干货丨从VR运动机制中的科学原理,看VR体验晕动症

对于任何曾经有过VR体验的人来说,无论是使用HTC Vive、Oculus Rift、Samsung Gear VR还是Google Cardboard,一定不会对“相对运动错觉”这个词感到陌生,这个词意味着一种正在运动但实际却处于静止状态的错觉。

身体感知运动原理

人体的设计十分有趣。在无特定顺序的情况下,人们对于自己所处的位置的判断来源于不同的感官输入,经由人脑的处理和整合,最终形成一个关于位置和方向的图像。

不仅如此,眼睛也能够帮助我们窥见整个世界。它能够给我们提供有关形式和颜色,以及深度和距离等方面的信息。而深度和距离对VR来说尤为重要,因为视差会根据环境中的对象为大脑提供关于你所处位置的信息。

视差效应事例

但是对于VR开发人员来说,这并不是什么大问题。由于大多数VR中的对象都是放置在固定空间中的3D模型,那么亟待解决的问题主要与运动有关,也就是用户在3D空间中如何移动以及对运动感的判断。为什么这个问题如此具有挑战性呢?这在一定程度上和人体的耳部构造有关。

我们的耳朵包含着前庭系统,它是内耳中的一组组件(包括前庭嵴,椭圆囊,前庭导水管口等),是控制用户平衡感和运动感的重要部分。简而言之,人的内耳里有一个充满流体的房间,里面布满了被叫做“纤毛”的小毛发。身体的移动将会引起房间里液体的晃动,从而刺激纤毛,而这一系列的动作就是在向大脑传递信息,告诉它你的身体正在发生着什么。

这些纤毛能够检测和解读旋转(运动及转动),给我们的身体提供以下三类信息:

1、方向:我们的身体是在颠倒还是在侧身?

2、运动:我们的身体正在移动,但是移动的方向是什么?

3、加速度:我们身体的移动速率是什么?

在无需肉眼辅助的情况下,一个名为本体感觉的认知过程也可以让我们知道自己身体所处的位置。举个例子,当你闭上眼睛的时候,你仍能轻易感知到自己双手的位置。

当视觉输入,前庭投入以及认知过程(如本体感觉)这三者结合起来后,我们就可以准确知道自己所在的位置。

正如文章开头所说的那样,人的移动实际上是通过物理空间实现的。所以VR的挑战在于,当我们的某一个感官系统和其他两个感官系统不能对等时,我们的大脑就会变得困惑。

看看下面的GIF,你能判断哪列火车正在移动吗?

除此之外,还有一个不能被忽略的感官来自我们的听觉。当你在一个环境中移动的时候,你所听到的关于鸟儿的鸣叫声抑或是汽车的喇叭声,都能像你传递你的位置信息,以及你如何在这个环境中移动的过程。这种感官不仅对现实世界中的移动有用,对VR来说,也是非常重要的。

但是,目前还没有太多的研究是关于不一致信息对大脑的影响(例如你看到你的面前有一辆车,但声音却来源于你左耳或者右耳的耳机)。这个时候相对运动错觉就会产生,从而影响用户在空间中的移动方式,目前,大多数关于VR设计的研究都集中在视觉和前庭输入上。

晕动症

运动错觉将导致晕动症的产生。也许你的视觉看不到自己正在移动,但前庭系统却感知到了运动,这时候大脑无法调和这两者的输入,就会导致眩晕。晕车就是一个最好的例子。

另一方面,如果你曾经耳朵感染,这将会影响到前庭系统。在这种情况下,哪怕你的视觉能传递给你关于移动的信息,你也很容易会产生眩晕感或晕动症。

出于各种各样的原因,晕动症的确是会发生或已经发生在VR体验中。但大部分的眩晕感都与视觉和前庭系统失调有关。

被动式运动V.S.主动式运动

为了应对这种感觉偏差,VR研究人员已经提供了一系列的解决方案,并把VR体验大致分为两类:一类是主动式运动,另一类是被动式运动。

被动式运动指的是你自己身体无法控制的运动。比如用户通过控制器上的摇杆而向前移动的第一人称射击游戏。在这种情况下,你的眼睛会告诉你,你正在以一定的速度和加速度向前移动,但是你的前庭系统却不能提供对等的信息。所以用户在体验VR一段时间后,会觉得晕眩想吐。

而主动式运动顾名思义,就是你自己身体控制着的运动。最好的例子就是使用Vive或Rift在一个房间内随意移动。这些体验很少导致晕动症,除非VR环境故意以一种奇怪的方式移动对象。

当然,即便是在被动式的第一人称射击游戏中,你仍然可以环顾四周,你的大脑可以通过两种感官来感知运动,但是当你在被动移动时,去积极地环顾四周的话,那么也会发生感觉失调。

未来的运动机制

许多研究人员正在积极地研究晕动症和VR中的运动机制,致力于学术和商业方面的应用。考虑到VR确实会在特定的情况下造成运动错觉并导致晕动症,设计师可以做的事情是告知用户,并尽可能地减轻或避免这种影响。

除此之外,为用户提供多种行动机制也不失为一个解决方案,因为我们在现实世界中拥有很多种移动方式,如双腿行走,骑单车或者开车等。

本文Medium刊发,属VRPinea原创编译稿件,转载请洽:brand@vrpinea.com

原文发布于微信公众号 - VRPinea(VRPinea)

原文发表时间:2017-08-24

本文参与腾讯云自媒体分享计划,欢迎正在阅读的你也加入,一起分享。

发表于

我来说两句

0 条评论
登录 后参与评论

相关文章

来自专栏逸鹏说道

一位从后台转向AI的独白

刚开始接触 AI 的时候会有这样的一些坑。第一个我把它叫做碎片化时间陷阱,大家一直以为碎片化可以学到很多东西,于是我也关注了一堆的AI 公众号,每天看一下公众号...

1493
来自专栏java一日一条

我是如何拿到硅谷Offer的:告诉你算法面试的秘密

原视频地址:www.youtube.com/watch?v=ub1Zwz_nivU

2551
来自专栏数据科学与人工智能

【数据科学家】如何成为一名数据科学家?

一、数据科学家的起源 “数据科学”(DataScience)起初叫”datalogy “。最初在1966年由Peter Naur提出,用来代替”计算机科学”(丹...

2486
来自专栏大数据文摘

[译]深度学习:模仿人脑还是完善应用

2298
来自专栏大数据挖掘DT机器学习

【白硕 博士】自然语言处理与人工智能(13页PPT图文详解版)

【白硕】博士,研究员,中国中文信息学会常务理事,信息检索与内容安全专业委员会主任委员,中国科学院计算所、信工所和中国科学院大学兼职博士生导师,上海证券通信有限责...

4975
来自专栏CDA数据分析师

【投稿】实战 | 6个步骤巧用知觉图 快速高效解析品牌定位

本文为HCR-慧思拓电商数据研究总监张淳投稿,如需转载请注明作者与来源。 传统研究时代,知觉图(perceptual map)是一个简洁直观解析品牌定位的经典工...

40010
来自专栏怀英的自我修炼

元学习-02

本篇与上一篇一样,是XD的元认知课程的学习笔记。本篇将从技能的分类谈到面对不同的分类的时候该如何自学,接着再通过这一套自学小套路返回去推导出比技能分类更深一层的...

3549
来自专栏大数据文摘

物理学家看人工智能:懂了你就不怕了

65014
来自专栏IT派

推荐!Kaggle首个机器学习调查报告结果

Kaggle 是互联网上最著名的数据科学竞赛平台之一,今年 3 月 8 日,这家机构被谷歌收购,6 月 6 日又宣布用户数量超过了 100 万人。最近,这一社区...

3565
来自专栏PPV课数据科学社区

给外行能看懂的科普:这就叫自然语言处理

前几年曾经马少平老师的引荐,为某科普图书写过一篇短文介绍自然语言处理。如果只是介绍NLP的概念、任务和挑战,应该可以参考这篇小文。原文如下,仅供参考。 自然语言...

3486

扫码关注云+社区

领取腾讯云代金券