梦境链接——基于浸入式虚拟现实的次世代人机交互游戏（6V游戏）系统开发
Posted by: andersonby 12 years ago
梦境链接——基于浸入式虚拟现实的次世代人机交互游戏（6V游戏）系统开发
清华大学创客空间项目策划书
组长：何峥麒 组员：郝和乐、李佳坤、刘梅丽
2014-3-20
一、项目背景简介
1.1 虚拟现实简介
虚拟现实(Virtual Reality, VR)于上世纪80年代提出，也称灵境技术或人工环境。虚拟现实技术集成了计算机图形技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新技术于一身的高新技术。
虚拟现实技术基本介绍：
百度百科：
（亮点总结：虚拟现实有相当广泛的应用，包括医学、娱乐、军事航天、室内设计、房产开发、工业仿真、应急推演、文物古迹、游戏、教育、培训、生物力学、康复训练等）
智库百科：
http://wiki.mbalib.com/wiki/%E8%99%9A%E6%8B%9F%E7%8E%B0%E5%AE%9E%E6%8A%80%E6%9C%AF
（亮点总结：虚拟现实技术的分类：桌面级的虚拟现实、浸入式虚拟现实、增强现实性的虚拟现实、分布式虚拟现实）
1.2 虚拟现实产业
对中国虚拟现实产业的管窥。
代表性企业列举：
l 水晶石
http://www.crystalcg.com/cn/index.aspx
专注于计算机图像领域，员工约3000人，北京2008年奥运会图像设计服务供应商、北京2008年奥运会开（闭）幕式影像制作运营项目总承包商等。在计算机图像教育领域亦有建树。
l 汇众益智
http://zgc.gamfe.com/subject/pinpai/index.htm
专注于游戏教育领域
l 中视典
http://www.vrp3d.com/article/html/vrplatform_18.html#a01
专注于自主知识产权VRP虚拟现实软件平台的建立，解决方案覆盖面广，包括城市、建筑、旅游、工业等各行业的虚拟现实解决方案。
l 上海创图
http://www.sun3d.com/fpage/sun3d%E6%8A%80%E6%9C%AF.html
基于Sun3D三维数据压缩技术，专注于网络3D云技术的开发。
l 世纪和有
http://www.foryoutech.com/aboutforyou/
专注于多媒体互动技术的研发及应用，业务主要集中于展馆设施中的多媒体互动。
l 华康同邦
http://www.viicare.com/about.html
专业从事医疗信息系统和医学虚拟现实技术研发与生产的企业。
l 中科广视
http://www.othkin.com/html/Product-Service.html
专业从事3D照相技术。
整体印象：虚拟现实技术已然渗透进各行各业，例如建筑领域的城市规划、道路桥梁建设、场馆展示；医学领域的虚拟手术；交通领域的道路桥梁规划设计、城市交通仿真、铁道系统仿真等；文物保护领域的古迹复原、虚拟漫游等；房地产领域的小区环境展示、虚拟样板房、地板/瓷砖/涂料效果虚拟等等。（摘自中关村虚拟现实产业协会： http://www.cnvr.org.cn/_d269029703.htm）
然而，中国的虚拟现实技术的应用仍旧以中高端应用为主，和普通民众的接口仍旧稀少。
1.3 虚拟现实大众化潮流
大众对虚拟现实技术的了解也许仍旧仅停留在3D电影、博物馆展览馆的虚拟展示上，由于虚拟现实技术高昂的成本，普通大众接触虚拟现实技术的机会极其有限。
然而，随着以虚拟现实硬件低成本化为代表的虚拟现实大众化潮流，虚拟现实技术将会逐渐走人寻常百姓家。虚拟现实硬件低成本化潮流已在美国到来。
以下就美国最近出现的低成本虚拟现实硬件作一简要介绍。
l Oculus Rift
Oculus Rift为头盔式双目3D虚拟现实显示设备，为KickStarter上的明星项目(https://www.kickstarter.com/projects/1523379957/oculus-rift-step-into-the-game) Oculus Rift 于2012年9月1日完成筹资，得到了来自一万人左右共250万美元的众筹资金，2013年末再次获得 7500 万美元的投资。近日，Oculus Rift刚刚发布了DK2第二开发者版本，售价350美元。
更多信息：http://www.imdaike.com/zh-CN/displaynews.html?newsID=133875
l Kinect
http://www.microsoft.com/en-us/kinectforwindows/
玩过XBOX360的同学一定知道Kinect。Kinect是微软旗下XBOX360的体感周边外设，于2010年6月14日对外发布。Kinect基于复杂的3D影响处理技术，实现了采用体感控制的全新的人机交互技术。微软于2011 年6月发布了Kinect for Windows SDK，使得在Windows上进行Kinect应用的开发成为可能。 Kinect for Windows售价250美元。
l Razer Hydra
http://www.razerzone.com/gaming-controllers/razer-hydra
基于梯度磁场感应原理的六度空间追踪器，能够追踪到1mm精度的三维坐标以及1o精度的三维角度。由2007年成立的Sixense公司设计制作。官网上的售价暂时高至450美元。
l Myohttps://www.thalmic.com/en/myo/
一款基于肌肉电信的手势控制器，佩戴它的任何人只要动动手指或者手，就能操作科技产品，与之发生互动。手势控制臂环可以佩戴在任何一条胳膊的肘关节上方，探测用户的肌肉产生的电活动。它通过低功率的蓝牙设备与其他电子产品进行无线连接，不需要借助相机就可感知用户的动作。于2013年由加拿大Thalmic Labs公司推出，售价149美元。
l Leap Motion
通过对其正上方空间中的物体的识别，实现物理空间与电子产品的交互。于2013年5月正式发布，售价80美元。
二、企划方案简介
虚拟现实技术通过近30年的发展，已成功走出实验室，以军用为代表的高端市场开始，逐步走向各类民用中端应用，随着近年来各类低成本虚拟现实人机交互硬件的产生，虚拟现实技术走进万千百姓家的时代也终于来临了。利用近年来出现的商业化低成本虚拟现实人机交互硬件，搭建面向普通大众的次时代浸入式虚拟现实人机互动平台，完成虚拟现实技术从中端走向基层的最终进化，是本企划的核心思想与长期目标。
近期，我们的主要工作是完成硬件平台、软件平台的整合工作，并搭建基于该平台的示范项目，以确定该平台的发展潜力。
示范项目初步定为浸入式虚拟现实游戏（6V游戏）的开发。采用，第一人称虚拟场景游走类型，并加入各种传统游戏方式无法企及的人机交互元素，并同时寻找克服3D眩晕的基本技术路线，以技术示范为主，兼顾场景艺术性以及游戏性。
为减少高成本的建模工作，增加逻辑复杂度以及人机交互环节，我们暂定借用近年来新出现的真人密室逃脱的概念，设计密室逃脱类6V游戏，并达到该项目的技术示范作用。
三、技术方案简介
3.1 硬件平台
硬件平台主要负责玩家输入以及视频输出的工作。
虚拟现实视觉输出：Oculus Rift
利用Oculus Rift虚拟现实3D眼镜作为视频输出，Oculus Rift采用了双目立体视觉的原理，使得使用者能够产生身临其境的神奇感受，再加上其头部朝向跟踪功能，使得使用者通过旋转头部可以看到虚拟场景的全景，更增加了其真实感。
体感控制设备：Kinect
Kinect能够以相当高的精确度跟踪人体各个关键部位，例如头部、双肩、胸椎、重心、双肘、双手、臀部、双膝、双脚的实时位置，利用这些位置的数据，可以完成使用者与虚拟场景的互动。
持控制设备：Razer Hydra
Kinect能够跟踪人体各个关键部位的位置，然而，对于手腕的朝向以及细节动作却无法识别。而且，Kinect有一定的延时，延迟的时间长于Razer Hydra的延迟时间。在某些场景，需要复杂的手部动作和虚拟场景进行交互，此时，可以利用Razer Hydra中提供的给类按键实现；在另外一些场景，需要精确跟踪手腕朝向，例如手持佩剑时，此时，Razer Hydra的六度跟踪功能便能提供所需要的数据。
3.2 软件平台
我们选用Unity作为基本的软件平台。Unity是一个全面整合的专业3D游戏引擎，拥有友好的交互图型化开发环境，支持多平台发布。可采用C#或JavaScript进行高复杂度游戏逻辑的制作。Oculus Rift以及Razer Hydra自带Unity的官方开发接口，Kinect与Unity的接口是否已存在暂时不明了。
四、项目困难简介
4.1三维模型制作成本
该项目的主要困难之一将会来自昂贵的3D建模成本。由于3D建模工作对专业要求高，耗时大，真实感建模相当困难，因此，将会成为该项目开发中除硬件平台之外的主要成本来源。（示范项目完成之后的正式项目，3D建模工作成本将会远超硬件平台成本。）
为尽量克服该困难，减小开发成本，我们选用有一定逻辑复杂度以及人机交互环节，而场景建模工作量较小的密室逃脱类6V游戏作为技术示范项目。
4.2三维场景眩晕
由于3D眼镜所提供的场景过于真实，可以说是人类千万年进化史上并未遇到过的情况。因此，过于真实场景中些许的不真实感，都有可能打开人体生理保护机制的开关，引发3D眩晕。能否将3D眩晕降低至某一阈值，使得人们能够体验虚拟现实的同时，并不用忍受3D眩晕带来的不适感，也是该技术示范项目的目标之一。
根据迄今为止的虚拟现实研究成果，造成3D眩晕的原因主要有两个，一个是输入输出延迟，一个是加速度不连贯性。
减小输入输出延迟一直是浸入式虚拟现实硬件工程师们不断努力奋斗的目标。以德国亚琛工大的虚拟现实CAVE系统为例，其典型的延迟时间为100ms，该系统采用光学摄像机图像处理的方法进行头部跟踪，当你运动头部的时候，会非常明显的感觉到图像的滞后。该滞后会导致3D眩晕的产生。Oculus Rift虚拟现实眼镜在60fps的情况下能够做到20ms的延迟，小于人眼刷新速度40ms。理论上说，该延迟能够使人眼感觉图像是实时更新的。
当你人眼所检测到的加速度和耳内前庭器所检测的到的加速度不一致的时候，会导致3D眩晕的产生。原理类似于晕车和晕船。因此，当你采用键盘操作在虚拟场景中游走的时候，或是乘坐虚拟过山车的时候，由于你所看到的加速度，你的前庭器并没有感受到，因此，也会产生3D眩晕。基本的解决方案是，采用更加真实的输入手段在场景中游走，而不使用键盘操作，游戏设计时尽量避免镜头空间位置的过快加速。
五、市场模式简介
任何技术的推广都需要借助市场的力量。浸入式虚拟现实未来的最理想的状况莫过于走进千家万户。然而，由于中国大众对于浸入式虚拟现实基本上还不了解，完成浸入式虚拟现实走进千家万户的计划可能需要数十年的时间。然而，由于浸入式虚拟现实的特殊性，常见的商业模式可能并不适用，因此，需要探索适合浸入式虚拟现实特殊性的商业模式。
5.1可能领域
浸入式虚拟现实的可能涉足领域除了游戏娱乐领域之外，也可以向教育领域、社交领域、体育运动领域等其他亲民的领域进行延伸，以游戏娱乐领域作为突破口是合适的。
5.2 可能经营模式
在浸入式虚拟现实进入千家千家万户前，必须寻找合适的过渡模式，使大众对浸入式虚拟现实有更深入的了解。使可以采用总分的模式进行经营。总部负责硬件平台维护和技术支持，以及软件应用的开发外包。分部直接深入基层。包括官方硬件销售网店、官方体验店或主题店、或与各基层企业合作。与主题公园、游戏中心合作进入娱乐业、与学校合作进入教育领域、与健身房合作进入运动领域、与咖啡厅合作进入社交领域等。带浸入式虚拟现实产业发展到一定程度之后，可以逐渐减少部分过渡性的分部。发展模式可以参见计算机在中国的普及模式。
六、团队介绍
何峥麒（项目负责人+平台整合）清华大学工程物理系研究生，5年计算机图形与虚拟现实业余开发经验，相信学科交叉的力量，喜欢摆弄酷酷的东西。
郝和乐（主企划）北京林业大学信息学院数字媒体艺术专业大三学生。本科专业方向包括C++、Java、数字图像处理、计算机图形学、虚拟现实等学科，兴趣方向是交互设计，界面设计，产品设计。并且对新一代的智能浪潮十分热爱。
李佳坤（主程序）清华微电子大四，两年认知科学研究经验，编程技能包括Java，C++，python等喜欢交互设计，HCI。
刘梅丽（主美术）清华大学美术学院展示设计方向研究生，喜欢动漫和游戏，希望真正的6V游戏快快到来。
七、人员需求
Unity程序开发人员1名。
3D建模美术人员2名。
八、联系方式
梦境链接：dreamlinkvr@163.com
