基于自然交互的VR滑雪游戏设计与实现文献综述

一、文献综述

（一）国内外研究现状

随着游戏产业的逐步发展，游戏的类型和玩法发生了重大变化。通过将模拟技术和多媒体传感技术相结合，VR技术可以有效地用于游戏设计中。基于VR技术的数字技术是游戏行业发展的主流趋势，VR技术在游戏设计中可以模拟环境、感知和自然技能等，并基于此技术形成了三维动态场景，允许玩家通过交互界面和 VR使其可穿戴设备进行交互，这些设备直接与游戏的环境和角色进行通信。虚拟现实技术可以快速捕获需要从游戏中传输的游戏信息，并通过使玩家感到身临其境而逼真，从而使游戏场景更加逼真。在游戏设计中使用 VR技术，玩家可以与游戏中的角色和场景进行互动。玩家将在虚拟数字游戏中拥有更多的选择感和主导感，并且在现实世界中的操作中，VR技术可用于进入虚拟游戏环境。

考虑到虚拟现实的物理特性，游戏体验将更加多样化和个性化。与现有游戏设计相比，VR 技术的游戏设计将具有更广阔的空间感和活动感^[3]。目前，计算机技术得到了高速发展，互联网、移动终端等改变了人类生活、工作的方式，VR正处于第三阶段前期。虚拟现实技术的特点在于能够将人的感知与机械设备进行深度的结合，基于虚拟现实技术设计出的游戏可以让用户完全置身于虚拟环境当中，获得高度的沉浸感。沉浸感不仅能够让用户在游戏中获得逼真的体验，拓展游戏的应用领域，甚至能够在思想方面也起到一定的影响效果。从传统的 2D、3D游戏到 VR游戏，游戏的体验感在不断地更新升级^[4]。

VR交互重点研究符合人类习惯的交互技术，以提高人对复杂信息的认知能力。传统人机交互主要通过鼠标、键盘及操纵杆等设备实现。多通道交互方式是以用户为中心，采用视觉、语音、姿势、表情等多通道，实现高效的人机交互。体感交互利用深度相机等对用户手和身体的运动进行跟踪，完成自然的人机交互。利用体感交互技术，人们可以很直接地使用肢体动作与周边装置或环境互动。2010年索尼推出新一代体感设备 PlayStation Move，该设备不仅会辨识上下左右的动作，还会感应手腕的角度变化，无论是运动般的快速活动还是用笔绘画般纤细的动作都能重现。同年，微软也发表了全新体感设备 Kinect，该设备同时使用激光和可见光摄像头来获取人体影像信息，捕捉人体 3D全身影像，不受任何灯光环境限制，无需使用任何体感手柄，便可达到体感的效果。2014年5月,美国Leap公司推出了一套体感运动控制系统 Leap Motion，该系统可以追踪多个物体并识别手势，能够追踪到几毫米范围的动作，例如用户写字或画画等精准动作^[6]。

（二）研究主要成果

2016 年 HTC 公司开发了一款 VR 滑雪游戏，游戏玩家需要佩戴头显以及使用游戏手柄，其中头显用来调整方向，游戏手柄用于控制雪杖，可以与其他人在线进行游戏竞赛，在游戏中需要躲避雪道上的障碍物。如果能在滑行过程中收集金色的星星，可以在瞬间将游戏默认的最高每小时 80km 速度提高到 120km。2016 年英国Suchworks 公司开发了一款名为“Alpine Ski VR”的滑雪游戏，与 HTC 公司开发的 VR 滑雪游戏相比，内容更加丰富。游戏共分为四种模式，滑雪学校、障碍滑雪、自由式滑雪和直升机滑雪。玩家可以在滑雪学校模式中学习游戏中可能用到的技巧。学习完毕后，可以进入其他三种模式进行游戏。其中障碍滑雪模式共有 6 赛道，可以与其他在线玩家竞赛；自由式滑雪模式可用于玩家自行提升训练游戏技巧，如练习各种滑雪的空中动作^[5]。

国内也有团队设计了基于VR滑雪的姿态训练模拟器，运拟模拟系统、运动训练系统和安全防护系统3部分，虚拟模拟系统相当于装置的“大脑”，用于控制运动训练系统中各个机构的工作以及调节 VR系统的虚拟现实情景交融; 运动训练系统由转向停止机构、循环往复机构、多维脚踏板机构和滑雪 手杖机构共同组成;安全防护系统包括穿戴式吊护装置和防护栏，用于保证训练者的安全。滑雪训练器在工作时，训练者双脚踩在多维脚踏板机构的滑雪鞋固定装置上，头上戴有 VR头显设备，双手握着滑雪手杖，在训练器上训练滑雪肢体动作，虚拟模拟系统中的传感器将采集信号反馈给VR头显设备，训练者在头显设备里观察运动场景变化以实时了解运动状态^[7]。

（三）发展趋势

新一代VR在建模与绘制方法、交互方式和系统构建方法等方面都提出了更高的需求。为了满足这些需求，近年来VR研究也取得了快速发展，表现出了一些新的特点和发展趋势。有关学者对这些特点进行总结，归纳为以下 3个方面。