开发者帕图兹分享六大移动机制的特性、局限及实施技巧

文章相关引用及参考：映维网

本文来自GameDev.tc的萨姆·帕图兹（Sam Pattuzzi）

（映维网 2018年06月20日）在本文中，GameDev.tc的萨姆·帕图兹（Sam Pattuzzi）将与我们探索一系成功的VR移动机制。对于每种方法，他都将解释为何其有效，何时应使用，什么地方不适合，以及提供用于“研究”的部分示例游戏。以下是映维网的具体整理：

当你为一款游戏构思出优秀的点子，并希望将其带到VR中时，你首先遇到的挑战之一是移动，或者说是移动机制。玩家如何移动对大多数游戏而言都是基本要素，而且是你开发过程中的首要设计考量之一。VR中的移动机制与众不同，如果正确地实施。你将能完全改变用户的体验。

1. 游玩空间移动

这是一种非常普遍的移动方式，你甚至不会将其看作是一种移动机制。但对于我们将要讨论的内容而言，在游玩空间中自由移动可能是最为自然的移动种类。

1.1 如何沉浸用户？

很简单，我们令大脑认可眼睛所看的虚拟场景，然后我们在真实世界的运动能够同步至虚拟空间，一一对应。这意味着我们的本体感和前庭系统将认可当前的状态，它们的感知将与眼睛所看匹配。

1.2 局限

尽管游玩空间移动很棒，但同样存在着相当的限制，这意味着我们通常需要用其他移动机制进行补充。

1. 受限于游玩空间大小

2. 只适合人类范畴的移动，不适合超人范畴的移动。

1.3 实施技巧

第一个挑战是，令玩家对象（Unreal中的actor）追踪camera的位置。

通常来说，头显移动通过camera相对于其父对象的移动而在引擎中再现。这意味着如果你有一个camera来作为玩家对象的子组件（一种非常常见的设置），你需要采用一定的技巧来移动玩家的游戏空间。

我们假设以下这个设置（我将使用Unreal引擎作为示例，但这个概念同时适用于其他游戏引擎）：我们假设拥有作为玩家根的Capsule碰撞体。在那之下，我们拥有一个VRRoot场景组。在那之下，我们有Camera。所以我们就有了：

当我们在游玩空间移动时，Camera将发生什么事情呢？

你会注意到camera（黑色头显设备）相对于VRRoot和玩家中心都有偏移。知道玩家对象的实际位置没有好处。

当camera在游戏区周围移动时，我们希望capsule紧随其后。但我们无法将capsule制作成camera的一个子组件，原因有二：

1. 在Unreal中，capsule必须是Character的根组件。
2. 我们不想上下移动capsule，只想沿水平面移动。

所以我们可以做的是，将整个玩家移动到camera的位置（下面的紫色箭头）。现在，这将使camera更远离玩家中心，因为它是通过VRRoot进行相对定位。所以我们需要更新VRRoot的局部变换，从而令camera保持在同一个地方（下面的蓝色箭头）。

这种方法可以轻松结合其他的移动方式。

2. 传送

传送已经成为最常见的移动机制之一，因为它灵活，可以与游玩空间移动相结合。但是，它同样存在非常严重的缺点。

以防你不知道何谓传送，传送涉及指向你想要去的地方（通常是利用激光或标记），然后按下按钮并在非常短的时间内达到这个位置。

2.1 如何沉浸用户？

在传送过程中，屏幕常常会淡出然后返回。这在移动发生时抑制了视觉系统，意味着大脑将无法否认它所看到的一切。

2.2 局限

1. 沉浸感不是很够
2. 不逼真
3. 移动时无法控制，而这可能是多人游戏中的一个问题。

2.3 实施技巧

实施基本的机制非常简单：

1. 建立从控制器到地面的追踪。
2. 在那里渲染某种标记（我使用一个带有渐变材质的圆柱体）。
3. 按下扳机键后，淡出camera并保存当前位置。
4. 将玩家actor移到新位置。
5. camera淡入。

如果你想创建一个抛物线路径，你可以在Unreal中使用以下组合：[UGameplayStatics :: PredictProjectilePath（），[USplineComponent]和[USplineMeshComponent]）。

3. 原地慢跑

原地慢跑可以有多种形式，但主要思想是用原地慢跑的运动量来影响移动幅度。这可以带来一种非常身临其境的移动方式。

3.1 如何沉浸用户？

与传送不同，我们不会在运动过程中压制视觉系统。相反，我们试图通过上下跳动欺骗本体感和前庭系统。

请记住，前庭系统基本上是一个加速度计。就像加速度计一样，当它经历大量移动时，它无法准确地追踪位置。我们可以联想小孩子常玩的“贴驴尾巴游戏”（用纱巾捂住眼睛，然后给黑板上的驴贴上尾巴）。可行的原因是大量的运动混淆了我们的位置感。

3.2 示例

我见过的最佳示例之一是“Freedom Locomotion VR”这个免费的技术演示作品。系统将根据手臂移动量和头部摆动量来检测运动程度。在初始校准之后，它能够检测你是否正在移动，以及速度有多快。

然后再配合以摇杆或触控板，用户将能指明运动方向。

这种方法的优点是，它可以释放双手来抓取对象或与环境进行交互。你不需要看着运动的方向，而且可以帮助你消耗卡路里。

3.3 局限

虽然这是一个很棒的系统，但这主要是适合于奔跑的模拟。而且，这不适合奔跑模拟。

3.4 实施技巧

一个简单的实施方法是，将头部摆动与摇杆的输入方向和控制器的方向相结合。除了头部运动检测之外，这非常简单。

检测头部运动的一种简单方法是追踪上下维度的速度。如果这样做的噪点太多，一个简单的指数移动平均值应该足以带来流畅的信号。当然，随着越来越复杂的技术出现，只有天空才是极限。

4. 驾驶舱模拟

我们在上面讨论了人类运动，但对于需要驾驶机器的游戏呢？这种游戏非常适合就座式开玩，因为在现实世界中你就是需要这样做。通常情况下，你会坐在控制面板的前方，然后周围是不会移动的驾驶舱。这时，外面的世界将响应你的控制。

这非常适合飞行模拟体验，竞速游戏，甚至是机甲对战。

4.1 如何沉浸用户？

这个移动机制与其他方式稍有不同。它不会欺骗任何人体系统，而是试图给视觉系统一些可以锁定的参考物。

4.2 局限

一个固定的驾驶舱可以大大减少感官之间的分歧。但如果发生极端加速，感官分歧将再次出现。最后，这只适用于驾驶舱游戏。

4.3 示例

1. Lunar Flight
2. Elite Dangerous
3. Microsoft Flight Simulator X
4. Project CARS 2

5. Blinkers（抑制外围视场）

5.1 如何沉浸用户？

外围视觉对运动最为敏感，所以如果我们用这种方式来抑制外围视觉感知，我们应该可以减轻运动不适的程度。它也很像上面描述的驾驶舱方法，不同点只是没有将游戏限制在驾驶舱模拟之中。

此外，附近的任何运动都会产生更强烈的运动信号，因此如果你靠近快速移动的对象，屏幕上的这个区域可能也需要进行遮挡。

5.2 局限

部分用户不喜欢减少视场。尽管可以巧妙地实施，但当你专注于正要前往的地方时，视场减少将非常明显。然而，朝注视点以外的任何方向移动都会导致更多的视场遮挡。事实上，根据Blinker的实施强度，这有可能导致完全的黑视。

5.3 实施技巧

在Unreal中，我使用了后期处理材质来实现这个效果。你必须将材质域设置为“Post Process（后期处理）”。

6. 攀爬

尽管这是非常特定的移动机制，攀爬对许多人而言是十分自然的移动方式。

6.1 如何沉浸用户？

其有效是出于数个原因：

1. 移动不是非常快。
2. 控制器可以作为固定的参考点。
3. 手臂运动可以欺骗本体感系统。

6.2 局限

这可以用于攀爬之外的用例，例如潜行游戏。不过，这永远都不会成为普遍性解决方案。

6.3 实施技巧

方法是追踪手部开始抓取的位置。一旦获取了这个位置，每一帧都需要更新用户的位置，这样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

很有可能的情况是，没有单单一项解决方案可以满足你的游戏。你通常需要结合多种方法，甚至是发明一整套全新的机制。理解什么是可行的解决方案，以及为什么可以为你提供一个良好的基准来继续探索新的方案。

在这篇博文中，我只是简要探讨了这些移动机制的实施细节。但是，我们在Unreal VR course on Udemy中详细进行了介绍。

为什么是Unreal引擎呢？尽管你可以选择其他不同的引擎来开发VR体验，但我认为Ureal提供了优秀的支持，而且你允许你用C++进行编程，从而最大化利用硬件的性能。

许多设计师或许会对C++感到害怕。如果你对编程没有信心，Unreal同时提供了视觉语言Blueprint，希望帮助你更轻松地入门C++的基础。