VR中的Redirection

在虚拟现实（Virtual Reality，VR）中，很重要的一点就是用户的在虚拟环境中的漫游（navigation）。除了固定视点的VR电影，一般的VR应用，特别是游戏或者其他交互式的应用，都会依赖于用户在虚拟环境中不断的移动、改变视角来带来探索的体验。当下VR应用中，最流行的漫游方式有两种：一种是使用“传送门”，比如玩家用手柄在3D空间中直接选择目的地，系统就会把玩家直接传送到被选择的地方；一种是一比一的实际的移动，用户在房间里走一步，在虚拟的环境中就走一步，这一般需要更强一些的硬件支持，比如HTC Vive的Lighthouse定位器，并且需要较大的实际空间。两种方式可以结合起来，短距离内的移动使用一比一的移动方式，长距离的移动使用传送门的方式。

VR系统中一个很大的问题或者挑战就是，在有限的实际空间下，如何让玩家能进行虚拟空间里的无限漫游。今天要说的Redirection（又叫directed walking）¹就是一个有趣的解决思路。Redirection是“重定向”的意思。它的目的是让玩家在有限的空间内能够“无限地行走”，而不会撞墙。

 _{Bruder et al. 2015}

那它是如何实现的呢？请看上图¹，图中玩家在虚拟环境中走直线，然而在实际环境中，他走的是一个曲线，这样当他快要走到房间尽头时，他已经调转了方向，避免了撞墙。原来系统当监测到用户离墙边越来越近时，就会缓慢地偏移整个的虚拟环境，让用户自主地调整了他的行走方向，形成路径的偏移，来避免走到房间尽头。其实它的本质就是让用户自己在无意识的情况下，走回房间中间，不要走出现实区域。例如南加州大学的MxR实验室¹曾给记者做了一个实验，让记者带上oculus头戴，在虚拟现实中从一个科幻走廊的一头，走向另一头。记者一直以为自己走的是直线，但是当他完成体验取下头盔的时候才发现，自己已经几乎转向了完全相反的方向²。

当然这只是一个例子。下面来列举一下当前学者们提出的一些redirection的方法：

1. 通过旋转，改变玩家的前进方向³。其中，迈阿密大学的Hodgson等人指出了两种思路⁴。第一种是steer-to-center，即是让玩家在过程中，始终向物理空间的中心偏移。第二种是steer-to-orbit，刚刚所举的例子就符合这一种类型，即是当玩家靠近空间边缘时，让玩家偏移回房间内部，好像在物理环境中绕圈一样。Hodgson等人的研究指出，steer-to-center的方式比较适合相对开放、广阔的虚拟环境⁴，而steer-to-orbit对于相对封闭的虚拟环境更为合适³。

_{Bruder et al. 2015}

 2. 巧用物体将用户带离（redirection metaphor）

旋转：变化的门，旋转的书架；

传送：传送光，飞鸟（将用户带离），电梯。

3. 巧妙设计空间

不可能的空间：重叠的房间^x。

动态生成的走廊。

4. 其他的奇思妙想

圆柱形的墙和无限的走廊^y。

 

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1 南加州大学 MxR实验室。http://projects.ict.usc.edu/mxr/

2 Tested 专访USC MxR实验室。https://www.youtube.com/watch?v=XOxmMurUv3Q。last accessed Jan 10th, 2018

3 Bruder, Gerd, Paul Lubas, and Frank Steinicke. "Cognitive resource demands of redirected walking." IEEE transactions on visualization and computer graphics 21.4 (2015): 539-544.

4 Hodgson, Eric, Eric Bachmann, and Tyler Thrash. "Performance of redirected walking algorithms in a constrained virtual world." IEEE transactions on visualization and computer graphics 20.4 (2014): 579-587.

5 Hodgson, Eric, and Eric Bachmann. "Comparing four approaches to generalized redirected walking: Simulation and live user data." IEEE transactions on visualization and computer graphics 19.4 (2013): 634-643.

x Paludan, Anders, et al., Investigating spatial illusions in virtual reality environments, https://www.youtube.com/watch?v=T6Zrjz_hu8I&feature=youtu.be

y Matsumoto et al., Siggraph 2016 Unlimited corridor: redirected walking techniques using visuo haptic interaction. https://www.youtube.com/watch?v=THk92rev1VA&feature=youtu.be