VR交互设计(一):虚拟世界交互起源——3DOF

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VR行业潮涨潮落,蛮荒生长,各大VR厂家都在争取成为标准制定者。

从2014年 Facebook 收购 Oculus 开始算来,当前这一波VR浪潮已经持续了5年之久。

5年间VR行业潮涨潮落,经历了盛夏与寒冬,直到2019年 Oculus Quest 的发布,头盔销量、内容销量、用户口碑的爆炸式提升,才算是引领蛮荒时期的VR行业杀出一条血路。

从3DOF的 DK1、Cardboard 到6DOF的 Oculus Rift ,国内外从业者就空间定位、计算平台、交互方式等方向展开了激烈的探索与纷争。

各大厂家都希望在乾坤未定之时,在某一个领域弯道超车,成为下一个标准制定者。

一、了解3DOF

首先,我们来聊聊3DOF是什么?

所谓3DOF,就是指物体具备在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。

“YAW”是指绕Y轴旋转;“PITCH”是指绕X轴旋转;“ROLL”是指绕Z轴旋转

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。

3DOF头盔无法自动捕捉用户视野高度,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头盔的弊端也随之暴露出来:

  • 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;
  • 无法自动捕捉用户身高来匹配视野高度,影响沉浸感。

二、3DOF – 头部交互

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,图中射线仅用于展示)

常见的头部行为有以下几种:

  • 环境感知:通过3自由度旋转来观察周边环境,标定自己的位置,感知空间;
  • 获取信息:浏览环境中的信息载体和功能区域;
  • 功能操作:借助Cursor+Loading完成选择、确认等具体操作。

无手柄时,常用Cursor选择+倒计时Loading的方式执行确认操作

三、3DOF – 手部交互

说完头,我们再聊聊手。

3DOF的代表产品是光学外壳+手机组合的 Google Cardboard 和 Samsung Gear VR,以及集成的VR一体机 Oculus GO(国内小米贴牌) 和国内大朋、PICO、爱奇艺等一众一体机产品。

3DOF头盔产品

这一类VR头盔主要是通过配备单手3DOF的蓝牙手柄来进行交互操作。

虽然蓝牙手柄外观形态多样,但是其主要功能大致相同。一般都会配备一个拇指操控具有滑动、按压功能的区域,一个食指操控的按键区域。

在握持状态下,这两个手指操控区的灵活性、独立性、准确性相对更强。而Oculus在未来又增加了一个中指操控区域,更将这种交互方式运用到了极致。

3DOF VR一体机标配蓝牙手柄功能

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。

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。

手柄指针与空间内界面的响应

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声,但是也会降低沉浸感

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

模拟钓鱼的甩杆动作、模拟手势拖拽动作等交互方式

四、3DOF 交互中的障碍

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:VR中的移动大致分三种,方向键平移、跃进式瞬移、真实移动,而这三种之中,又各有优劣(后续文章会单独讨论VR中的位移)。但就沉浸感这一点上而言,真实移动无疑是最佳方式。
  • 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。

由于这一阶段的内容方、平台方受制于硬件技术方案,难以提供令用户满意的互动性内容。

因此这一时期的平台方,大多以提供全景视频,模拟巨幕影院,3D视频等被动型内容为主。

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。

众多VR产品在3DOF这条支线上走的极其迅速,却始终看不到未来。而3DOF玩家们在这个新世界里面束手束脚的探索一番后,只能怀抱着莫大的遗憾和失落,将其束之高阁。

但是他们对虚拟世界的憧憬,始终都在。

关于3DOF交互的内容就先写到这里吧,VR中其他技术点的分享会在后续文章里一一阐述。

第一次写这种类型的文章,有疏漏错误之处欢迎大家批评指正,同时也希望能和大家一起互相交流,共同探索这个全新的领域。

 

本文由 @OwenGeorge 原创发布于人人都是产品经理,未经许可,禁止转载

题图来自 Unsplash,基于 CC0 协议

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评论
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  1. 朋友有微信公众号吗

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    1. 正在筹备呢,下一篇文章里面就放上公众号信息了 :grin:

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