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VR 應用設計的 8 個建議
發表于:16-10-25 來源: VR虛擬現實 瀏覽:4122

越來越多的從業人員對VR產生興趣,想要設計VR應用,但是VR應用設計與原手機App或桌面應用多少有一些區別,下面文章就從實際開發過程中獲得的經驗,為大家做一些設計上的建議。

一、刷新率和幀數的影響

刷新率是影響眩暈感的重要因素之一。刷新率依賴于顯示器,即指顯卡將顯示信號輸出刷新的速度,比如60Hz就是每秒鐘顯示器輸入顯卡輸出的60次信號。

幀數FPS由顯卡決定,是指畫面改變的速度,比如60fps就是每秒鐘顯卡生成60張畫面圖片(理論上,每一幀都是不同的畫面)。

只要顯卡性能足夠好,幀數就可以很高,畫面就會流暢。所以目前主機VR都要求配置好顯卡的原因。刷新率和幀數綜合起來,任何一項比較低,都會增加眩暈感和影響視覺體驗。

目前主流產品都有各自的刷新率標準,要求產品必須維持在最低刷新率標準以上幀數,才能保證產品的最低體驗要求。如HTC Vive的刷新率為90Hz,PSVR的刷新率為90Hz、120Hz兩檔,Oculus刷新率同樣為90Hz。如果程序產品的每秒幀數FPS低于90,則可能會出現明顯的畫面卡頓,造成暈眩,引起體驗的不適。幀數高于刷新率,則由于顯示設備原因顯示效果是沒有提升的,即刷新率決定了體驗上限,幀數決定了體驗下限,換種說法即是硬件設備決定體驗上限,軟件產品決定體驗下限。只有軟件優化到硬件的推薦標準,才能讓體驗者得到應有的良好體驗。

根據“全球VR技術標準”,75Hz以上刷新率將成VR新行業的游戲規則。而如果要想不暈,刷新率和幀數最少需要達到90才勉強能做到,120以上時,才可能不頭暈。而現在相當一部分VR硬件產品,只能做到60Hz的刷新率,而如果軟件產品優化不足,FPS再低的話,頭暈就是一定的了。

二、分辨率影響

分辨率是影響沉浸感的重要因素之一。分辨率越高,畫面越清晰,越能讓人有身臨其境的感覺,分辨率越低,越容易讓人發現屏幕上的顆粒感,會時刻提配自己戴了頭顯或眼鏡,是在虛擬世界中,破壞沉浸感。

Oculus Rift和HTC Vive均為單眼1200*1080分辨率,相當于雙眼2K屏,PlayStation VR的分辨率為單眼960*1080,雙眼1920*1080分辨率,同樣相當于2K屏。

三、場景復雜度影響

場景是指應用中用戶所處的虛擬環境,包括環境中的光照、陰影、人文建筑、物品、自然景觀、角色人物等。特別要注意的是用戶視線所及范圍內,如果有太多消耗GPU和CPU的內容,會降低幀率,從而影響體驗。

1.物體排布

觀察者人眼在觀察場景中物體時,如果各物體與觀察者的距離各不相同,人就需要頻繁調整瞳距,容易使其視覺疲勞并引起對屏幕上顆粒感的注意。所以建議物體排布采用以觀察者為圓心,盡量圍繞觀察者以圓弧狀排布,而且排布的層次不要過多或遞次為顯示重點,以減少觀察者調整瞳距的頻率。建議的物體排布位置,如圖1示例的三段弧線:

圖1 弧形排布位置

排布距離最理想是在3-10米之間,但由于設計需要,排布在范圍外也完全沒有問題,只是在這個范圍內人觀察時是最舒服的。

2.暈?;貞?/p>

場景中各模型的貼圖不建議過于復雜,過于復雜的貼圖,更容易引起暈眩。

此外,在場景中,看到與實際生活中易引起暈眩的模擬情景,也會引起暈眩,如圖2所示。

圖2 暈眩的樓梯場景

3.模型頂點數

一般模型中頂點數量增加可以得到更精確的模型,但CPU和GPU對頂點的計算處理都很多。GPU中渲染的頂點數取決于GPU性能和Shader的復雜程度。一般來說,每幀之內,在PC上幾百萬頂點內,在移動平臺上建議不超過10萬頂點。過多頂點可能引起性能問題 ,以致幀數下降造成卡頓,直接導致暈眩。

4.大小

場景對于設備資源的消耗非常大,所以場景要采用盡量節約的方式使用。一般建議在VR中都使用小場景,節約資源,同時可以更集中精力優化場景中有限的資源和豐富交互細節,提升產品體驗。

每個場景采用小場景,也可以通過場景切換拼接出一個宏大的故事場景。

5.FOV視場角影響

視場角,英文 Field of View,簡稱FOV。在顯示系統中,視場角就是顯示器邊緣與觀察點(眼睛)連線的夾角。如圖3所示,AOB角就是水平視場角,BOC就是垂直視場角。

 

人眼視場角為120°,目前主流設備視場角一般在110°左右。由于人眼注意力基本維持在60°以內的近周,所以在設計體驗內容時,盡量讓交互信息在60°以內顯示。比如在解謎類游戲中,當觸發一個機關不在當前視線內,盡量延后觸發,當玩家轉頭,機關在能獲取到用戶注意力的時候再進行觸發。

四、攝像機控制

攝像機運動決定體驗者所看到的圖像,而攝像機是否完全和用戶運動相協調一致,決定了體驗者觀察東西時是否眩暈。前面章節提到過眩暈的主要原因之一是身體前庭系統獲取的信息和眼睛獲取信息不一致,故最理想的成像效果,就是攝像機完全和人眼運動同步。

但是為了增加沉浸感,又要盡量模擬真實的效果。想象下坐在汽車上,隨著汽車顛簸,人看到的各種景像也都跟著晃動。那是否在VR中模擬玩家坐車,也要制造出攝相機輕微抖動的效果呢?答案是否定的。不暈是第一需求,沉浸感排第二。根據暈眩原因,模擬體驗者乘車,但是如果體驗者不動,攝像機就應當不動,畫面要保持同步。所以不建議為了增加沉浸感,放棄防止暈眩,而真暈眩起來,體驗者根本不可能感受到身臨其境,反而是快速摘了頭顯。

由于體驗者位置相對固定,即使是像Vive這種帶有空間定位的VR設備,也只能限制在最多幾十平米范圍。而相對于可以無限大的虛擬空間,移動問題如何解決?解決方案有兩大類若干種。

一類是依賴外部設備,比如跑步機、萬向機等設備,讓人可以做腿腳運動或身體感受到運動趨勢,可以進一步欺騙大腦,讓人有運動的感覺,減少暈眩;另一類是仍舊利用現有設備,通過瞬移、減小顯示運動畫面的區域、增加靜態參照物等方式在虛擬空間實現大范圍運動。

瞬移的方式由于位置變換極快,大腦來不及反應,所以沒有眩暈感,增加靜態參照物能明確自己的位置,讓大腦理解為是外部環境在變,自己并沒有運動,所以也可以降低暈眩。

如果攝像機控制不當,就會引起運動沖突,比如人在站立靜止態,但攝像機移動對人的視覺造成人在運動的假象,身體感知與視覺感知沖突,就會暈眩。

五、自我認知沖突

體驗者沉浸在虛擬世界中,也是對自己有一個清醒的認知。一步走多遠,伸手能拿到哪里的東西,想“摸”一個虛擬物品要怎么伸手等等。那么,在虛擬世界中究竟該如何逐步幫體驗者建立自我形象身份、自我能力認知?

自我形象認知,是對自身長相、穿著的認知,比較簡單直接的方式是先進入一個選擇人物的場景。在這個場景中體驗者還是體驗者,由他來選擇接下來的場景中他將扮演誰。在選擇過程中,會慢慢建立自身與目標的聯系,將兩者對等起來;也可以選擇其它比較有創意的方式,比如在場景中設置鏡子,當體驗者在照鏡子時就會發現自己的形象是什么,穿著打扮是什么樣的,或者是有幾個同伴,根據同伴的樣子可以推測出自己的形象,或者是能看到自己的雙手或雙腳,根據雙手、雙腳的情況猜測自己整體形象。

體驗者雙手如果有手柄之類的操作裝置,一定要精確定位雙手的手長,不要在虛擬場景中任意加長或縮短,會讓體驗者的自我認知造成困惑。如果一定要延長,建議通過在手的位置之外添加工具之類的物體,來達到延長操作距離的目標,比如HTC Vive中很多游戲都采用手柄發出的射線來選擇遠處的物品,從而進行雙手觸碰不到的東西的交互。

六、更自然的交互

在虛擬世界中,體驗者一方面會覺得新奇,另一方面極可能會感到不適,而更自然的交互是可以大大降低體驗者不適,提升沉浸感。

目前在虛擬世界中的交互,有有限定位的Oculus,采用坐姿,在坐姿下頭顯一定程度精確定位。也有較大范圍的空間定位,如HTC Vive,可以坐姿在2*1.5到4*4米空間或再略大的空間內精確定位。也有只有方向的各種VR設備,總之都是盡量采用與人運動規律相符的運動方式。抬頭就看到頭上的內容,低頭就看到腳下的內容,轉頭則看到旁邊的內容,移動時與真實物理空間一比一的等距離移動,要勝于人靜止而瞬移或勻速移動的體驗。還有采用OpiTrack的定位技術,實現幾百平甚至幾千平的大范圍定位,越接近真實的行走、轉向方式,越能提升沉浸感。

1. 抓取的交互

在很多VR體驗里會有對物體的抓取,最理想的效果就是體驗者直接伸手去抓取虛擬場景中的物體。目前可以借助的技術稱之為手勢識別,比如國外的Leap Motion,提供了硬件設備和相應的SDK,可以實現較為精確的手勢識別。使用方式為將Leap Motion的攝像頭固定在頭顯上或胸前,這樣在攝像頭拍攝范圍內,基本上都可以較準確地識別手勢。通過程序調用相應的SDK,就可以獲取手勢輸入信息,同樣可以進行手部模型替換,以得到更真實的體驗。變通的方式,如Vive的手柄,提供了握力鍵、扳機,對于抓取動作可以通過簡單的引導教學,讓體驗者習得握力鍵的抓取功能或扳機鍵的抓取功能,慢慢習慣后再使用會覺得相當自然,并不會影響渲染感。

2. 拋擲的交互

和抓取對應的交互有放置和拋擲,理想效果還是直接用手參與體驗,做拋擲動作并松手實現物體的拋擲。而借用手柄的操作體驗,則是相類似的,按緊扳機或握力鍵并做拋擲動作,在合適的想松手的位置將按鍵松開,以實現拋擲。這些交互跟真實的拋擲非常相似,只是拋擲物體的重力感應暫時還沒有。但是隨著物體拋出去,根據物體運動曲線,會讓人確信拋擲的交互過程是真實的。如在游戲《畫境》中投擊蘋果的環節,被認為是非常有趣的一個玩法,

3. 躲避的交互

在很多VR游戲中都會出現,且可以發現是非常有樂趣的一種交互。當有子彈、弓矢等飛過,人會本能地進行躲閃,而當躲閃成功后會有難言的喜悅,所以可以在VR體驗中適度增加些躲閃的玩法。而在采用Vive這種空間定位技術的設備上,更能獲得極佳的體驗。與此相反,擊中或接住體驗也是相當有趣,比如一款由獨立開發商Dylan Fitterer制作的VR音樂游戲《音盾》中使用手柄接住飛來的被視覺化了的音樂節奏,讓人樂此不疲。

4. 工具或武器的使用

在VR檢驗中,難免有一些工具的使用,比如螺絲刀、鑰匙、長劍、大刀、槍械等。同樣需要遵循盡可能自然的交互設計要求,比如刀劍的劈砍,根據手部追蹤或手柄追蹤,可以完美同步人的劈砍動作,沉浸感十足。而槍械的操控,換彈夾、上膛、瞄準,由于十分繁瑣,可以有選擇地保留和簡化。否則在精細度上會耗費相當大的精力去實現,而且體驗時也會感覺麻煩,比如只保留換彈夾,上膛省去,瞄準可以通過放慢子彈速度或增加子彈尾焰,讓人能看到彈道而靠感覺去瞄準,這樣的體驗可能更好。

5. 爬行的交互

在體驗中身姿調整相關的玩法也比較多樣,在一些密室類游戲中的爬行體驗,也是非常有趣??梢岳脠鼍?,設計一些低矮通道,或者在低矮處一些必須湊近觀察的重要信息,或者為躲避攻擊,以引導體驗者爬行或蹲地行進。

6. 飛行的交互

有些VR體驗會配合一些載具,模擬飛行或騎行,需要注意的一點是一定要讓頭顯顯示內容和載具反饋完全一致,否則極易引起暈炫。

七、音樂、音效的使用

好的音樂可以直達人心,體驗者在一個場景中,如果聽到合適的背景音樂,交互過程中有合適的音效,馬上能提升沉浸感,體驗效果至少增強20-30%,是絕對應當投入相當大的精力去制作好的音樂、音效。

八、多人聯機

越來越多的VR體驗,已經開始進行網絡連接,以增加社交的樂趣。目前由于VR對時延要求非常高,網絡時延也得非常低才行,所以只適合弱聯網聯機或局域網強聯機體驗。多人的模式中協作、對戰、對話等都是值得推薦的設計內容。而只要聯機,隊友或對手的形象要有,與此相匹配的動作也得有,所以IK動畫的要求就被提了出來。

現在有相對成熟的思路,一種是純IK,根據頭、手的位置,反推整個模型的動作;一種是半IK,通過頭、手的位置,反推模型狀態,然后調用狀態動畫。兩種思路都可以做出相應的效果,精細程度看團隊水平。

總結,說了這么多,VR設計還是方興未艾,大家投身其中大有可為。上面的建議限于當前設備、軟件技術、個人經驗,會存在一些不完善。大家還是要做原型,通過原型去檢驗,什么樣的VR設計才是好的設計??傊斡洠翰灰獣?、提升沉浸感。

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