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3DOF和6DOF有什么不同 两者的表现形式有什么不一样

2020-05-18 09:56:45 来源:互联网 编辑:陶金海

花火网消息,第五届全球虚拟现实大会现已正式开幕,有不少令人惊艳的技术和大家见面,就比如中国移动旗下咪咕快游研发的6DOF VR,能让用户体验到更佳沉浸式的游戏体验。那么究竟6DOF VR是什么,特和我们常见的3DOF VR又有什么区别?下面小编来为大家解惑。

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  01技术原理

所谓3DOF,就是3自由度,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。

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。

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由于3DOF头显无法自动捕捉用户视野高度,只有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。因此,3DOF头显的弊端也随之暴露出来:一是无法通过头部位移的微动作来调整视距(全身位移可以通过移动观察点来实现),看得见摸不着;二是无法自动捕捉用户身高来匹配视野高度,影响沉浸感。

而6DOF就是6自由度,除了具备在X、Y、Z 三轴上旋转的能力之外,也具备在X、Y、Z三轴上移动的能力。这样一来,6DOF的VR设备就几乎可以模拟所有的头部动态。并且,利用位移数据,也可以标定用户身高,让用户从视觉上感知目标物体的实际高度,让场景更真实。这在多人VR互动内容中,是极其重要的一点。

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  02 3DOF与6OF在场景交互中的应用感受

VR游戏主要是通过设备与头、手等身体部位进行交互,来实现一系列操作控制,下面我们就分别展开谈谈。

  A、头部交互对比

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,下图仅用于示意)

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在6DOF中,头显的主要作用除了环境感知外,又增强了许多主动性的行为,比如:微动作(歪头、缩脖子、半身前倾等)、主体移动(可以走、跳、蹲甚至躺)。通过下图我们可以看到用户的头部以及身体能够依靠与现实世界认知通用的反应来躲避对手的进攻。

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目前大多数直接面向C端用户的内容中,都是用头显来标定整个躯干的动态,也就是说,膝、肘、胯等关节部位的动态依然难以精确捕捉。但是在某些游戏中,用户可以通过在关节处增加绑定VIVE单独的小型追踪器,来实现更高精度的动作反应。在相关前沿外设中,也有电子皮肤这种高级的捕捉和力反馈设备,只是尚未进入消费者的视野。

  B、手部交互对比

3DOF头显产品主要是通过配备单手3DOF的蓝牙手柄来进行交互操作。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。

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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。

  常见的手部行为有以下几种:

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。

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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生,但是也会降低沉浸感。

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以虚拟手部为圆心,通过3轴旋转模拟枪支射击;由于无法移动枪支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。

目前6DOF中常规手柄嵌入了红外发射器,尽管键位设计也极为相似,但是握持感和键值映射却有很大的不同。以Valve手柄为例,分为三个区域,即使用摇杆+圆扭按键方式的拇指区域、采用扳机方式的食指区域和采用手指感应方案的后三指区域。整个手柄的握持手感比较符合人体工学,使用了数十个传感器+手部固定结构,更强调引导用户采取抓握、手指触摸等现实世界中的自然手势进行操作。目的就是要进一步鼓励用户忘掉手柄,尽情的松开手,灵活的运用手指。

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这张图显示了6DOF下手部交互的优势,不用按键、不用摇杆,只用手势就完成了交互操作。一只手握住火箭,另一只手拽开引线,然后火箭发射出去。相信在我们的认知中,儿时的许多玩具都有这种自然地交互行为。

在整个交互过程中,没有发射键,不用按"F",只需要你按照现实世界中既有认知去尝试,就可以自然而然的触发。而这种"观察-猜测-尝试-成功"的正向情绪反馈,像极了我们小时候探索这个世界的状态。所以每当有新用户体验这个游戏,大家都会不由自主地发出赞叹。

  C、头、手联动交互对比

3DOF的头部交互与手部交互之间是可以互相剥离的,头与手都可以单独采用Cursor的方式来进行选择、确认等一些列操作。

而在6DOF的世界中,手柄往往是必备物品,犹如一个人的双手。支持移动的定位方式,又给予了用户双腿。于是,VR体验从视线单维度的体验,扩展到视线、手势、位移等维度,形成更加立体化的交互方式。

举个例子:假如在游戏中有两个敌人攻击你,那么我们可能会移动身体来躲避攻击,举起右手的手柄扣动扳机大致的瞄向敌人的方向试图射杀敌人,同时挥舞右手的刀来攻击另一个敌人。

在整个过程中,我们往往不再以视线为引导对具体的目的做出反应,而是以我们在日常生活中吸取到的基础认知中的多种本能行为来与当下的场景进行互动。而这种让用户无意识间就将自己沉浸其中的场景传达能力,是VR非常重要的特点。

通过上面的观察,我们可以发现,6DOF的VR头部、手部设备在复杂性上要远高于3DOF。而当6DOF的头手配合起来,又会产生怎样的奇妙体验呢?

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图中的这位小哥,用手抓住悬空的插头,然后进行了一个拖拽的操作,同时身体微顿,将插头插入插孔,然后转身,重复之前的动作。这一连串的动作中,我们的全身都参与其中,但是并没有因为要操纵手脚而显得手忙脚乱。这是因为在这段交互行为中手和身体之间的配合基本符合我们日常的行为认知,我们可以轻松地将生活中的经验移植到虚拟世界中来。

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而这张图里面的交互就更有趣了,以前一段时间大火的吃鸡游戏来举例:

PUBG里面有普通、瞄准镜、腰射三种射击模式,在三种模式中切换都需要一定的时间,并且假如我们切换到瞄准镜的状态下,准星移动、周边视野是完全与其他模式不同的。

而在6DOF的世界中,如果你想开镜,很简单!只需要把枪(手柄)举起,或者把头部靠近瞄准镜就可以了。

像上图中的这种瞄准镜观察状态,可以随时观察境内视野和镜外视野,这种无缝衔接,多状态并存的交互,可以催生更加灵活的作战方式。这种直觉-操作-获得的交互流程更加直观,更加具有沉浸感。

那么我们还能通过头和手的配合做些什么有趣的改变呢?

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我们都知道很多传统游戏中,嗑药、打包、捡东西都是既定的角色动画,或是按下"F"(互动界的万金油)键,或是长按"F"来触发。在这种长期既定规则的驯化下,许多可以增强临场感的行为都被简化为一个指令,很少有玩家还能感受到吃药、喝饮料、打绷带的区别。

而上面这个游戏里面的喝药动作可以让你沉浸到什么程度呢?基本上你仰起头喝饮料的时候,你的眼球一定是向下死死盯着前方向你扑来的丧尸的,这种恰到好处的麻烦,给用户带来了极强的临场沉浸感,甚至饮料喝到一半就掏出枪来突突突。

很多游戏里面,喝了一半,吃了一半,打绷带打了一半,都是算没打过的,这…Why?主角第N次掏出能量饮料罐,望着严丝合缝的拉环,不禁陷入深思…

Steam平台上有一款游戏叫做《blade and sorcery》,其中的喝药动作设计是这样的:抓起药瓶 – 拔开塞子 – 仰头喝药 – 盖上塞子。对,这个游戏的设定是,如果你喝了一半没有盖上塞子,那么这个瓶子一旦倒了,里面的药水是会流出来的。

以上种种有趣的操作,都只是6DOF头手配合的产物之一,而要想设计出这些与众不同的交互方式,就需要我们对人的行为进行深入细致的观察。

  03 3DOF与6DOF总体特性对比

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:3DOF首先要突破的就是VR中的移动,其大致分三种,方向键平移、跃进式瞬移、真实移动,这些是实现沉浸感的首要条件。

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。

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。

6DOF的特性如下:

可移动:摆脱了木人桩式的探索模式,极大地提高了以游戏引擎为驱动的游戏类VR内容的体验层次;

全身交互:虽然头手在精确操作上配合更多,但是由于头显与主体位移关联,所以实际上我们的整个身体都在参与交互过程;

多视角:由于移动维度的开放,所以用户的观察视角会更加多元,这对于场景搭建和用户视角引导就有一些新的要求,比如贴图精度处理、场景视角处理、视觉引导处理等等;

开放性:6DOF手势交互的高开放性,意味着用户与场景或者物体之间的互动会更加开放,而这种开放性就像一把双刃剑,一方面会增强沉浸感,一方面也会提高用户的学习成本。


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