Leap Motion關於VR手勢操控的研究報告（第二部分）

原標題：Leap Motion關於VR手勢操控的研究報告（第二部分）

一個月前，外媒曾介紹了一項Leap Motion關於VR系統中的單手手勢操控的研究，並介紹到了研發過程和幾種可能性，青亭網也曾進行報道《Leap Motion劇透：正研究用於AR/VR的單手操控方案》。近日，外媒再次分享了關於單手手勢操作的後續設計方案，以及部分實踐演示。

本文結合了Leap Motion兩位VR互動以及設計工程師Barrett Fox和Martin Schubert的分享。

上次分享結束後我們認為，研究中的幾種單手手勢操控系統方法簡單、穩定性高。本次專門在真實體驗環境下進行測試，它的效果如何呢？

以下是討論出的幾種潛在應用場景：

1，抽象化操作：我們在繪圖應用中，可以實現撤銷、重做、放大、縮小等操作；2，文本操作：如果用左手拿起物體，右手觸發手勢系統，可以執行複製、刪除等操作；3，工具調整/切換：例如在繪圖應用中，你的同一隻手既可以手握畫筆，同時又可以通過快捷手勢調整壁畫粗細等；4，工具/模式切換：例如繪圖應用中，每隻手都可以進行畫筆、橡皮擦等工具的切換。

模式切換和捏合交互

我們一直在思考關於「捏合」的交互，正如我們在上一篇文章中講到的，這是一個非常強大的手勢交互，原因在於：1，這是大多數人熟悉的手勢，並以最小的學習成本讓新手快速上手；2，該交互方案簡單且節省體力，只需拇指和食指，以及部分手腕手肘的動作，適合高頻交互場景；3，食指和拇指交互具有明確的反饋，因為物理能接觸感受到。

不過，「捏合」的出發方式也有一定缺點，因為會存在誤觸發現象，並且比較明顯。因此，再設計一個快捷簡單的系統來啟動/關閉/切換這套「捏合」系統就顯得十分有必要的。而Leap Motion又開發出一套涅力（Pinch Powers）系統來測試測試這套快接手勢方案。

捏力（Pinch Powers）系統

我們設計了三種必要的功能，讓其中一個方向的快捷手勢直接關閉這套單手操控系統，並通過自由的手來進行常規操作，測試系統能否正常工作。我們希望創造出更有趣的單手操控模式，同時也可以結合雙手組合，讓每隻手都可以獨立進行模式切換。

1，投擲模式（飛機手）

我們通過捏合動作最常見的就是投擲，通過現實世界中的靈感，我們發現投擲紙飛機是一個非常有代表性的動作。通過握住紙、移動、再到釋放三個步驟即可完成，我們可計算出你再釋放飛機前的一些幀數的平均速度，並將其作為發射速度回饋到系統中。

不過，握住紙飛機時我們手掌往往朝上，因此會和第一種手勢產生衝突。為了避免系統出現故障，我們調整了系統閾值，以防止避免意外。

為了重新創造紙飛機的空氣動力學，我們使用兩種不同的力量方案。第一種方案由平面當前速度決定，意味著有更快的投擲會產生更強的提升力；另一種力量採用當前速度＋扭矩力，這可以實現連續性的投籃動作，也可以修虛擬飛機的飛行軌跡。

在空氣動作學的作用下， 及時投擲角度和方向的微小變化也會產生各種各樣的平面軌跡，飛機會呈現出不同的弧度和彎曲路徑。

在測試中我們發現，這些富有表現的投擲動作，用戶經常將他們的手掌旋轉或改變姿勢，這會無意中觸發快捷手勢系統。為了解決這個問題，我們在捏合時直接暫時關閉了快捷手勢系統。

除了這些針對手掌方向的系統衝突外，我們還在測試一些其它的方案，以減少意外狀況出現。我們嘗試將在用戶嘗試啟用縮放點（手指捏合區域）時，直接向用戶發送信號，再加上指尖發光提醒、指尖力度聲音反饋等信號，似乎有助於幫助用戶減少意外情況發生。

同時在虛擬飛機出現時增加一個縮放動畫和時間延遲動作，如果用戶在飛機完全放大之前鬆手，則飛機機會縮小並消失，這也意味著短暫的、無意之中的捏合操作並不會真正彈出虛擬飛機。

2，彈弓模式（彈弓手）

另外我們嘗試了捏合、拉伸、釋放結合的動作，在觸屏手機中我們找到了一個十分契合的遊戲：《憤怒的小鳥》，近期我們又在《The Lab：Slingshot》適配了三維操作。

虛擬彈弓具有很強的物理回饋感，在聽到彈性吱吱聲拉伸彈弓，從而讓人感覺到這是一個帶有威力的彈射。由於我們可以在立體空間中的任何地方捏住並拉伸，因此我們設計了一個小巧的可伸縮彈弓系統。

在捏合時彈弓自然出現同時伴隨一個虛擬弓箭，並自動扣住弓弦，在立體空間中我們可以進行各個角度的調整，弓箭拉伸越長，釋放出的速度也就越大，射出距離越遠。同時我們也發現，用戶在使用彈弓模式時也會存在手掌方向向內誤觸發第一種手勢的情況，因此依舊將其暫時禁用。

為了最大限度減少意外情況，我們同樣的在弓箭出現之前加入了一個動畫和動作延遲。不過它和上面投擲模式不同的時，他並非基於捏合時間而判斷，而是根據捏合後移動的距離，只有距離達到設定值時才會產生新的弓箭，否則依然不會。

3，時間模式（時間手）

對於最後一個模式，我們最初的考慮捏合旋轉作為控制時間的方式，我們可以通過捏合生成一個時鐘，通過旋轉轉動時針，向下或向後調整刻度。然而在實際測試中發現，這種捏合＋旋轉的方式並不舒適，且運動範圍很小。

由於在很小的範圍內調整沒有多大價值，因此我們決定簡單的將其設置為開關，為此我們還用將拇指和食指間的彈力觸發球改為可以旋轉的時鐘。正常速度下，時鐘走的速度非常快，長指針每秒旋轉一圈。而在捏合後速度變慢到正常速度的1/3，且時鐘改變顏色，長指針每分鐘旋轉一圈。再次握住時鐘則會恢復正常速度。

雙手融合後的模式和玩法

由於每隻手都可以獨立改變模式，因此快速混合和匹配雙手，也可以擴展出更有趣的玩法。

1，雙飛機手

通過在雙手上都配備此功能，你可以同時飛出兩個弧線基本類似的飛機。

2，自由的手和時間手組合

你可以通過一隻手將時間減速，用另一隻手輕拍飛機或抓住飛機。

3，彈弓手和時間手組合

你可以通過一隻手將時間減速，用另一隻手中的弓箭射擊它們。

4，雙時間手

你可以利用雙手的時間能力進行疊加，例如將時間減慢到正常的1/9。

5，雙彈弓手

在雙手裝備弓箭的玩法會很有趣，甚至這也是今天很多VR遊戲的中設置雙武器的一個方式，其充分利用了6DoF輸入的特性，例如左手捏合時出現稍大的弓，右手捏合時會彈出一個帶藍色火焰的箭頭。

用戶也可以透過2個指點來瞄準箭頭，從而實現更好的控制和準確性。

值得注意的是，雙彈弓手模式最初要求用戶用右手去拉動弓弦並彈出弓箭，然後才能發射。然後我們將其調整為捏住任何地方直接彈出弓箭並自動上弦，然後鬆手直接發射即可，這樣可以直接減少疲勞感，提升發生速度（速度堪比點擊滑鼠）。

界面優化

當用戶使用這些強大的手勢快捷系統時，我們也注意到用戶在一開始就遇到了一些問題。如果再用戶戴上VR頭顯後才啟動手勢系統，那麼很快就會被當中的聲音和動畫覆蓋。

為了讓用戶更輕鬆的融入這一系統，我們添加了一些介紹動畫，讓用戶將雙手放在圓形能量儀器中，從沒有功能的雙手，到手背方形彈力球（第一期介紹的功能）被激活，再到可以使用彈弓手、時間手燈模式切換，可以看作是一個教程。

另一個問題是我們之前預測到的，用戶會用一隻手去點擊另一隻手背上能量塊，或在圓形能量儀上做推、抓等動作，這會影響正常的操作，因此這種交互方式還需進行改進。

我們決定採用一種新的操控方式：直接用手去開啟/關閉另一隻手的彈力球（第一期介紹的功能），這使得整個快捷系統以及任何互相影響的操作都可以隨時關閉/開啟，基本上不會再影響任何功能的激活。當我們再次點擊手背的彈力球時會自動恢復到上次使用的模式下。

把所有快捷手勢融合在一起

在實踐中，這三種功能和快捷手勢的切換已經非常清晰且易用，例如我們在扔出白色紙飛機後可以利用弓箭射中它們改變它們的顏色。

用帶火焰的弓箭射擊白色紙飛機，以此來燒毀它。

甚至用帶火焰的弓箭射擊變色的紙飛機，讓其以特色的顏色進行燃燒，並且會伴隨著特定的明亮燃燒動畫等等。

好了，以上就是本次青亭網為大家帶來的Leap Motion關於VR手勢操控研究第二部分。據了解，以上所講到的這些已經適配了HTC Vive和Oculus Rift，感興趣的朋友可以到官網下載執行文件體驗。

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