重新映射出一個(gè)預(yù)設(shè)的投射空間，這個(gè)投射空間范圍大到足夠?qū)⒆钸h(yuǎn)的物體都包含在內(nèi)。一旦射線擊中了物體的代理碰撞器，我們會(huì)將發(fā)射手送到空間內(nèi)的相應(yīng)位置，只要你的射線仍打在代理碰撞器上，發(fā)射手就能自由移動(dòng)。這一操作會(huì)在物體上產(chǎn)生氣泡，用發(fā)射手就能實(shí)現(xiàn)物體的自由懸浮。

讓遠(yuǎn)處物體自由懸浮可以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的軟接觸

這一動(dòng)作聽起來很有意思，但我們最后發(fā)現(xiàn)控制難度太大。一般情況下，虛擬物體的軟接觸交互需要一個(gè)適應(yīng)過程，因?yàn)閷?duì)游戲引擎來說，雙手是具有不可阻擋力量的固定物體。在放大的投射空間里的進(jìn)行手部操作會(huì)進(jìn)一步加劇這一現(xiàn)象。發(fā)射手射出的距離越遠(yuǎn)，你真實(shí)手部的微小動(dòng)作也會(huì)等比例放大。很多時(shí)候我們只想讓手靠近遠(yuǎn)處的物體，卻發(fā)現(xiàn)力量太大，反而把物體拍走了。經(jīng)過一系列的測試后，我們放棄了自由懸浮的方式，繼續(xù)采用吸附懸浮的方式。

2. 抓取

對(duì)這個(gè)執(zhí)行來說，抓取動(dòng)作和用交互引擎抓取任何虛擬物體一樣容易。我們已經(jīng)讓藍(lán)色發(fā)射手直接吸附在遠(yuǎn)處物體前方的位置上，就只剩下直接抓取這個(gè)動(dòng)作了。一旦握住了物體，我們會(huì)進(jìn)入下一個(gè)投射空間抓握行為(projective space held behavior)，也是這次執(zhí)行的核心。

3. 握住

一旦你抓取了遠(yuǎn)處的物體，你和物體之間的距離就形成一個(gè)投射空間，你實(shí)際的觸及區(qū)域也被重新映射放大了。在這個(gè)投射空間中，你手部的運(yùn)動(dòng)弧線會(huì)對(duì)應(yīng)形成發(fā)射手的運(yùn)動(dòng)弧線。

不過，如果你漸漸把手收回，你的投射空間范圍也會(huì)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。隨著你真實(shí)手部和參考肩部位置的距離縮小為零，投射空間也會(huì)慢慢縮小成你真實(shí)手部的可觸及區(qū)域。

這樣一來，隨著你的手部慢慢回到離身體最近的位置，投射空間也會(huì)縮小至你真實(shí)手部的可觸及范圍，此時(shí)，你的發(fā)射手和你的真實(shí)手部融合，你就能直接握住該物體。

雖然這種能夠動(dòng)態(tài)調(diào)整的投射空間抓握行為背后的邏輯聽起來非常復(fù)雜，但在實(shí)際操作中，這一動(dòng)作會(huì)讓你覺得和伸手一樣自然。

只要稍加練習(xí)，這對(duì)延伸臂用起來和雙手一樣自然，而且它還能擴(kuò)大雙手的觸及范圍。有了延伸臂，你可以拋擲物體、接住物體并調(diào)換物體位置，同時(shí)，這些動(dòng)作會(huì)變得趣味十足!

延伸臂就是這么神奇。你只需花幾分鐘適應(yīng)動(dòng)作的激活模式，就能切實(shí)感受到你的近體空間完全覆蓋了整個(gè)區(qū)域。那些之前夠不到的物體，你的發(fā)射手只要一秒就能夠到它。相比之前兩種執(zhí)行方式，這一方法能夠真正增強(qiáng)你的能力。隨著技術(shù)發(fā)展把身體圖式推向極致并為其注入真正的超能力，我們有理由期待更多新作品問世。

本文名稱：召喚和超能力：VR遠(yuǎn)距離交互設(shè)計(jì)
地址分享：http://muchs.cn/article22/chcgcc.html

成都網(wǎng)站建設(shè)公司_創(chuàng)新互聯(lián)，為您提供網(wǎng)站設(shè)計(jì)公司、建站公司、標(biāo)簽優(yōu)化、網(wǎng)站制作、全網(wǎng)營銷推廣、網(wǎng)站導(dǎo)航

廣告

聲明：本網(wǎng)站發(fā)布的內(nèi)容（圖片、視頻和文字）以用戶投稿、用戶轉(zhuǎn)載內(nèi)容為主，如果涉及侵權(quán)請(qǐng)盡快告知，我們將會(huì)在第一時(shí)間刪除。文章觀點(diǎn)不代表本網(wǎng)站立場，如需處理請(qǐng)聯(lián)系客服。電話：028-86922220；郵箱：631063699@qq.com。內(nèi)容未經(jīng)允許不得轉(zhuǎn)載，或轉(zhuǎn)載時(shí)需注明來源： 創(chuàng)新互聯(lián)