深度解读：VR移动方式和眩晕

前言

       VR是一个新兴的行业，独特的游戏体验，让人欲罢不能，但目前VR头盔的眩晕问题仍然是待解决的主要障碍。各大硬件厂商和游戏制作方各显神通，目前已经取得了较好的成果，大部分主流的硬件和游戏已经能让玩家连续玩1个小时左右都不会感到不适。

导致眩晕的原因：

       眩晕是一种运动性或位置性幻觉，是生理性位置与大脑知觉位置的冲突，是人体平衡系统功能紊乱的表现，包括患者自身旋转感或周围景物旋转感、摆动感、漂浮感、升降感及倾斜感等。

       内耳前庭是人体平衡系统的主要神经末梢感受器官、其次为视觉和本体感受器。三者只要其中任何一种感受器向中枢传入的冲动与其它两种感受器的传入冲动不协调一致，便产生眩晕。 

       而我们在玩VR游戏的时候的眩晕感主要是由前庭与视觉两者之间的冲突产生的。比如说你在坐“VR 过山车”时，视觉上你正处于画面中的状态，在做剧烈的高速运动，但是前庭系统却表示你并没有在运动，这时就会导致眩晕。

      游戏中导致眩晕的问题有很多，包括显示的帧数过低、卡顿、加速度、游戏的画风、纹理的复杂程度，光暗等等。其中影响最大的因素之一就是玩家的移动方式，下面我们就来分析一下VR中的各种移动方式。

各种移动方式详解

手柄移动

     《生化危机7》使用了手柄摇杆的方式来控制移动，这种移动方式与传统PC上的移动方式一样，玩家很容易理解，但是这种移动方式带来的眩晕感是非常严重的。游戏允许玩家不用真正的转动头部而调整游戏中的方向，游戏中的下蹲动作也只需按下一个按钮来实现，这些都会诱发玩家的不适。小编作为久经杀场的VR玩家也不能坚持15分钟以上，尤其是走近墙壁的时候，会感觉到脑部胀痛，不建议游戏采用这种方式。 

瞬移

       VR上使用最多的移动方式，例如《消失的国度》之类的RPG游戏几乎都是使用这种移动方式，这种移动方式自由度较高，在瞬移的过程中屏幕变暗再出现的设计也能有效的降低玩家的眩晕。但是，这种移动方式玩家是看不到自己移动的过程，只是类似切换了一个镜头的位置，如果在战斗中频繁过程中很容易迷失方向。结合Room Scale，在战斗中使用Room Scale的小范围移动，在冒险和探索过程中使用瞬移，这两种方式的结合使用上目前VR游戏上最流行也是最好的方式之一。 

跳跃

     《Sairento VR》中的跳跃移动方式和上述的瞬移方式有点类似，只是在移动前玩家可以预先知道接下来的移动轨迹，移动的过程也会在画面中显示（并不是画面变暗再出现），游戏中还在跳跃过程中加入了“子弹时间”，鼓励玩家在移动过程中能使用各种攻击手段，造成了一种边走变打的感觉，令游戏的节奏更加紧凑，同时子弹时间将速度降低了以后对玩家对负荷也降低了，这种移动方式带来的眩晕感算是中等水平吧。 但是游戏做得挺好玩的，所以就忍了。

载具

        赛车类游戏作为游戏界一种经久不衰的游戏类型在VR中的表现又如何呢？在上述文章中我们说过，如果游戏画面和前庭感受互相冲突时会带来眩晕感，那么赛车类游戏应该非常眩晕吧？答案是并没有，原因是当你在玩赛车类游戏的时候，你的大脑会帮着你欺骗前庭，并且在移动过程中玩家是主动的，主动式的移动会有效降低眩晕，这就是为什么有的人坐别人的车会晕，自己**不会晕。 

手部动作

       我们在文章上部分中讲到，决定眩晕感的因素有3个，视觉、前庭还有体感，而利用手部动作移动的方式基本思路就上尽量让视觉和体感保持一致。例如《The Climb》中模拟真实的攀岩，《VINDICTA》中玩家模拟跑步动作，甩动双手实现向前奔跑。这种移动方式同样会出现一定程度的眩晕，虽然最终效果并不理想，但是比起手柄的移动方式确实能有所改善，至少证明让视觉和体感保持一致能降低眩晕感。 

HTC房间追踪系统

        HTC Vive虚拟现实头显一个关键技术是Room Scale用户追踪，这是Valve的SteamVR系统和它的Lighthouse基于激光所提供的解决方案。其概念是在一个5米X5米的范围内跟踪用户运动，这些运动轨迹将复制到虚拟现实的体验中去。

工作原理

　　Lighthouse 的核心原理其实很简单，就是利用房间中密度极大的非可见光，来探测室内佩戴VR 设备的玩家的位置和动作变化，并将其模拟在虚拟现实 3D 空间中。通过两个相对成本较低的探测盒子，就可以达到相对精准的效果。

　　打开探测盒子内部，会发现没有任何摄像头，只有一些固定的 LED 灯，加上一对转速很快的激光发射器，其中一个会“扫射”整个房间，以每秒 60 次的速度频闪。

　　光线发***后，还需要接收器，也就是 VR 头盔或手柄，里面配备的光传感器可以探测发射出的频闪光和激光束。最妙的设计也在这里，每闪一次，头盔就开始计数，像秒表一样，直到某个光传感器探测到激光束；然后利用光传感器的位置，以及激光到达的时间，利用算法计算出头盔相对基站的位置。

        HTC的Lighthouse技术可以实现让玩家在5米X5米的范围内移动，并且这种不会让玩家感到眩晕。可是，对于一些游戏来说，5米X5米的范围还是太小了，只能作为辅助移动的手段或者作为一个闪避区域，需再结合别移动方式一起使用。

Virtuix Omni 虚拟现实跑步机

        Virtuix Omni 虚拟现实跑步机比房间级（Room Scale）更进一步，让你能够在虚拟世界里无限行走。然而因为不管是家庭还是体验店，线下的空间显然是有限的，所以就有了虚拟现实跑步机

这种设计——让你感觉在走动（包括身体的感觉和视觉），但实际上是原地踏步。 

核心技术

         要将原地踏步做到以假乱真，让用户感觉真的在走动，是一件非常难的事情。起初你可能会想，健身房里的跑步机不就是用原地踏步的方式来跑步的吗？但那里的跑步机实际上是设定好一个履带转动的速率后，用户再以相应的跑动速度跟上履带的转动。而要做成VR跑步机的话，需要履带知道用户怎么走，再以合适的速率转动让你保持在原地，这非常难，另外健身房的跑步机也不是多方向的。

        为什么难呢？让机器来适应人的步伐，最大问题是延迟。因为人的走动是无规律的，你不知道他下一步会怎么踏步，时间、速度也都不知道。所以要实现履带的转动与人的走动相同步，就必须在极短的时间内识别用户的动作，再传到跑步机上，履带进行相应的转动。不幸的是，这个过程以目前的技术来实现的话需要的时间仍然太长，如果时间太长（也就是延迟大）的话，你在跑步机上很有可能会跌倒。

       聪明的设计师想到的方法是：在你的脚下放一口“锅”，鞋底再放个轮子，这样你不管怎么走，都会滑回“锅”里。

       在跑步机行走与在真实地面上行走的感觉很不一样，这个“不一样”并不是不好，而是说你需要学习另一种走路方式。这种走路方式有点像是上坡时鞋底太滑，结果怎么走都走不动，但是也不会滑下去。但总的来说，VR跑步机是一个不错的想法，只是接近1万元的价格让很多玩家都望而却步。

Zero Latency

        Zero Latency是目前世界上最成熟的虚拟现实游戏中心之一，其游戏模式是6位玩家佩戴VR设备在400平米的场地内共同完成游戏任务。场地（类似厂房）长28米，宽14米，头顶框架高2.5米。在现场可以看到每个钢架节点处有一个圆盘，圆盘上布置有8个PS Eye摄像头（索尼新一代体感设备PS MOVE组件），平均每个5*5㎡的钢架内分配有10个摄像头，总共129个。 

       在空间定位方面，Zero Latency采用的是PS MOVE光学定位与图像识别方案。PS MOVE的原理是不同颜色的光球在PS Eye摄像头中可以呈现出明显区别于背景画面的图像，然后结合空中三角测量算法与计算机视觉（CV）算法，将真实世界坐标提取出来。但是由于可见光的干扰较强，所以场馆内部要营造暗室效果。

       此外，为了让环境模拟得更加真实，他们还添加了一些环境模拟装置，比如模拟横风的风扇系统，模拟桥面的凸起地面等。

       VR的移动方式可以分为“自身运动”和“非自身运动”两大类。Zero Latency的做法属于自身运动。

       自身运动的方式几乎不会感到眩晕，因为，玩家在现实世界的动作和游戏中的动作高度一致，VR头显可以通过画面完美的欺骗玩家，不会对大脑造成额外的负担。

       Zero Latency给玩家带来了最好的体验，但是面积这么大的场所可不好找。

前庭输入 

        值得一提的是目前国外正有一家名叫 vMocion 的公司，打算利用梅奥医学中心的航空航天医学和前庭研究实验室花费 10 多年研究的技术去解决这个问题。这项技术名为电前庭刺激 (GVS)，将电极放在策略性位置（每只耳朵后要放置两个电极，一个在前部，一个在颈背），追踪用户内耳的感知运动，并将视野范围的运动触发成 GVS 同步指令，刺激产生三维运动。Oculus也正在尝试研究的“前庭输入”，虽然仍在试验阶段，但如果成功的话，它可以让用户完全沉浸在当前的环境中，真正感觉在自己驾驶的宇宙飞船在俯冲或转弯。然而这种方法是否会对人体造成伤害，这才是玩家最担心的吧。

其他

       每个人对VR的眩晕程度都不一样，对各种移动方式的感觉可能也会有所不同，并且VR游戏玩多了身体也会慢慢适应，眩晕程度会逐渐的降低。如果你也想体验以下VR游戏又担心眩晕问题，可以先从一些眩晕程度较低的游戏开始。

      比如：

    《英雄萨姆》、《Jida Chronicle chaos frontier》、《工作模拟器》、《雇佣兵》、《Super Hot》、《暴走甲虫》、《实验室》等。

总结 

       现阶段VR的各种移动方式各有长短，玩家对眩晕等接受程度也是不一样的，到底采用哪种移动方式更加合适？并没有定论，甚至有的游戏没有移动手段，像《英雄萨姆》、《工作模拟器》、《Super Hot》等游戏都是采用固定位置。随着未来技术的发展，必定会出现更多更好的移动方式，甚至会不会出现像电影《黑客帝国》那样通过神经植入的方法，让我们拭目以待吧！