新方法使虛擬現實中的無限行走變為可能

中國數字科技館

百家號07-0914:37

來源：計算機協會

一位使用者穿戴著研究者的實驗裝備——一個帶有SMI公司視線追蹤技術的Vive頭盔顯示器（Vive HMD）。疊加圖是俯檢視，記錄了在一個3.5m×3.5m的真實房間裡，使用者的身體移動路徑和一個在6.4m×6.4m的更大的合成空間裡的虛擬路徑。當用戶轉向定位時，目光的快速掃視能夠顯著增加旋轉角度，並且不會造成視覺扭曲或模擬時的眩暈感。該方法能夠應用於大型開放虛擬空間以及小型現實環境中，比如房間場地大小的虛擬現實體驗。

供圖：Qi Sun

在不斷髮展的虛擬現實（virtual reality，VR）技術領域中，有很多關鍵問題仍待解決。最近，一組電腦科學家解決了VR中的一個重大難題，這極大地改善了使用者體驗，使使用者在身體受限於真實空間時，仍能獲得沉浸式的（immersive）視覺體驗，使他們擁有身臨其境的感覺。這個研究團隊將會在2018年的SIGGRAPH（Special Interest Group on Computer GRAPHics and Interactive Techniques）盛會上展示他們的成果。

紐約州立大學石溪分校(Stony Brook University)，英偉達公司(NVIDIA)和Adobe公司的電腦科學家們合作建立了一種計算框架，可為VR使用者帶來無限行走在虛擬世界的感覺，儘管實際上他們都被侷限在狹小的真實空間裡。這種框架還可以給使用者自由行走的體驗，同時不會讓他們感受到VR體驗中身體移動時常有的眩暈，搖擺和不適。並且使用者在體驗VR時不會在真實世界裡碰撞到物體。

為了達成這個目標，研究者致力於通過人眼的一種基本自然現象——掃視（saccade）來操縱使用者的行走方向。掃視是快速的眼部運動，當我們在視野範圍內看不同的點時就會進行掃視，比如審視一個房間或者觀賞一幅畫作。掃視其實是一種不受我們控制的自發現象，常常每秒發生幾次。在這段時間裡，我們的大腦會很大程度地忽略視覺的輸入，這種現象稱為“掃視抑制（saccadic suppression）”。掃視抑制會讓我們完全忘記了我們的暫時失明和眼球運動。

“在VR中，我們可以展示浩瀚的宇宙；然而，我們家裡和辦公室的實際空間則要小得多。”該研究的主要作者、曾在Adobe Research和NVIDIA實習的石溪大學(Stony Brook University)博士生Qi Sun說，“人眼掃描場景的本質是在注視點間快速移動。我們認識到，如果我們在掃視時輕微地旋轉視覺相機，就可以重新指導使用者的行走方向，從而模擬出一個更大的行走空間。”

研究人員發明的這個新方法通過使用一個頭部和眼部追蹤的VR頭盔，可以在短暫失明的瞬間探測到掃視抑制併為使用者轉變方向。當需要多次連續轉向時，研究人員將藉助一種專門的精細凝視方向來促使使用者進行快速掃視——用一種可以在我們的視覺邊緣建立對比點來動態鼓勵快速掃視的方法。

團隊裡書寫這篇名為“朝向虛擬現實無限行走：動態掃視重定向（Towards Virtual Reality Infinite Walking: Dynamic Saccade Redirection）”的作者將會在2018年的SIGGRAPH展示他們的成果，該會議將於8月12日至16日在加拿大不列顛哥倫比亞省的溫哥華（Vancouver, British Columbia）市舉辦。這個年度會議和展覽將會是世界領先的專業人士、學者和創意人士的舞臺，他們引領著電腦影象和互動技術的前沿。

迄今為止，現存的虛擬視覺中無限行走的解決方法僅具備有限的重定位能力，可能會導致場景失真；並且還不能避免使用者碰到真實世界的物體，比如桌子和椅子。這個團隊的新方法可以通過動態重定向使使用者遠離這些物體。這個方法執行很快，因此它還可能幫助使用者避免碰撞到運動的物體，比如說在同一間屋子裡的其他人。

研究者分析了使用者的案例和模擬情況來驗證新計算系統，包括讓參與者實施類似遊戲的搜尋（game-like search）和一些檢索任務。總體而言，在掃視抑制期間視覺相機的轉動對於使用者來講是可忽略的；他們不能分辨出在相機的操控下自己被自動調整了方向。另外，在測試該團隊的實時動態路徑計劃的方法時，使用者可以行走而不撞到牆和傢俱，或者移動的物體，比如身旁的VR使用者。

“目前對於虛擬現實來說，給VR使用者提供一個完全自然的行走體驗是很難的。”Sun說道，“這是我們工作背後的首要動力——去消除這種限制，並且使在大型虛擬世界中的完全浸入式體驗成為可能。”

儘管VR系統主要應用於VR遊戲中，但新系統還可能適用於其他行業，比如建築設計，教育和電影製作。

翻譯：溫爾雅

審稿：林然

原文連結：https://www.sciencedaily.com/releases/2018/05/180529140935.htm