分析：那些千奇百怪的VR外设背后是怎样的技术和商业

【计算机论文】分析：那些千奇百怪的VR外设，背后是怎样的技术和商业

在VR线下体验店中，最吸引人眼球的，大概就是各种千奇百怪的VR外设了，坦克、汽车、飞机、自行车、滑板，看起来都非常酷炫，吸引周围的人驻足观看。但就像VR是个初生市场一样，这些设备也不是一直就存在的。那么这些设备是怎么产生的呢？其背后的运用了怎样的技术，又有怎样做到软硬结合的？运动控制：从工业品到消费娱乐应用并非所有的VR外设都用到了运动控制，但它是相当一部分产品的核心，包括上文提到的那些。而运动控制是一个存在很久的传统行业。做VR外设产品的创业公司即视互动，其创始成员就来自运动控制行业。“这两年生产制造业不景气，14年底15年初VR2B的商业模式进入中国，我们就一直给行业提供运动控制的解决方案。”联合创始人兼CEO王美健对沉浸感表示。运动控制此前一直被应用于工业领域，顾名思义，就是和运动相关的可以进行控制的东西。例如手机制造业中用到的并连机器人，在以前，手机的一些元器件是工人用手拧的，但到了工业4.0的大环境下，对效率和精准性的要求都大大提高，就需要用机器将传送带上特别小的晶片瞬间抓起来放到手机上拧好。这里面用到的就是精准的运动控制技术。当Facebook收购Oculus后，VR的2B商业模式引人中国，大家开始想到将各自领域擅长的技术应用到VR当中来。那么这项技术是如何移植到VR上的呢？首先，在VR这一波的热潮没有流行起来之前，有一个行业叫军工仿真，其实一直有在应用，只不过对比消费场景来说更重：第一，场景更加强调仿真而不是游戏性；第二，它是一些大型的，一比一还原的仿真。比如坦克训练，为了让训练员有身临其境的感觉，开坦克要像在真实场景中一样上下坡时颠簸，这就需要用到并连机制，就像刚刚说的那个并连机器人那样。具体来说，还是前文提到的抓取手机晶片的动作，这个动作涉及到的运动是上下左右，而拧的话涉及到旋转。把这些应用到VR中去，就需要反过来，让玩家戴着头显在外设上体验上下左右加旋转的运动。这就是我们常听说的六自由度运动平台。VR体验的大敌：眩晕被应用到消费领域的运动控制技术，其产品却参差不齐，很多产品遇到的问题是VR体验的大敌：眩晕。许多人体验过几分钟觉得想吐，就可能决定再也不玩了，例如去年很流行的蛋椅就被许多人吐槽体验不好。但是晕动症的产生是多种因素综合带来的现象。早期的VR头显因为帧数不够，或是陀螺仪刷新率不够等问题，时常会导致眩晕。但后来这些问题基本被解决了，可能在结合VR外设玩时许多人发现还是晕，这通常就不是头显的问题了。我们都知道晕眩来源于视野画面的运动与身体的运动不一致，例如你头转动了画面却还没转过来，通常是延迟导致的。而头显的问题排除后，此时应该从外设这块找原因，从底层控制的角度来看，主要有两个原因：第一是：当画面已经开始变化的时候，画面给的信息传递到载具(外设)上面，这中间存在的延迟；第二是：如果信息已经传递给载具了，载具的控制机制需要让整个机械结构动，如果有延迟的话，也会是晕的很大源动力。因而在做外设时需要将数据传输做得足够快，同时机械响应也要足够快，才能避免眩晕问题。下面就来更加具体地讨论这个问题。输入、输出和延迟VR外设归根结底是交互设备，而交互就是输入和输出，这两者都涉及到延迟问题。先来讲输出。输出现在的游戏，不管是基于Unreal还是Unity都会有物理引擎输出，比如地形、抓取等。这些物理引擎信息会通过某个通道输出来，而外设的六自由度运动控制平台需要通过几个步骤来接收和实现这些信息。第一，把通讯接上，就是要收到这个信息；第二，做反解，因为游戏会给出很多数据，而平台需要的只是几个数值，六自由度也就是六个值，上下左右平移旋转。这一步就是要从物理引擎输出的所有信息中反解出这六个值；第三步，需要有一个洗出算法，这里面涉及到体感。比如模拟飞机的动作，加速度出去了，但真实的飞机会有持续的加速度，这个时候要通过一个洗出算法让机械传动出去同时自己缓缓地往回收，再出去，这样的话就会有持续的加速度。六自由度平台实现这些东西需要用到体感算法和伺服控制。当信息收集过来了，需要伺服控制的方案传递给六个轴，来完成相应的动作。输入一款外设通常会包含输出和输入两个方面，例如实时互动的VR动感单车，游戏里边的颠簸、运动在自行车上实现是输出；而用自行车实现游戏里的加速、减速、拐弯则是输入。输入所涉及到的技术是逻辑控制，通过单片机原理(其实这个也是传统行业的技术)，把模拟量信息，就是人操作的信息，比如蹬的快慢、拐弯等，通过控制板转换成游戏可以接收的数字信息，再变成画面的运动。延迟外设产生的延时主要是通讯和机械传动。传统的通讯技术用的是工业级别的脉冲，比较慢，现在厂商为了更快的传输，改用了以太网(也就是网线)，它的传输延迟基本上可以不被人发现。机械部分的延迟经常被大家忽略，这块在输入方面并不是大问题，因为目前的传感器都非常灵敏，技术很成熟，只要传输延迟解决就好。通常问题会出在输出的部分，这取决于平台响应的速度。以六自由度平台来说，这个平台的响应速度多取决于一个叫十字连轴结的部件，好的十字连轴结是用车床一次性切出来的，非常圆滑，一个价格在千元级别。但是现在行业内有很多便宜的十字连轴结，甚至有买一赠一的，便宜的十字连轴结不是一次性切出来的，而是削出来的，会凹凸不平，这样的话即便信号很快给到它，它在传动的过程中如果不够顺畅，就会出现两个问题，一是慢，二是位置不准，从而产生晕动的情况。前面我们聊了VR外设背后的技术，但这些技术带来的产品是千奇百怪的，所以从技术到产品的路子其实并没有讲完，还有一个重要的步骤就是决定生产什么样的设备出来。为此沉浸感采访了即视互动，请他们来谈一谈自己为什么会做这些产品出来。王美健表示，他们出产品的考虑和优先级分两方面。首先是根据行业的发展，他认为目前VR行业的发展就像当初电脑进入中国一样，先是进入网吧、垂直领域，慢慢再向家庭过渡。因而他们目前做的产品主要是针对线下体验店等商业场所，另外也有类似动感单车这样的向家庭过渡的外设产品。大方向之外，还需要考虑线下运营方的需求，行业的痛点是什么。例如，许多产品会晕，或者说是被动型的，用户粘度不高，无法维持客源，这些问题需要得到解决。以即视互动做的单兵坦克为例，王美健考虑两个痛点，一是联机，其加入了连网功能，两个可以组网闯关；另一个是大空间活动，用户希望玩大地图的游戏，而目前VR跑步机和大范围的空间定位之类的解决方案还没有得到广泛应用。单兵坦克虽然不能传送用户也不是空间定位，但可以让你感觉坦克载着你去闯关。厂商会通过头脑风暴，结合用户痛点等考虑产生一个外设的想法，但这个想法变成现实还需要有内容方的支持。通常他们不会在没有内容合作的情况下把外设的想法先实现出来。而实际上，与内容厂商的合作对一款VR外设的成败至关重要。设备厂商与游戏厂商，谁主导？据王美健介绍，他们做一款产品的过程是：通过头脑风暴产生一个设备的想法，然后将结果拿去跟游戏方谈，看双方是否能擦出火花，最终应该是硬件方和游戏方谈好协议，一起决定做一款产品，你做游戏我做硬件。这种方式并不传统，传统的合作模式有两种，一是先做游戏再请人来做硬件，这在行业重内容轻设备的思想下有很多，大家觉得游戏是牛的而设备方是被动的；另一种是设备方主导，直接给一笔费用请开发者做内容，这种等于是买断了内容，但成本和风险都会由设备方承担。两种模式都是项目制。王美健并不否定传统的模式，但他认为现在应该更多强调双方共同走，形成战略伙伴关系，不是一锤子买卖，也不是空头支票。他们的做法是，首先给对方一个方案，包括各种数据；接着要给一个文字性的保障；第三会在前期给游戏方利益上的保障(支付一笔费用)；后期还会给予比较高的分成。这种合作模式下，双方在风险承担和收益分享上都更加平等。另外，现阶段即视互动并不打算开放SDK，而是进行一对一的单独合作。特效除了运动控制、游戏，要真正让用户沉浸到VR体验中去，还需要制造风、雨、温度的变化，这些被外设厂商称为特效。特效需要结合运动控制平台和游戏场景，例如骑自行车，会有风拂面而来，而且骑得越快风越大，另外上坡的时候应该有更大的骑行阻力。即视互动的做法是在在动感单车前加一个风扇，再通过特效控制器对其进行控制，并且将特效控制器和运动控制器做到一起，将模拟量给到机器。而对于自行车阻尼他们已经有解决方案并将很快加进去。除了环境特效，触感也很重要，王美健表示有在和体感背心合作，让用户在游戏过程中能有触觉的体验。未来发展运动控制并不是一个技术门槛很高的领域，其在工业领域已经有很成熟的应用，但是应用到消费行业还是有许多可以改进的地方。王美健认为其改进空间主要有以下四点：一、从成本角度讲把