人们通过感官来认知周围的世界,去识别与学习,以建立对真实的理解。而当我们的认知可以交由计算机托管,我们是否可以感知到不一样的空间状态和空间使用方式呢?在当下物理空间越来越紧张,人口密度越来越高的背景下,是否可以借助虚拟/混合/增强现实的技术来拓展我们对于空间的使用方式、利用效率和认知方法,是我们十分感兴趣的课题。

虚拟现实的到来,使用户可以在有限的物理空间内获得更大空间尺度的虚拟体验。但因为物理空间的限制,为了连接有限的物理空间和更大的虚拟空间,非真实的行走交互方式被普遍使用。比如使用手柄移动或使用类跑步机式机械装置移动的方法。这些替代方法迫使我们放弃自然行走的方式而去适应新的移动交互,并不能够提供自然且连续的沉浸体验。

为了解决这个问题,我们开发了一套混合现实重定向行走算法。它可以通过对人的视觉误导,以真实行走的方式,使人们在有限的物理空间中体验到无限大的虚拟空间

这种方法既提供了虚拟空间的丰富内容,也保留了用户在物理空间中的行走习惯,从而达到混合虚拟与物理空间的目的。

除此之外,这种混合现实空间还具有以下特点:

一方面,用户可以在这个空间中真实行走 (real walking),并自由选择行走的方向。目前,此算法可以实现从4m*8m的物理空间到无限大的虚拟空间的映射。之所以选择4×8米,是因为这是目前硬件水平能达到的最大极限,理论上更大的空间可以让参与者获得更稳定和更不易察觉这种视觉误导的体验。

另一方面,这种混合现实空间也可以提供真实的触感反馈。

具体来说,我们可以通过以下步骤来实现这种映射:

首先,对物理空间进行扫描以确定空间大小和空间边界的形状,并将物理空间进行分割,使之成为两个(或以上)不同的物理空间单元,以适应算法对空间映射的尺寸要求。

然后,对于分割出来的物理空间单元,以空间的中心点为原点建立极坐标系。根据空间单元中每个点的坐标值,计算出在该点物理空间与虚拟空间之间的偏转值,利用这些偏转值的累加将有限的物理空间单元映射到一个更大的虚拟空间单元。放大后的虚拟空间单元的形状和放大倍率可以根据需求进行调整。通过两个物理空间单元之间特定的切换方法,可以让用户在无限个虚拟空间单元之间无缝行走,以达到有限物理空间映射到无限虚拟空间的目的。

接下来,以设计所需要的目标虚拟空间为基础,去选择不同的映射方法。这样可以在保证虚拟空间可自由设计的前提下,仍然能够建立与物理空间匹配的映射。

最终,这种预先设计好的映射方法会在用户体验的过程中实时计算出使用者的虚拟位置信息,并渲染出相应的视觉听觉内容,确保物理空间和虚拟空间的的同步关系,以提供混合现实空间的体验。