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不只是新颖:因特尔沉浸式虚拟现实体验指南
时间:2019-10-22    评论:0
    来源:英特尔公司 
    作者:Susan Michalak

  简介

    近年来,虚拟现实 (VR) 技术取得了长足进步,让用户得以在沉浸式环境中获得更逼真的体验,在精心创建的环境中尽享“身临其境”之感。无论是主板、CPU 性能、GPU 性能、VR 设备的视觉逼真度还是支持 VR 功能的软件,均实现了飞跃式发展。

    游戏是最明显的 VR 技术受益者,并且已经开始将该技术运用到极致。其他软件类型同样可以从 VR 沉浸式功能中获益,其中包括教育、培训以及医疗用途。然而,和许多新技术一样,应用 VR 技术表面看上去很棒,但仍然存在致命的缺陷,会让您从沉浸式体验中退出,或者最终让您不禁思索,人们为什么要大费周章地创造该软件。开发人员面临着从开始的“哇哦,太棒了!”到迅速转变为“这有什么意义呢?”的风险。

    幸运的是,这种风险可以避免。相关人员针对 VR 进行了细致的研究;此外针对多种类型的 VR 软件所做的大量生理学研究和最终用户反应揭示了一套打造成功 VR 体验的清晰指南,可将该技术运用到极致。


    此外,英特尔为扩展 VR 研究完成了一项重大的计划。在该计划中,研究人员首先通过各种 VR 活动观察最终用户的最初与后续体验,随后通过详细的询问环节和调查问卷来发掘增加体验趣味性的特定因素。其中一项重大发现是:乐趣与沉浸程度之间具有很高的统计关联性。研究还显示了与沉浸紧密关联的游戏和环境的数个方面,这些方面都是扩展沉浸感的关键所在。

    现有研究和新研究中的所有发现共同形成了这些用于打造沉浸式 VR 体验的指南。这些指南彼此之间相互影响,每种程度都可以推动影响力进一步提高。这些指南自然而然地分成了三大类:

物理基础

    物理基础指南是在 VR 体验中建立沉浸式体验的基本要求。对于开始充分信任系统并进入沉浸状态的玩家,必须让其感到安全、舒适并且免受外界干扰。许多由硬件提供商(例如 Oculus*、Microsoft* 和 HTC*)开发的技术指南均属于此类。

    安全性

    物理安全性

    确保整个系统支持用户在体验虚拟世界的同时,可以在现实环境中安全地进行移动。尽职尽责的开发人员应当:

    ● 在用户开始任何 VR 体验之前,告知其可能遇到的风险。

    ● 为其提供系统(支持运动包络)对物理要求的清晰指南,甚至在用户戴上设备之前就提供。

    ● 在虚拟视图中,在用户即将撞到边界之前提供“边界”反馈1。可利用视觉、听觉、触觉或几种感觉的组合进行反馈。

    ● 提供校准步骤以准确定义可达包络线,确定适合任何体型的玩家的合理边界。

    社会安全性

    确保用户意识到其在虚拟世界中进行的动作所产生的社会影响,并确保用户不会身处有损人格或危险的社会场合之中。尽职尽责的开发人员应当:

    ● 在进入线上社会环境之前征得用户的同意。如果社会环境中包含视觉与音频效果,确保用户知晓在进入环境之前这两种模式将同时开启。

    ● 赋予用户控制其线上形象的外貌与身份的权利。例如,不要假设用户想要使用其 Steam 帐户名作为其在虚拟社会环境的显示名称,在进入社会环境之前,允许用户确认(或更改)自己的显示名称。

    ● 绝不容许用户在线上社会环境中彼此进行有损人格或危险的个人互动行为。 

    ● 提供不同方式鼓励用户保持良好的社会礼仪。例如,以显眼的方式标出不良行为者有时足以将不良行为遏止在萌芽阶段。

    舒适度

    人体工程学

    当用户佩戴设备或操控控制器开始感到不舒服时,他们会停止体验沉浸式感觉。尽职尽责的开发人员应当创造可调节的硬件,以适应任何体型的玩家。例如:

    ● 合体的设备意味着不会因设备长时间对鼻梁或颧骨施加过高的压力而导致酸痛。

    ● 称手的控制器应当适合各种大小的手。例如,控制器的大小既应当适合占百分之五的女性手掌大小(宽度:7.34 厘米或 2.89 英寸),又不会导致占百分之九十五的男性手掌(宽度:9.76 厘米或 3.84 英寸)出现误按操作。

    ● 通过参考那些由军方发布的人体测量数据表来针对人体尺寸范围进行设计2。

    VR 眩晕

    在过去,VR 引起的移动眩晕(模拟装置眩晕、网络眩晕等)是一个很严重的问题。于 1999 年发布的一项研究表明,在 148 位参与者当中,其中 80% 声称感受到了由 VR 引起的症状,5% 则受到了严重影响3。现代 VR 系统已经过长时间的发展,但是网络眩晕的风险仍然是其主要问题。

    当然,某些人比其他人更容易受网络眩晕的影响:研究表明女性、儿童以及轻微生病或失眠的群体更容易产生眩晕症状4。但是如果 VR 系统的目标是让想要使用该系统的任何用户都能够享受乐趣,那么防止这类症状的发生便成为开发工作的重中之重。针对此课题的优秀资源有很多,包括 Oculus 的“最佳实践”5、Google Cardboard 指南6,以及由伊利诺伊大学教授 Steven LaValle 撰写的教科书《Virtual Reality》7。

    这里仅列举了这些专家提出的防止网络眩晕的指南的示例。如需更多详细信息,请参阅参考文献。

    ● 随时准确地响应用户运动,最好以正常人的运动速度或接近该速度进行响应。尤其在进行头部追踪时,应尽量做到零延迟。

    ● 运行代码的帧率要大于或等于硬件刷新的频率,以避免抖动。

    ● 确保视点的位置正确,同时考虑立体声补偿。

    ● 避免让移动对象占据用户的大部分视野,以防产生自我移动的感觉。

    ● 减少加速的频率和时间,尽量即时完成。

    ● 在传送过程中,提供足够多的视觉提示,以尽可能地维持姿态并保持原有方向。

    阻隔现实环境

    要实现沉浸在虚拟世界的感受,物理系统必须能够有效地防止现实环境渗入到虚拟体验之中造成注意力的分散。

    ● 将设备周围填满衬垫,以防止光线射入。

    ● 提供与虚拟世界相一致的音频音轨来设置情境,防止外部物理环境中的声音对用户造成干扰。

    基本现实性

    确保了安全性与健康状况之后,创造沉浸式体验的下一步便是打造令人信服的环境供用户探索。用户的期待与虚拟世界之间的明显差异最乐观的影响是使用户下意识地抗拒进入完全沉浸状态。而最糟糕的情况是,这些差异变成了明显的干扰,造成了类似于“电影剪辑师没有剪掉电影场景中的麦克风吊杆或相机设备”的错觉。

    图形完整性

    虚拟世界中的图形是用户体验虚拟世界的首要方式。尽管用户向往极度逼真的图形,但图形的一致性与平滑度甚至比现实性更重要。诸如像素化严重、出现斜纹或细节级别不一致等瑕疵都是会将用户拉出 VR 世界的可视化因素。

    ● 确保虚拟世界正确呈现而不具有任何技术上的欺骗行为(如果用户可能看出这些欺骗行为)5。

    ● 一致的帧频(甚至在是激烈动作或是运动期间)对于玩家在虚拟世界中集中注

    ● 最佳的环境具备有趣的地平线和细节精致的天空,而地面则是平静或阴暗的8。

    ● 将代表玩家现实世界环境的虚拟网格如何整合至视觉体验纳入考量。例如,如果地面网格边界以下的图像充满了细节,这会使网格呈现出漂浮在地面上的效果8。

    ● 确保背景全景图片无缝契合,进而不会出现生硬的切换使得图像的左端和右端同时出现8。

    ● 提升人物或玩家虚拟形象的图形清晰度会因“恐怖谷”而呈现边界递减效果。此理论假定人物副本达到了一种令人信服但尚未接近完美的现实等级时,他们会比纯卡通形象更容易让观察者产生反感。

    逼真的音效

    空间音效

    能够将音效与其位置相结合对于用户来说是一项重要提示,借此用户可在虚拟世界中自由穿行。缺乏空间音效或是无法察觉到声源的真正位置将会让用户对虚拟世界失去兴趣。出于这一原因,大部分或是所有音效都应该实现空间化。

    ● 协助用户确保其耳机及音效设置均已进行正确配置,以优化音效体验。

    ● 甚至音乐也应该实现空间化,尤其是将音乐关联到菜单或 UI元素时亦应如此,而不是产生氛围音效9。

    ● 我们应该迎合对音效的期许,而不是颠覆它们。例如,当用户听见鸟叫声时,根据其现实环境中的经验,他们很可能会抬头,即便该声音是从他们下方进行了空间化9。

    ● 音效应该随着玩家接近声源而变得更加响亮。这包括其头部的倾斜,而不仅是其虚拟形象的移动5。

    ● 用户的方向也应对音效的音质和音量产生影响(例如,面向声源和背向声源)。

    ● 包括多普勒效应,因为它可提供宝贵的移动提示7。

    ● 除非是要制造含混不清的效果或是故意要让玩家感到紧张,否则应避免无法看见或无法辨识的声源9。

    环境情境

    音效的另一重要作用就是烘托场景,从感知和情感的角度将玩家带入虚拟世界。例如,一座阴森恐怖的房子配上咯吱作响以及阴风阵阵的音效会大大丰富环境内容,同时诡异的音乐衬托出用户的情绪并传递气氛。

    ● 低水平的环境噪声也能帮助掩盖来自用户现实环境四周的噪声,降低从虚拟世界分散的注意力。

    ● 然而,重要的是不要让环境音效压过空间音效。如果环境音效占据主导,用户将很难定位来自其他人物或活动的声音。

    普遍存在的音效

    正如用户希望环境中的所有事物都会以视觉形式反应到他们的互动行为当中一样,他们同样希望所有事物均可实现逼真的音频响应。当物体被抓紧、掉落、扔出或操控时,用户希望听到与之匹配的音效。

    ● 音效的独特性非常重要。不同的物体在被抓紧或碰撞时会发出不同的声音,用户将习惯期盼声音与实际听到的声音之间的差异。

    ● 真实音效要比合成或人工音效的效果更好。用户对音效越熟悉,感觉就会越真实,他们也就可以更轻松地对该环境内的音效进行辨别,进而维持自己身处于现实之中的错觉9。

    响应式环境

    环境中的提示

    如果 VR 用户真地沉浸在虚拟世界当中,他们将希望与环境进行互动。每个动作都应该在听觉、视觉和触觉上得到适当的反应。

    开始进入 VR 世界之后,用户将希望与几乎所有存在于环境中的事物进行互动。如果环境中的特定事物可以进行互动,确保向玩家做出明确说明,以便他们能够准确地预测出可与之互动的环境部分。如此便可避免令人失望的猜想体验,以免用户因物体在 VR世界中看起来栩栩如生却无法与之进行互动而感到大失所望。此类沟通与“培训”应当尽早开始,如此用户将从体验的初始阶段便可围绕交互性形成一个思维模式。

    目前,VR 中的触觉反馈缺乏逼真度和独特性,但仍然可以通过提供可亲身感知的体验提升沉浸式感受。每个 VR 世界都将需要开发自己的触觉语言,以便利用不同模式进行沟通。例如,一个快速轻微的震动可能表示用户拾起物体,而一个强烈的震动则可能表示游戏玩家遭受伤害。

    无明显迟滞

    确保用户头部与手部移动的高准确性与零延迟追踪至关重要,借此才能让用户持续沉浸于自己的虚拟身体当中。时间上的不相符或延迟不仅会导致焦躁不安,而且还能导致移动眩晕以及用户身体上的不舒服。

    直观式控制

    “胜似现实”的交互体验诸如选择、抓紧、操控、搬运、投掷以及放置物品等操作,或者是其他环境功能应易于执行。交互等级并非总是需要完整的逼真效果,因为太过逼真可能会让小型任务的效果既单调又难以实现。

    事实上,虚拟世界中并不需要像现实环境中一样准确,这一点很重要,因为玩家在现实环境中并不具有如此多的操控实践和反馈。所有现实性都将来自于所有这些物体对交互做出反应的独特方式、它们所产生的独特音效以及物体能够被组合的方式。

    利用诸如“吸引域”等功能可以给予玩家更多自由空间来操控物体,使其不会因做简单任务时的重复性失败而分散注意力。在此情境中,“吸引域”代表了一组可实现所需操作的用户输入。例如,如果玩家尝试将一个瓶子直立放置到桌子上,VR 应用程序应该采用更大的方向范围来实现瓶子保持直立,而不是应用一个极度逼真的物理引擎来查看瓶子是否保持直立7。

    限制大幅度移动

    避免要求用户使用手臂做出许多大幅度的动作,否则将可能增加玩家做出“猩猩手”动作的风险。这种现象会出现在某些 VR 产品之中,玩家被要求长时间保持手臂伸展、做幅度较大的姿势,导致迅速产生疲劳感。

不只是新颖

    上述优质设备与沉浸式 VR 功能均是软件产品取得成功所需的必要条件,这一点毋庸置疑。虽然不可否认此类产品具有重大优势,但这还不够。影院中的三维类比具有启发意义。无论雪花飘落或是火箭飞向观众的效果有多精彩,如果电影内容不值得观看(如优秀的人物角色、可维持兴趣的故事线以及观众想听到的对话),那么这些独特风格也会很快黯然失色。

    在 VR 环境当中,这种类比之间关联性很强。打造专为实现 VR 体验而生的法则,由此用户将不仅只是享受到与虚拟世界互动所产生的乐趣。本节也会对这些法则加以说明。

    优质的内容

    首先要考虑的就是优质的内容。如果不能提供令人愉悦的内容,即便是世界上最令人兴奋的交互也将迅速变得枯燥乏味。此法则不只针对 VR,这也是该法则非常重要的原因:VR 是一种实现目标的完美方式(美妙的游戏或教育/培训体验),而非目标本身。

    这些体验将自然而然地因类型而异。对于游戏而言,优质的内容意味着有趣的游戏操作、循序渐进的难度挑战、奖励系统、生动的图形、有趣的故事线,以及经久不衰的好游戏的其他基本要素。对于教育软件而言,优质的内容意味着准确的信息、与信息接触的各种方式、某些评估学习效果的方式以及其他方面等等。对于培训和医疗应用,成功的因素众所周知。

    如果 VR 开发人员能够谨记技术是用来与优质内容进行互动的工具,而非用来弥补平庸内容的“拐杖”,他们便能够取得最大成功。

    顺利进入角色

    由于虚拟世界与现实环境大不相同,但却具有近乎真实可信的效果,所以许多最成功的 VR 产品会逐步平滑地过渡到虚拟世界。

    以下是实现这一过程的两种方法,可能其中一种有效,亦可能二者同时有效:

    集成教程

    优质的教程不是在二维空间中进行纯指示性指导,而是在虚拟环境中进行,从而在游戏或活动开始后,即可迅速给用户带来视觉上的熟悉感。教程应涵盖如何使用控制器硬件(例如操纵杆)完成诸如拾起或扔出物体以及移动等特定动作。移动非常重要,因为虽然高级的 VR 系统允许您向前移动,但现实中这些动作被限定在有限的室内空间内,而在 VR 环境中却可能横跨几英里。因此,大部分游戏均具有某种系统,用于实现在游戏中传送或移动的距离高于用户在物理空间内移动的距离。在实际 VR 环境中,此类姿势需要教程协助。集成教程已经是标准游戏中广为人知的方法,但在 VR 中,这些教程甚至更加重要。

    柔和迅速的过渡

    为降低进入新环境时所产生的震动,软件可帮助用户逐渐过渡到虚拟世界。例如,启动时 VR 产品可通过先渐入到周围的音效范围之中,然后再渐入到图像中来避免唐突且混乱的趔趄。SteamVR 教程使用此方法,实现了在其修饰环境之时让用户在旁观看。只有在这个简单却意义重大的过渡完成之后,教程才会允许用户开始与虚拟世界进行互动。

    普遍存在的交互性

    在 VR 环境中,用户假定其中存在的所有事物均有其目的性,因此希望与他们周围的所有事物进行互动。在二维 PC 视频游戏中,常常会见到某些物体是“活”的并且可以与之进行互动,而其他物体则是静态的,并且无法触碰或者移动。开发人员可能认为 VR游戏中的情况也是如此,其实不然。

    交互动作

    针对最终用户的研究表明,增强现实性的 VR 环境会导致用户希望触碰、拾起或检查其周围的物体,原因很简单:一切看起来都太逼真了。用户会迅速希望其动作(他们选择交互对象与互动方式的能力)得到应有的反馈。当数个物体进行互动,然后其中一个“死了”并无法被操控,这便是一个唐突的提醒:这是一个人工世界。此类差距所产生的尴尬效果使用户可能会退出沉浸式体验。

    相较而言,虚拟环境中的交互式物体越多,用户继续参与互动的可能性就越大。

    充足的用以维持兴趣的内容

    充足的内容是普遍交互性的组成部分。内容不仅应持续保持互动,即便是以微不足道的方式,也应确保具有充足的内容能够维持用户的兴趣。由于 VR 是一项高度感官化体验,因此成功的产品将形成一个平衡,既可以提供足够的内容来维持感官体验,又不会因内容过多而让用户感到应接不暇。

    VR 交互的首要原则

    优秀的 VR 软件旨在充分利用 VR 功能。可以简单设想一下,可能使用 VR 的活动在某种程度上会比较有趣,但仍旧停留在肤浅的层次上。其中一个示例可能就是 VR 阅读应用,该应用允许用户在图书馆的书架之间穿梭,收听着足球赛事并选择一本书坐下来进行阅读。在此案例中,VR 交互可能与众不同,但随着时间的推移,这些交互会给人以“装点门面”的感觉,影响了主要活动的进行。

    相较而言,在维持用户兴趣与持续的使用中,突出 VR 的独特功能并将这些功能放置到主要交互之中的软件将发挥出更好的效果。

    Jeremy Bailenson(斯坦福大学人类交互实验室的主管)表示,值得开发 VR 体验的活动可以用以下形容词中的一个或多个来描述:罕见、不可能、危险、昂贵10。打造合体 VR 的另一经验法则是确定以下任何问题的答案是否都为是:

    罕见

    活动是否极不常见(例如看见超新星或鲜为人知的海洋生物)以至于在现实生活中进行该活动并不现实?

    不可能

    是否为虚构环境(例如怪物世界),亦或是违反物理定律(例如人类像蜂鸟一样飞行)去完成一些根本不可能实现的活动?

    危险

    如果进行这些活动,是否会发生受伤或更糟糕的情况?示例包括初学者进行外科实践,在雪崩前面进行高速滑雪,或者在城市街道之间赛车的时候扔手雷。

    昂贵

    对于普通人而言,想要合理执行该项活动是否会很昂贵(例如,环球旅行或重建泰姬陵)?

    如果至少一个答案是肯定的,则该活动便适合利用软件来打造VR 体验。这些情况非常适合通过模拟大多数人从未体验过的活动来打造现实感。

结论

    虚拟现实的功能发展至今,已经能够实现令人赞叹与信服的沉浸式体验。以可持续的方式实现这一体验要求 VR 开发人员能够对几类可能发生的干扰格外关注:基本的安全性与舒适度问题、基本的感官逼真,以及超越了单纯 VR 独特风格的实施,进而真正地保持用户的参与热情。

    遵照这些指南打造为用户带来超值沉浸式体验的 VR 软件产品,将有助于开发人员借助此全新技术取得真正(不仅仅是虚拟上)的成功。

    声明

    在此谨对 Thug Design 公司的 Elise Lind、Colin Bay 和 Noah Fishel 在编写此白皮书过程中提供的大力协助表示感谢。

    参考文献(略)

标签:因特尔沉浸式
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