《gMenu：虚拟现实系统的用户界面新方案》

### 《gMenu：虚拟现实系统的用户界面新方案》 #### 1. 引言 在当今的科技领域，高质量的3D用户界面和虚拟环境的开发是一项复杂且耗时的工作。目前，3D用户界面的设计和实现还没有公认的标准。虽然在交互技术方面，如选择、导航和寻路等问题已有一些解决方案，但环境和系统控制领域却未得到足够的关注。 每台计算机都需要操作系统来高效利用硬件资源，而用户界面则能增强操作系统的可用性和实用性。现在有一个研究方向是朝着为虚拟环境打造三维操作系统迈进，具体做法是将可定制的菜单系统与虚拟现实框架（如VieGen）相结合，以实现类似于桌面操作系统的常见操作，包括文件浏览、应用程序执行、系统控制（如音频设置）以及环境内的基本对象操作（如缩放、旋转和限制特定轴的移动）。 #### 2. 虚拟现实用户界面 为了制定3D用户界面的标准，需要对现有的3D用户界面进行研究。这些界面是为特定应用设计的，并且随着新需求和问题的出现不断改进。目前已经有很多关于比较和分类这些用户界面的研究，以全面了解一个有用且易用的用户界面的要求。 ##### 2.1 交互技术 3D用户界面有多种交互技术，可帮助用户在环境中导航、选择和操作对象。选择是使用菜单的重要环节，有多种选择方法： - **碰撞检测**：这是最简单的选择方法之一，用户伸手触摸对象来选择它。但如果对象距离较远，这种方法就会变得困难。 - **射线投射选择**：模拟激光指针，可将选择范围扩展到任意距离，解决了远距离选择的问题。 - **遮挡选择**：通过隐藏要选择的对象来实现选择，该方法与用户的眼睛和手的位置相关。 - **眼动追踪选择**：仅使用眼动追踪技术，根据用户的视线进行选择，而无需考虑手的位置。 ##### 2.2 系统和环境控制菜单 3D菜单系统形式多样，包括以下几种类型： |菜单类型|特点| | ---- | ---- | |引入3D环境的2D菜单系统|利用已有的2D图形用户界面，如Windows的图标、菜单和指针（WIMP）系统，这些系统经过多年研究和改进，易于用户使用，只需少量培训。| |相对于环境、用户或对象特定位置的3D菜单|例如工具带菜单会显示在用户腰部周围，手持菜单（如环形菜单）会显示在用户手中。| |特定于虚拟现实系统硬件设备的菜单|像TULIP菜单使用捏合手套，还有可投影到平板电脑等物理对象上的菜单，能提供触觉反馈和视觉效果。| |其他特殊菜单系统|如Spin菜单，专为快速访问设计，使用3D图标；Command and Control Cube用于全息工作台，通过动作或移动来选择菜单项，而非传统的指向和选择方式。| #### 3. gMenu系统 gMenu系统分为三个部分，下面分别介绍其功能和特点。 ##### 3.1 gMenu的构建与配置 每个新菜单由菜单网格构成，网格包含多个菜单项。可以在现有菜单中创建新菜单，实现子菜单功能，子菜单创建时会自动链接回父菜单。在虚拟环境中可以创建多个gMenu，每个gMenu可以对命令进行更好的分组。 gMenu的创建和定制非常灵活，程序员可以使用强大的库来配置菜单的各个方面，用户则可以通过编写简单的XML文件来生成自定义菜单，并将其功能与系统和环境关联起来，XML解析器会将用户创建的菜单引入环境。 gMenu的菜单项有以下几种类型： - **纹理按钮**：具有纹理表面的长方体对象。 - **3D项目**：详细的3D模型对象，而非平面纹理。 - **3D文本字符串**：用于在菜单中显示文本。 每个菜单项都有