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| 本文作者： 劉芳平 | 2016-12-05 21:06 |
關于VR，幾乎人所共知的一大問題就是眩暈，而眩暈產生的重要原因就是用戶看到的畫面運動與身體的運動不一致。特別是在第一人稱游戲當中——你在虛擬的世界里行走，而現實世界卻是坐著或是站著的。
這就是為什么許多技術和產品被發明出來應對這一問題，例如VR跑步機，它可以通過用戶在跑步機上的“原地踏步”來實現虛擬世界的移動，從而讓你身體的運動和畫面的運動保持一致；還有，一些游戲體驗采用穿越式（teleportation）的位移方式，從而避免視覺上的位移感受。
而最好的解決辦法，其實是像HTC Vive那樣，使用空間定位技術追蹤用戶的位置，使用戶在真實環境中的走動完全變成虛擬世界里的走動。但Vive的問題在于，其定位空間是有限的，只有房間規模，用戶不可能無限制地走下去，所以很多時候仍然需要用到teleportation來進行位移。
有限的實體空間與無限的虛擬世界之間的矛盾，是VR需要解決的重要問題。即便對擁有大范圍空間定位系統的VR主題公園來說也是如此。
這也是魏立一教授演講開場時向大家介紹的VR問題。
2016年12月5日，這位香港大學教授在澳門舉辦的SIGGRAPH Asia大會上進行了題目為“Inception, Wide Awake”的演講，介紹如何像《盜夢空間》那樣，在有限的VR空間定位范圍內，塞進大范圍的虛擬地圖，應用類似“鬼打墻”一樣的設計。其演講內容基于此前發表的一篇論文《Mapping Virtual and Physical Reality》，作者除了魏立一教授，還包括Qi Sun和Arie Kaufman。
a. 虛擬世界地圖；b. 現實空間的地面大小；c. 現實空間的實驗室設置；d. 虛擬世界畫面；e. 用戶頭顯看到的畫面
那么這種“鬼打墻”的技術到底是如何如何實現的呢？魏立一教授進行了詳細解答。
為了在一個小空間里實現更大的虛擬世界，就需要引導用戶的移動，這在全封閉的VR頭顯中是可以做到的。關鍵在于不讓用戶發覺，保持畫面的真實感。
實現的過程包含兩個關鍵步驟：
平面映射是一種被用于解決許多問題的方法，在這項應用中，是需要在一個已經設定好的真實場景中，通過定制化的平面映射將不規則的路線映射到真實場景中。
如上圖所示，最左邊的a是虛擬地圖的靜態映射，整個空間面積需要200 × 200；b、c、d和e都是平面映射到不同大小的真實場景中，其中d和e是避開障礙物的映射。
平面映射的關鍵在于保持VR運動的距離和角度，并引導用戶不要撞上障礙物或是離開邊界。
第二個關鍵步驟在于用特定的渲染方式，將正常的用戶畫面轉換成扭曲過的地圖上用戶看到的畫面。
如上圖所示，左邊a為假設正常渲染的的畫面；b為不作扭曲渲染看到的畫面，上面有一些“鬼影”；c是手動對b進行扭曲并去掉“鬼影”的畫面，僅作參考；d是經過扭曲處理的畫面，去遮擋的部分用綠色顯示；e是用比較粗暴的方法對去遮擋部分進行填充；f是論文作者所使用的渲染辦法，使用到了碎片化深度值（fragment depth values）來彌補去遮擋部分。
經過真人測試，這種方法可以在壓縮地圖，讓用戶避開障礙物的同時，不會大幅增加用戶的不適感和眩暈。
雖然這種方法效果不錯，但也存有一些局限，包括以下幾個方面：
1、這種方法可以將高度信息加入渲染當中，比如用戶跑、跳或彎腰，但如果是緩緩走上一個斜坡，它可能無法感知到。
2、畫面及位移的保真程度與壓縮的比例有關，如果虛擬場景大小和真實場景相關較小，保真度就高，反之則低。
3、巨大的開放空間無法被壓縮進小空間里，此時可能仍需要用到teleportation。
a. 去遮擋區域，b. 畫面失真
4、這種方法無法處理巨大的，且與周邊環境深度信息不同的去遮擋畫面，會出現畫面失真的情況，如上圖所示。
視頻簡介：
論文下載：www.liyiwei.org/papers/vr-sig16
圖片來源：魏立一教授論文
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