開發者帕圖茲分享六大移動機制的特性、局限及實施技巧

文章相關引用及參考：映維網

本文來自GameDev.tc的薩姆·帕圖茲（Sam Pattuzzi）

（映維網 2018年06月20日）在本文中，GameDev.tc的薩姆·帕圖茲（Sam Pattuzzi）將與我們探索一系成功的VR移動機制。對於每種方法，他都將解釋為何其有效，何時應使用，什麼地方不適合，以及提供用於「研究」的部分示例遊戲。以下是映維網的具體整理：

當你為一款遊戲構思出優秀的點子，並希望將其帶到VR中時，你首先遇到的挑戰之一是移動，或者說是移動機制。玩家如何移動對大多數遊戲而言都是基本要素，而且是你開發過程中的首要設計考量之一。VR中的移動機制與眾不同，如果正確地實施。你將能完全改變用戶的體驗。

1. 遊玩空間移動

這是一種非常普遍的移動方式，你甚至不會將其看作是一種移動機制。但對於我們將要討論的內容而言，在遊玩空間中自由移動可能是最為自然的移動種類。

1.1 如何沉浸用戶？

很簡單，我們令大腦認可眼睛所看的虛擬場景，然後我們在真實世界的運動能夠同步至虛擬空間，一一對應。這意味著我們的本體感和前庭系統將認可當前的狀態，它們的感知將與眼睛所看匹配。

1.2 局限

儘管遊玩空間移動很棒，但同樣存在著相當的限制，這意味著我們通常需要用其他移動機制進行補充。

受限於遊玩空間大小

只適合人類範疇的移動，不適合超人範疇的移動。

1.3 實施技巧

第一個挑戰是，令玩家對象（Unreal中的actor）追蹤camera的位置。

通常來說，頭顯移動通過camera相對於其父對象的移動而在引擎中再現。這意味著如果你有一個camera來作為玩家對象的子組件（一種非常常見的設置），你需要採用一定的技巧來移動玩家的遊戲空間。

我們假設以下這個設置（我將使用Unreal引擎作為示例，但這個概念同時適用於其他遊戲引擎）：我們假設擁有作為玩家根的Capsule碰撞體。在那之下，我們擁有一個VRRoot場景組。在那之下，我們有Camera。所以我們就有了：

當我們在遊玩空間移動時，Camera將發生什麼事情呢？

你會注意到camera（黑色頭顯設備）相對於VRRoot和玩家中心都有偏移。知道玩家對象的實際位置沒有好處。

當camera在遊戲區周圍移動時，我們希望capsule緊隨其後。但我們無法將capsule製作成camera的一個子組件，原因有二：

在Unreal中，capsule必須是Character的根組件。

我們不想上下移動capsule，只想沿水平面移動。

所以我們可以做的是，將整個玩家移動到camera的位置（下面的紫色箭頭）。現在，這將使camera更遠離玩家中心，因為它是通過VRRoot進行相對定位。所以我們需要更新VRRoot的局部變換，從而令camera保持在同一個地方（下面的藍色箭頭）。

這種方法可以輕鬆結合其他的移動方式。

2. 傳送

傳送已經成為最常見的移動機制之一，因為它靈活，可以與遊玩空間移動相結合。但是，它同樣存在非常嚴重的缺點。

以防你不知道何謂傳送，傳送涉及指向你想要去的地方（通常是利用激光或標記），然後按下按鈕並在非常短的時間內達到這個位置。

2.1 如何沉浸用戶？

在傳送過程中，屏幕常常會淡出然後返回。這在移動發生時抑制了視覺系統，意味著大腦將無法否認它所看到的一切。

2.2 局限

沉浸感不是很夠

不逼真

移動時無法控制，而這可能是多人遊戲中的一個問題。

2.3 實施技巧

實施基本的機制非常簡單：

建立從控制器到地面的追蹤。

在那裡渲染某種標記（我使用一個帶有漸變材質的圓柱體）。

按下扳機鍵後，淡出camera並保存當前位置。

將玩家actor移到新位置。

camera淡入。

如果你想創建一個拋物線路徑，你可以在Unreal中使用以下組合：[UGameplayStatics :: PredictProjectilePath（），[USplineComponent]和[USplineMeshComponent]）。

3. 原地慢跑

原地慢跑可以有多種形式，但主要思想是用原地慢跑的運動量來影響移動幅度。這可以帶來一種非常身臨其境的移動方式。

3.1 如何沉浸用戶？

與傳送不同，我們不會在運動過程中壓制視覺系統。相反，我們試圖通過上下跳動欺騙本體感和前庭系統。

請記住，前庭系統基本上是一個加速度計。就像加速度計一樣，當它經歷大量移動時，它無法準確地追蹤位置。我們可以聯想小孩子常玩的「貼驢尾巴遊戲」（用紗巾捂住眼睛，然後給黑板上的驢貼上尾巴）。可行的原因是大量的運動混淆了我們的位置感。

3.2 示例

我見過的最佳示例之一是「Freedom Locomotion VR」這個免費的技術演示作品。系統將根據手臂移動量和頭部擺動量來檢測運動程度。在初始校準之後，它能夠檢測你是否正在移動，以及速度有多快。

然後再配合以搖桿或觸控板，用戶將能指明運動方向。

這種方法的優點是，它可以釋放雙手來抓取對象或與環境進行交互。你不需要看著運動的方向，而且可以幫助你消耗卡路里。

3.3 局限

雖然這是一個很棒的系統，但這主要是適合於奔跑的模擬。而且，這不適合奔跑模擬。

3.4 實施技巧

一個簡單的實施方法是，將頭部擺動與搖桿的輸入方向和控制器的方向相結合。除了頭部運動檢測之外，這非常簡單。

檢測頭部運動的一種簡單方法是追蹤上下維度的速度。如果這樣做的噪點太多，一個簡單的指數移動平均值應該足以帶來流暢的信號。當然，隨著越來越複雜的技術出現，只有天空才是極限。

4. 駕駛艙模擬

我們在上面討論了人類運動，但對於需要駕駛機器的遊戲呢？這種遊戲非常適合就座式開玩，因為在現實世界中你就是需要這樣做。通常情況下，你會坐在控制面板的前方，然後周圍是不會移動的駕駛艙。這時，外面的世界將響應你的控制。

這非常適合飛行模擬體驗，競速遊戲，甚至是機甲對戰。

4.1 如何沉浸用戶？

這個移動機制與其他方式稍有不同。它不會欺騙任何人體系統，而是試圖給視覺系統一些可以鎖定的參考物。

4.2 局限

一個固定的駕駛艙可以大大減少感官之間的分歧。但如果發生極端加速，感官分歧將再次出現。最後，這隻適用於駕駛艙遊戲。

4.3 示例

Lunar Flight

Elite Dangerous

Microsoft Flight Simulator X

Project CARS 2

5. Blinkers（抑制外圍視場）

5.1 如何沉浸用戶？

外圍視覺對運動最為敏感，所以如果我們用這種方式來抑制外圍視覺感知，我們應該可以減輕運動不適的程度。它也很像上面描述的駕駛艙方法，不同點只是沒有將遊戲限制在駕駛艙模擬之中。

此外，附近的任何運動都會產生更強烈的運動信號，因此如果你靠近快速移動的對象，屏幕上的這個區域可能也需要進行遮擋。

5.2 局限

部分用戶不喜歡減少視場。儘管可以巧妙地實施，但當你專註於正要前往的地方時，視場減少將非常明顯。然而，朝注視點以外的任何方向移動都會導致更多的視場遮擋。事實上，根據Blinker的實施強度，這有可能導致完全的黑視。

5.3 實施技巧

在Unreal中，我使用了後期處理材質來實現這個效果。你必須將材質域設置為「Post Process（後期處理）」。

6. 攀爬

儘管這是非常特定的移動機制，攀爬對許多人而言是十分自然的移動方式。

6.1 如何沉浸用戶？

其有效是出於數個原因：

移動不是非常快。

控制器可以作為固定的參考點。

手臂運動可以欺騙本體感系統。

6.2 局限

這可以用於攀爬之外的用例，例如潛行遊戲。不過，這永遠都不會成為普遍性解決方案。

6.3 實施技巧

方法是追蹤手部開始抓取的位置。一旦獲取了這個位置，每一幀都需要更新用戶的位置，這樣手部才能位置在相同的位置。基本上是：FVector HandControllerDelta = GetActorLocation() – ClimbingStartLocation;

GetAttachParentActor()->AddActorWorldOffset(-HandControllerDelta);

7. 拓展延伸

很有可能的情況是，沒有單單一項解決方案可以滿足你的遊戲。你通常需要結合多種方法，甚至是發明一整套全新的機制。理解什麼是可行的解決方案，以及為什麼可以為你提供一個良好的基準來繼續探索新的方案。

在這篇博文中，我只是簡要探討了這些移動機制的實施細節。但是，我們在Unreal VR course on Udemy中詳細進行了介紹。

為什麼是Unreal引擎呢？儘管你可以選擇其他不同的引擎來開發VR體驗，但我認為Ureal提供了優秀的支持，而且你允許你用C++進行編程，從而最大化利用硬體的性能。

許多設計師或許會對C++感到害怕。如果你對編程沒有信心，Unreal同時提供了視覺語言Blueprint，希望幫助你更輕鬆地入門C++的基礎。

文章《開發者帕圖茲分享六大移動機制的特性、局限及實施技巧》首發於 映維網。

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