隔空抓物 解密VR遠距離交互技術

技術宅

可望不可及——VR世界里的“手短”之痛

VR可以為我們帶來非常真實的虛擬效果，但是大家知道無論是在真實世界還是虛擬世界里，很多物體都會離我們太遠，從而導致我們無法直接使用雙手去操控這些物體。特別是在VR游戲中，因為很多操作都是借助雙手進行操作（圖1）。

那么如何使用雙手對原來臂展范圍之外的物體進行操控？VR遠距離交互技術就應運而生，顧名思義它就是一種可以在VR里實現對遠程物體進行操控的技術，它借助動畫召喚、意念移物、增強用戶手臂等虛擬的遠程交互技術來實現對遠程物體的操控（圖2）。

隔空取物 VR遠距離交互背后的秘密

如上所述，VR遠距離交互技術可以實現對臂展范圍之外的物體進行操控。那么對于原來無法接觸到的物體，VR遠距離交互是怎么實現對其操控的呢？

在現實生活中，對于我們雙手無法觸及的物體，一種方法是將遠處的物體移動到伸手可及的位置；另一種方法則是加長我們的手臂控制范圍，比如使用竹竿等物體進行延展。在VR世界里，VR遠距離交互也是使用類似的方法實現對虛擬手臂的擴展。比如移動遠處的物體，在VR遠距離交互中是借助一種名為“動畫召喚”技術來實現的。

首先是對遠處物體的選取。開發者將頭部/頭顯位置作為參考位置，通過添加偏移量估算出肩膀位置，然后使用肩膀處發出的射線，經過手掌位置兩點成線直達目標。這樣當射線擊中物體的碰撞器時，線渲染器和物體周圍的高亮光圈會示意使用者，從而讓VR操作者能夠選取到遠處的物體，最后對著懸浮物體彎曲手指做出一個抓取的動作就能選中該物體（圖3）。

選取到遠處的物體后就要實現對物體的抓取。開發者借鑒我們日常的手勢操作，通過將手掌朝上，快速勾勾手指。VR設備接收到這個指令后會讓物體按手指彎曲度的比例向手部移動，這樣一旦你的手指抓緊以后，遠處的物體就會被你抓在手掌中，實現對遠程物體的抓取（圖4）。

完成對物體的抓取后就可以實現對物體的交互操作。比如在VR游戲中，我們需要將遠處的物體抓取后進行左右手的控制，在成功抓取物體后，這個物體就可以從你的左手傳輸到右手中，這個操作就像現實生活中在你的左右手倒騰某個物體。

因為上述抓取的是遠程物體，完成所需的交互操作后，我們還要和現實生活中一樣將物體回歸原位。此時我們只要抓住這個物體并且伸直手臂，此時VR場景中的線渲染圈會出現并給出物體返回原來位置的路線，當你放開物體后就會自動回到原來的位置，整個操作就像是抓住遠處的彈簧，你是將它拉伸到伸手可及的位置，松手后會自動回復到原來位置（圖5）。

上述方法是通過“動畫召喚”技術來實現的，另一個方法則是通過延長手臂的方法實現對遠程物體的控制。開發者采用一種名為“交互手”（InteractionHands）技術，通過交互引擎進行抓取。

它的整個操作流程和上述動畫召喚類似，比如在日常生活中我們使用竹竿觸碰遠程物體的時候，大腦會將竹竿當作我們身體的一部分，這樣竹竿就變成加長手臂。在VR設計里使用類似的理念，開發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倍長度，通過這種放大的投射，使之可以觸碰到遠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進行動態調整，直到你的真實手部和參考肩部位置的距離縮小為零，這樣在視覺效果上物體就回復到原來的位置，完成一次對遠程物體的交互操作（圖6）。

遠程交互 游戲、娛樂幫手

在之前的VR場景中，受制于我們手臂的長度，對于遠程物體我們是無法實現抓取和交互的。而在VR游戲中需要經常對這些遠程物體進行交互操作，遠距離交互技術的出現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。

當然不僅僅在游戲中，在VR很多應用也可以用到。比如VR遠程培訓中，使用者可以直接使用手指觸控到遠程物體，比如鋼琴培訓，每個人都可以觸碰到虛擬鋼琴鍵盤，這樣培訓是不是更有效果！