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| 本文作者： 田苗 | 2016-07-08 16:34 |
日前，Oculus公司旗下Story Studio（故事工作室）的场景设计师John Ballantyne发表博文，讲述了他们面对定位追踪的VR体验，要将虚拟环境与真实世界同步时，虚拟场景设计所遇到的困难与挑战，并且提到他们的解决办法。全文内容可参考以下。
Story Studio面临最大的挑战是，如何在定位追踪的VR体验中设计无缝体验。定位追踪是关键，而且特别重要，甚至是Rift的体验精髓之所在。通过定位追踪系统，你在真实世界的动作，可被还原到VR的虚拟体验中，从而形成极强的沉浸感。它将用户真实身体与虚拟世界直接相连，以获得更多本能反应和意犹未尽的体验。
然而，对体验设计师来说，定位追踪也让我进一步失去对镜头的控制，其程度甚至超过了我们对电子游戏中镜头的控制。在现实世界中，你想到哪儿，就能到哪儿，而动作被映射到虚拟世界后，虚拟建模下可以容易地移动你的位置。不过，具体说明前，可以先回顾下Oculsu Rift的定位追踪系统。
雷锋网曾发文《HTC vive、Oculus rift、PS VR，三大头显都是如何做定位的？｜深度》。文中详细讲述了三大头显的定位原理，并做了比较。其中Oculus的头盔上隐藏着一些的红外灯（标记点），这些红外灯会发射红外线，这时与头盔配套的两台外部摄像头便能实时探测到这些红外线。追踪系统使用探测到的红外线数据，以确定你与摄像头的相对位置。而摄像头的位置和现实空间的布局决定了你可被追踪的区域。
不同于追踪区域，你与摄像头的相对位置就是VR体验设置中，你可被追踪的实际空间。这个空间可大于追踪区域（理想情况下）或比追踪区域小一些（特别情况下）。可供体验的空间则会影响虚拟世界的界限范围，以及墙、沙发等等。
目前，我们坚持1:1的真实和虚拟人物对应移动。但也可以使用其他方式操作虚拟人物移动，如游戏手柄移动，或命令控制瞬间移动，这些可能比较方便些。
尽管，我们已经看到许多相当不错的方式，在VR中实现位置移动。但我们多数的敏感成员们依旧感到不舒服，或者说追踪系统减弱了体验中的临在感。而这个部分则需要在VR中积极探索。
当体验开始时，你在虚拟世界中所处的位置是哪里？显然，该问题比我们想的有趣得多。更没有料到，一个简单的方案竟然花费了数周时间。
而这在电影或游戏中，根本不能称之为问题。通常的做法是，首先确定电影或游戏中的地点，让你进入到我们构建的世界，然后，把你放在那里。我们寻找一个搭建良好的场景，给你足够的背景环境来理解，这是个什么样的体验，或这是怎样的世界。但我们希望在具有定位追踪的VR体验中，能够实现同样的事情，不过，实践起来却稍有些难度。
为了便于理解这个难题，以及它对VR定位追踪的意义所在，可以先来看看我们先前所做的各种尝试。
在你的世界，你要设计一个点作为你抵达的地方，然后体验开始。从概念上说，一般情况下我们知道，想要你去的地儿，以及想要你面对的方向。所以，就把你准确地放在那里。概念上确实是这样，但结果，能否成功地进行定位追踪，这与你和追踪区域中心的远近息息相关。
下图中，点状线代表着追踪区域的范围，实线代表你虚拟空间的范围。蓝色圈则是你与这两块区域的相对位置。
图1：在定位追踪系的VR体验中，只有用户（蓝色圆圈）站在追踪区域的中心，才能到虚拟房间中，需要去的位置。
在理想情况下（如上图），体验一开始，你站在追踪区域的中心点。你能以同等距离向各个方向移动，直到“撞上”追踪区域的边缘，从而无法在虚拟空间中移动。你将拥有最大限度的自由，去探索所处的虚拟空间。
而在坏的情况下（如下图），一开始体验，你站在追踪区域的中心点。但受到实际追踪情况的限制，你只能从那些边界移开。在此时，你受到限制，只能在75%的虚拟空间中走动。进一步说，大部分的追踪区域会映射到虚拟世界中，然而你可能无法到达“本应追踪的区域”。
图2：坏的情况是，不关心用户真实世界的位置，只将他们放在虚拟房间。而如果他们位于追踪区域的中心，多数范围的虚拟空间是无法抵达的。
为矫正上述的问题，我们要尽力在追踪范围内，将虚拟和现实空间实现同步。这或许能避免你能去的或想去的地方，与实际追踪范围内你能去的地方之间，出现不匹配的尴尬。
其实，这点很容易完成。Unreal Engine和和Unity均带有默认功能。Oculus SDK的报告能显示追踪区域中心的偏值。如果你确认摄像头会一直放在距离“出生点”（Spawn Point）相同偏值的位置，虚拟和现实空间便会实现同步。从追踪区中心获得的偏值，会与你完美开始的位置偏值相一致。
这时，不管你站在追踪区域的哪个位置，你都能以同样的机会探索虚拟空间（如下图所示）。每个位置探索虚拟世界的中心点与你体验时的出生点密切相关。在所有方向上，你探索虚拟世界的空间范围均等。
图3：如果追踪区域与虚拟空间实现同步，所有抵达你设计的虚拟房间的用户将会完全进入这个空间。然而，虚拟图像定位的问题却还没解决。
该方法修正了我们设置场景时，无法到达某些虚拟区域的问题，但仍有两处重要功能我们还未掌握，也是VR体验必不可少的：定位和注视方向。为解决追踪问题，我们无法控制图像定位。显然，实际情况还要更糟一些。
我们设计的体验具有很多游戏逻辑机制，以及虚拟建模。新的解决方案使用户可能在游戏机制内，或虚拟建模内抵达VR体验场景（如下图）。
图4：在更多特殊环境下，虚拟空间与追踪区域的同步要复杂的多，因为虚拟房间并不是空无一物。 伤心脸的用户可能走到了虚拟建模内，或是游戏机制部分（彩色区域）。
假如追踪区域足够大，或是VR体验时到达的空间与追踪区域相比，要小一些，你甚至可以将出生点设置在体验外部。
为了处理图像定位，并保证虚拟空间与追踪区域间的同步，我们给体验增加了前厅（antechamber）。前厅的目的是指引你，走到某个位置，获得实际体验的有效定位方式。
理论上来看，我们设计的前厅很简单。进入VR后，你所处的环境绝大部分是空房间。房间一片漆黑，但有一小束聚光灯照在地面上，照出一片小圆圈。靠近聚光灯处有一个传送点，要是距离传送点稍远些，则会显现“到这来”（Come Here）的字样。你一走过去，或者说你开始走近，又会出现“看这里”（Look Here）。当你走的足够近，并看向传送点时，画面渐渐消失，我们将你传送到第一个主要VR体验房间。
这里我们采用的技巧是，传送点所在的位置与理想的出生定位点相吻合。一旦移动到传送点处，向下看它，你便几乎准确地处于出生点，并面对一个已知的方向。在该点上将你转移到体验的第一关足够安全，因为我们准确地了解，你在追踪区域内所处的位置，同时我们相信，你处于最佳的位置，并在良好的定位下，开始体验之旅（如下图）。
图5：如果我们把用户与虚拟建模部分（传送点）在一个校准房间内，实现同步（左），即可确定，用户体验时将以恰当的取景定位到达（右）。
在一个体验中，不同环境之间来回转换，会出现相同的问题，就像最初的用户出生点：无法进入游戏空间，建模内到达出现问题，或是较差的图像定位。而以上的处理方法，可被更广泛地用来确保虚拟房间之间，效果良好的场景转换。
比如，先确保，随后进入的房间是在追踪区域内，你可以放置像传送点一样的触发器，以控制玩家的定位，该触发器也许是传送门，将你转移到下一级体验。
图6：“传送点”不必与追踪区中心同步。如果我们想让用户到达一个具体的位置（右边），我们可以在先前房间中同样的位置，放置一个传送点。
在其他情况下，也有可能使用“隐形”传送点。有时候为了紧邻的关卡处于良好的位置，某个关卡中的虚拟建模会限制你。
图7：除了具体明确的校准建模，通过考虑“毗邻”房间内如何设计场景，我们可以控制用户的定位。
有趣的是，在这种限制情况下，我们发现VR体验内的场景设置相互影响。某个房间的布局将约束下一个房间可能形成的布局，反之亦然。不得不说，在VR中控制玩家的定位，就像在电影中控制观众的视线。
我们讨论了很多在虚拟现实中将人们传送到其他环境的话题。但谨记，尽管人们的视线和临在感可能在虚拟现实中，身体却完好无损地处于现实世界。而我们追寻的真理则是，将带有定位追踪的VR体验与真实世界密切联系起来的，到底是什么。
对于真实世界如何影响体验设计，我们遇到了很多类似的挑战。举例来说，当在一个剧场舞台上进行场景设计时，对布局层面的思考会很有帮助。在剧院环境中，我们需要明白“演员”将出现在哪里，或是说“演员”应该站在哪里，这样会使我们设计场景转换时，更为自然。作为VR场景设计师，我们的工作便是思考，真实世界的限制如何影响我们的游戏空间。
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