3D虚拟环境中的选择技术分类

我们在3D虚拟环境(Virtual Environment, VE)中需要完成的操作有3种:选择物体,操纵(改变)物体,移位(locomotion)。这里来总结一下3D VE中的选择技术的种类。本文根据Argelaguet和Andujar于2013年发表的survey1,以及相关文献总结。

Ryan,Kopper和Bowan提出的分类2(以用户指出物体的方式分类)

1. Virtual Hand 虚拟手

像现实中一样,用虚拟手来接触VE中的物体来做选择。

2. Pointing 隔空指物

不直接接触物体,隔空指物来做选择。一般是raycasting,从手上发射一条射线指向物体,也有利用视线来选择的。

3. Occlusion 三点一线

眼睛发射射线,但是用手来控制射线的方向。眼、手和物体在同一直线上时选择该物体。

4. Volume-Based 创造体积

让远处的物体或者小的物体更好选择,给物体一个额外的选择范围(虚拟体积)。这种就需要解决一个问题,就是空间内有多个物体时,虚拟体积重合了,如何做选择的问题。现有的方法有,选择接近选择射线的,选择离用户近的,以及列出独立的物体列表进行二次选择。

5. Indirect 非直接选择

用一些其他方式来做非直接选择,比如设计好按某个按钮,某物体就被选择。

我们可以看出,这些选择分类并不是互斥的,比如虚拟手和隔空指物都可以和创造体积的方式结合起来。

Poupyrev和Ichikawa提出的分类3(通过中心性进行分类)

这是二人在1999年发表的论文中提出的分类。

1. Exocentric 非自我中心

直接理解比较抽象,举个例子吧,一种微缩世界(World-In-Miniature)的选择技术就是属于这一类。用户从上帝视角俯视面前的微缩世界副本,然后在这个副本中选择想要的物体,选中后本来的世界中的物体也会被选中。这种把用户脱离出选择空间的方式就是非自我中心的方式。按照Poupyrev和Ichikawa的分类,该类包含微缩世界技术(World-In-Miniature)和缩放世界抓取技术(Scaled-world Grab)。

2. Egocentric 自我中心

这一条就是和上面相对的,以用户自我中心来进行的选择。包括虚拟手(virtual hand)和虚拟指针(virtual pointer)。其中虚拟手包括了标准的虚拟手和可以延伸的虚拟手(著名的有如go-go技术4),虚拟指针包含了射线(ray-casting)等技术。

 

 


1 Argelaguet, F., & Andujar, C. (2013). A survey of 3D object selection techniques for virtual environments. Computers & Graphics37(3), 121-136.

2 McMahan, R., Kopper, R., & Bowman, D. (2014). Principles for Designing Effective 3D Interaction Techniques. In K. Hale & K. Stanney, Handbook of Virtual Environments (Vol. 20143245, pp. 285–311). CRC Press. https://doi.org/10.1201/b17360-16

3 Poupyrev, I., & Ichikawa, T. (1999). Manipulating objects in virtual worlds: Categorization and empirical evaluation of interaction techniques. Journal of Visual Languages & Computing10(1), 19-35.

4 Poupyrev, I., Billinghurst, M., Weghorst, S., & Ichikawa, T. (1996). The Go-go Interaction Technique: Non-linear Mapping for Direct Manipulation in VR. In Proceedings of the 9th Annual ACM Symposium on User Interface Software and Technology (pp. 79–80). New York, NY, USA: ACM. https://doi.org/10.1145/237091.237102

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