隔空抓物 解密VR遠(yuǎn)距離交互技術(shù)

技術(shù)宅

可望不可及——VR世界里的“手短”之痛

VR可以為我們帶來(lái)非常真實(shí)的虛擬效果，但是大家知道無(wú)論是在真實(shí)世界還是虛擬世界里，很多物體都會(huì)離我們太遠(yuǎn)，從而導(dǎo)致我們無(wú)法直接使用雙手去操控這些物體。特別是在VR游戲中，因?yàn)楹芏嗖僮鞫际墙柚p手進(jìn)行操作（圖1）。

那么如何使用雙手對(duì)原來(lái)臂展范圍之外的物體進(jìn)行操控？VR遠(yuǎn)距離交互技術(shù)就應(yīng)運(yùn)而生，顧名思義它就是一種可以在VR里實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程物體進(jìn)行操控的技術(shù)，它借助動(dòng)畫(huà)召喚、意念移物、增強(qiáng)用戶(hù)手臂等虛擬的遠(yuǎn)程交互技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程物體的操控（圖2）。

隔空取物 VR遠(yuǎn)距離交互背后的秘密

如上所述，VR遠(yuǎn)距離交互技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)臂展范圍之外的物體進(jìn)行操控。那么對(duì)于原來(lái)無(wú)法接觸到的物體，VR遠(yuǎn)距離交互是怎么實(shí)現(xiàn)對(duì)其操控的呢？

在現(xiàn)實(shí)生活中，對(duì)于我們雙手無(wú)法觸及的物體，一種方法是將遠(yuǎn)處的物體移動(dòng)到伸手可及的位置；另一種方法則是加長(zhǎng)我們的手臂控制范圍，比如使用竹竿等物體進(jìn)行延展。在VR世界里，VR遠(yuǎn)距離交互也是使用類(lèi)似的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬手臂的擴(kuò)展。比如移動(dòng)遠(yuǎn)處的物體，在VR遠(yuǎn)距離交互中是借助一種名為“動(dòng)畫(huà)召喚”技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

首先是對(duì)遠(yuǎn)處物體的選取。開(kāi)發(fā)者將頭部/頭顯位置作為參考位置，通過(guò)添加偏移量估算出肩膀位置，然后使用肩膀處發(fā)出的射線，經(jīng)過(guò)手掌位置兩點(diǎn)成線直達(dá)目標(biāo)。這樣當(dāng)射線擊中物體的碰撞器時(shí)，線渲染器和物體周?chē)母吡凉馊?huì)示意使用者，從而讓VR操作者能夠選取到遠(yuǎn)處的物體，最后對(duì)著懸浮物體彎曲手指做出一個(gè)抓取的動(dòng)作就能選中該物體（圖3）。

選取到遠(yuǎn)處的物體后就要實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的抓取。開(kāi)發(fā)者借鑒我們?nèi)粘５氖謩?shì)操作，通過(guò)將手掌朝上，快速勾勾手指。VR設(shè)備接收到這個(gè)指令后會(huì)讓物體按手指彎曲度的比例向手部移動(dòng)，這樣一旦你的手指抓緊以后，遠(yuǎn)處的物體就會(huì)被你抓在手掌中，實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程物體的抓?。▓D4）。

完成對(duì)物體的抓取后就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的交互操作。比如在VR游戲中，我們需要將遠(yuǎn)處的物體抓取后進(jìn)行左右手的控制，在成功抓取物體后，這個(gè)物體就可以從你的左手傳輸?shù)接沂种校@個(gè)操作就像現(xiàn)實(shí)生活中在你的左右手倒騰某個(gè)物體。

因?yàn)樯鲜鲎ト〉氖沁h(yuǎn)程物體，完成所需的交互操作后，我們還要和現(xiàn)實(shí)生活中一樣將物體回歸原位。此時(shí)我們只要抓住這個(gè)物體并且伸直手臂，此時(shí)VR場(chǎng)景中的線渲染圈會(huì)出現(xiàn)并給出物體返回原來(lái)位置的路線，當(dāng)你放開(kāi)物體后就會(huì)自動(dòng)回到原來(lái)的位置，整個(gè)操作就像是抓住遠(yuǎn)處的彈簧，你是將它拉伸到伸手可及的位置，松手后會(huì)自動(dòng)回復(fù)到原來(lái)位置（圖5）。

上述方法是通過(guò)“動(dòng)畫(huà)召喚”技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，另一個(gè)方法則是通過(guò)延長(zhǎng)手臂的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程物體的控制。開(kāi)發(fā)者采用一種名為“交互手”（InteractionHands）技術(shù)，通過(guò)交互引擎進(jìn)行抓取。

它的整個(gè)操作流程和上述動(dòng)畫(huà)召喚類(lèi)似，比如在日常生活中我們使用竹竿觸碰遠(yuǎn)程物體的時(shí)候，大腦會(huì)將竹竿當(dāng)作我們身體的一部分，這樣竹竿就變成加長(zhǎng)手臂。在VR設(shè)計(jì)里使用類(lèi)似的理念，開(kāi)發(fā)者將我們雙臂可觸及的范圍重新映射成等比例放大的投射空間，這樣我們的虛擬手臂就等于放大數(shù)倍長(zhǎng)度，通過(guò)這種放大的投射，使之可以觸碰到遠(yuǎn)處的物體并完成抓取。同樣在抓緊物體并完成交互后釋放物體，把手收回，你的投射空間范圍也會(huì)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，直到你的真實(shí)手部和參考肩部位置的距離縮小為零，這樣在視覺(jué)效果上物體就回復(fù)到原來(lái)的位置，完成一次對(duì)遠(yuǎn)程物體的交互操作（圖6）。

遠(yuǎn)程交互 游戲、娛樂(lè)幫手

在之前的VR場(chǎng)景中，受制于我們手臂的長(zhǎng)度，對(duì)于遠(yuǎn)程物體我們是無(wú)法實(shí)現(xiàn)抓取和交互的。而在VR游戲中需要經(jīng)常對(duì)這些遠(yuǎn)程物體進(jìn)行交互操作，遠(yuǎn)距離交互技術(shù)的出現(xiàn)則徹底解決了手短的難題，可以讓我們獲得更佳的游戲體驗(yàn)。

當(dāng)然不僅僅在游戲中，在VR很多應(yīng)用也可以用到。比如VR遠(yuǎn)程培訓(xùn)中，使用者可以直接使用手指觸控到遠(yuǎn)程物體，比如鋼琴培訓(xùn)，每個(gè)人都可以觸碰到虛擬鋼琴鍵盤(pán)，這樣培訓(xùn)是不是更有效果！