Способы навигации при использовании устройств виртуальной реальности Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 528.94

СПОСОБЫ НАВИГАЦИИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ УСТРОЙСТВ ВИРТУАЛЬНОЙ РЕАЛЬНОСТИ

Павел Михайлович Кикин

Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры прикладной информатики и вычислительных систем, тел. (913)774-09-34, e-mail: it-technologies@yandex.ru

Алексей Александрович Колесников

Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры картографии и информатики, тел. (913)725-09-28, e-mail: alexeykw@mail.ru

Елена Леонидовна Касьянова

Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент кафедры картографии и информатики, тел. (383)361-06-35, e-mail: helenkass@mail.ru

Людмила Константиновна Радченко

Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент кафедры картографии и информатики, тел. (383)361-06-35

В статье рассматривается проблема перемещения по виртуальному пространству, создаваемому с помощью очков виртуальной реальности. Описаны существующие способы, устройства и инструменты перемещения. Указаны способы, используемые при разработках приложений виртуальной реальности лабораторий виртуальной реальности и геоматики СГУГиТ.

Ключевые слова: виртуальная реальность, навигация, indoor навигация, способы перемещения.

LOCOMOTION METHODS WHILE USING THE DEVICE OF VIRTUAL REALITY

Pavel M. Kikin

Sibirian State University of Geosystems and Technology, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph. D., Senior lecturer of Department of Applied Informatics and Information Systems, tel. (913)774-09-34, e-mail: it-technologies@yandex.ru

Alexey A. Kolesnikov

Sibirian State University of Geosystems and Technology, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph. D., Senior lecturer, Department of Cartography and Geoinformatics, tel. (913)725-0928, e-mail: alexeykw@mail.ru

Elena L. Kasyanova

Sibirian State University of Geosystems and Technology, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Assoc. Prof., Department of Cartography and Geoinformatics, tel. (383)361-06-35, e-mail: helenkass@mail.ru

Ludmila K. Radchenko

Sibirian State University of Geosystems and Technology, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Assoc. Prof., Department of Cartography and Geoinformatics,tel. (383)361-06-35

The problem of movement through the virtual space created with the help of virtual reality glasses. Described existing methods, devices, and move tools. Shown methods used in the development of applications of virtual reality into laboratories of virtual reality and geomatics SGUGiT.

Key words: virtual reality, navigation, indoor navigation, methods of locomotion.

Распространение доступных вариантов очков виртуальной реальности на основе смартфона и относительная простота разработки приложений для них сделало эту технологию доступной для максимально большой аудитории. Поскольку эта область технологий переживает сейчас бурный рост, то многие технические и технологические решения только тестируются.

Одной из основных проблем является реализация способа перемещений действующего лица в пространстве виртуальной реальности (locomotion), как о важной составляющей процесса использования данной технологии, имеющей свои особенности.

Одним из первых проектов лаборатории виртуальной реальности СГУГиТ является создание полной интерактивной виртуальной модели университета. Одной из первых задач, которую нужно было решить являлся выбор и реализация способа перемещения по виртуальному пространству.

Так как игры для виртуальной реальности, по сути, являются компьютерными играми, с появлением первых VR-систем многие независимые студии и разработчики быстро стали создавать VR-модификации к уже существующим проектам, стремясь погрузить первых энтузиастов в знакомые миры и заполнить пустующую нишу игрового VR-контента, который просто не успевал за производителями VR-систем.

Первыми проблемами, на которые наступили создатели адаптаций, стала традиционная система перемещений с помощью WASD+Space и грубая привязка выбора направления движения к камере, что неприятным образом сказывалось на вестибулярном аппарате игроков, отодвигая на второй план другие недочеты, вроде визуальных искажений и задержек.

Тут нужно отметить, что погружаясь в виртуальный мир и отождествляя свое реальное «Я» с игровым аватаром, наш мозг ожидает полной синхронизации всей информации, поступающей к нам от главных сенсорных систем организма: зрения, слуха и вестибулярного аппарата. Иногда, для усиления реализма, разработчики добавляют тряску камеры во время бега или другие эффекты.

Во время ускорения, которое мы воспринимаем зрением и органами внутреннего уха, мы ожидаем соответствующего отклонения корпуса и реакции вестибулярного аппарата, к поведению которого мы за годы жизни уже привыкли. И если во время резкого визуального ускорения вы не ощутите соответствующей реакции организма, ваш мозг начнет сбиваться, что отразится и на всем организме.

Что интересно, недостаточная «тренированность» вестибулярного аппарата способна сыграть с вами шутку не только в виртуальной реальности — вас может «укачать» и во время реальных продолжительных перемещениях на автомобиле, в море, на аттракционах и т.д.

Таким образом, формулируется проблема, которую нужно решать. На данный момент предложены несколько различных подходов:

1. программная реализация (телепортация, полет, vr comfort, рельсы):

2. традиционные способы управления компьютерными персонажами (кабина пилота, парящая камера, клавиатура, джойстик);

3. применение дополнительных устройств (хождение по комнате, контроллеры -беговые дорожки).

Рассмотрим эти варианты более подробно.

Кабина пилота

Данный способ уже существует и прекрасно стыкуется с ощущениями игрока, находящегося в виртуальной кабине автомобиля, самолета, подводной лодки или космолета.

Дополнительно возможно использование всевозможных физических кресел, рулей, штурвалов и джойстиков с обратной связью, вписывающиеся в общую картину происходящего в виртуальном мире.

В кабине робота-меха может непривычно потряхивать, но в играх с плавными ускорениями и отсутствием резких смен направления движения, приступов тошноты быть не должно.

Управляя транспортным средством с помощью имеющегося контроллера, игрок может независимо от направления движения менять направление взгляда, поворачивая голову.

Хождение по комнате

Содружество Valve и HTC разработали для VR-системы HTC Vive особую систему слежения Lighthouse, которая отслеживает перемещения игрока в шлеме по площади со сторонами 3 х 4 метров.

Это не развязывает руки полностью, но дает определенную свободу естественного перемещения на ограниченных участках, что положительным образом сказывается на степени погружения.

Игрок свободно перемещается по комнате, путаясь в проводах и задевая мебель, естественно осматривает виртуальный мир, поворачивая голову, и взаимодействует с окружающим миром с помощью специальных контроллеров.

Контроллеры-беговые дорожки

Этот способ перемещения нельзя считать самым популярным и перспективным, хотя он отлично вписывается в картину симуляции передвижения и разрабатывался специально под VR-системы и игры.

Так как подобные устройства довольно дороги и пока не могут получить широкого распространения, разработчикам не выгодно разрабатывать игры с учетом возможностей этого контроллера. Хотя его использование можно считать наиболее комплексным в стремлении к полному погружению в экшенах от первого лица.

Полет

В образе летающего животного или механизма игроки смогут плавно менять направление полета, поворачивая голову.

Несмотря на выполнение фигур высшего пилотажа, подобный геймплей не должен вступать в противоречия с вестибулярным аппаратом.

Телепортация

Так как нашему организму сложно поверить в то, что мы бежим или подпрыгиваем, в тот момент когда многие органы чувств указывают на то, что мы сидим в кресле, с перемещениями на небольшие расстояния в приложениях и играх могут помочь телепортации, эффект от которых не вызывает неприятия.

Игрок мгновенно преодолевает нужное расстояние, не шокируя органы чувств тряской и рассинхроном.

Vr comfort

Еще один способ «подружить» наши органы чувств с перемещениями в VR-играх от первого лица был продуман студией Cloudhead Games во время разработки приключенческой головоломки The Gallery: Six Elements.

Разработчики заметили, что играя в VR-игру от первого лица, люди плохо реагируют на всякого рода вращения и ускорения.

Действительно. В играх, где направление движения задается поворотом головы, а по характеру геймплея необходимо обследовать локацию, голова начинает кружиться довольно быстро, даже в играх с неспешным геймплеем.

Поэтому после ряда исследований и экспериментов разработчики представили специальный режим управления VR Comfort Mode, который позволяет без неприятных ощущений и головокружения исследовать локации даже сидя в кресле, которое не вращается.

Крутые повороты персонажа реализованы посредством резких сдвигов картинки (мини телепортации) с короткими фиксациями-точками через равные промежутки времени, что-то подобное тому, как делают танцоры при вращениях, фиксируя взгляд в одной точке.

Небольшие изменения в направлении движения задаются поворотами головы, а во время прекращения движения в дело вступает режим «собирательства» (intake mode), в котором повороты головы не влияют на повороты корпуса, а позволяют осмотреться.

Парящая камера

Данное решение сложно назвать системой перемещений, это, скорее, способ слежения за персонажем, который мы привыкли наблюдать в разнообразных консольных играх от третьего лица в виде камеры, парящей сзади-выше главного героя/сцены.

Так как в этом случае игрок уже не отождествляет себя напрямую с главным героем — не видит мир его глазами и не повторяет его действий — проблема с рассинхроном отпадает сама по себе, если камера не будет дергаться.

Пользователь наблюдает за процессом со стороны, управляя персонажем, и имеет возможность осматриваться, проникаясь атмосферой игры и сцены.

Рельсы

Этот способ перемещений является одним из наиболее примитивных, и в основном используется в аттракционах, а также в головоломках от первого лица.

Игрок следует по заранее предложенным маршрутам, выполняя поступающие задачи, может осматриваться, вращая головой, иногда может выбирать время и направление своего перемещения.

Традиционное управление

Способ, доставшийся VR-индустрии «в наследство» от классических компьютерных игр, который, хоть и имеет ряд существенных недостатков, описанных выше, тем не менее используется или с незначительными изменениями будет использоваться на этапе становления и развития виртуального гейминга.

Наиболее комфортную реализацию подобной системы передвижений можно увидеть в неспешных Exploration-играх с исследованием мира и взаимодействием с окружающими объектами.

Выбор направления движения тут может осуществляться как с помощью контроллера, так и с помощью поворотов головы.

Для реализации проекта были рассмотрены перечисленные варианты и на данном этапе были выбраны способы телепортации и возможность подключения Bluetooth джойстика. Также ведутся разработки по использованию маяков iBeacon для целей indoor навигации совместно с системой виртуальной реальности.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Фальков Е.В. Романов А.Ю. Применение маячков Beacon и технологии Bluetooth Low Energy для построения систем навигации в зданиях / Фальков Е.В. Романов А.Ю. // Новые информационные технологии в автоматизированных системах № 18/ - Москва, 2015.

2. Habrahabr, статья «разница между 3D и виртуальной реальностью» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://habrahabr.ru/company/croc/blog/263329/

3. Habrahabr, статья «Виртуальная реальность для разработчиков» [Электронный ресурс]. -Режим доступа: https://habrahabr.ru/company/neuronspace/blog/264169/

© П. М. Кикин, А. А. Колесников, Е. Л. Касьянова, Л. К. Радченко, 2016