虚拟现实中实现人类交互的探索性概述

# 虚拟现实中实现人类交互的探索性概述 ## 1. VR 头显的追踪能力差异 不同的 VR 头显在追踪能力上存在显著差异，以下是对部分 VR 头显追踪能力的对比： | 设备 | 手指追踪 | 眼睛追踪 | 面部追踪 | 音频接口 | | --- | --- | --- | --- | --- | | HP Reverb G2 | 可改装 | × | × | 耳外扬声器和麦克风 | | HP Reverb G2 Omnicept | 可改装 | ✓ | ✓ | 耳外扬声器和麦克风 | | VIVE Cosmos | ✓ | × | × | 耳外扬声器和麦克风 | | VIVE Cosmos Elite | ✓ | × | × | 耳外扬声器和麦克风 | | VIVE Focus 3 | ✓ | × | × | 头带扬声器、3.5mm 接口和麦克风 | | VIVE Pro 2 | ✓ | × | 可改装 | 耳外扬声器和麦克风 | | VIVE Pro Eye | ✓ | ✓ | 可改装 | 耳外扬声器和麦克风 | | Meta Quest 2 | ✓ | × | × | 头带扬声器、3.5mm 接口和麦克风 | | Pico Neo 3 Pro / Link | 可改装 | × | × | 头带扬声器、3.5mm 接口和麦克风 | | Pico Neo 3 Pro Eye | 可改装 | ✓ | × | 头带扬声器、3.5mm 接口和麦克风 | | Pimax Vision 8K X | 可改装 | × | × | 头带扬声器、3.5mm 接口和麦克风 | | StarVR One | 可改装 | ✓ | × | 3.5mm 接口 | | Valve Index | ✓ | × | × | 耳外扬声器、3.5mm 接口和麦克风 | | Varjo Aero | 可改装 | ✓ | × | 3.5mm 接口 | | Varjo XR - 3 | ✓ | ✓ | × | 3.5mm 接口 | | Vrgineers XTAL 3 MR | ✓ | ✓ | × | 头带扬声器和麦克风 | 从这个表格中我们可以看出，不同品牌和型号的 VR 头显在追踪能力上各有特点。例如，VIVE 系列的大部分头显都集成了手指追踪功能，而眼睛追踪和面部追踪功能则只有部分头显支持。 ## 2. VR 头显的技术规格 VR 头显的技术规格包括分辨率、视野（FoV）、刷新率和瞳距（IPD）等参数，这些参数对用户的体验有着重要影响。 ### 2.1 分辨率 分辨率以像素为单位衡量，描述了用户眼前内置显示屏每只眼睛的分辨率。较高的分辨率能呈现更清晰、逼真的图像，而较低的分辨率则会使虚拟环境的感知变得模糊，细节减少。 ### 2.2 视野（FoV） 视野以弧度（°）为单位，描述了用户自然视野被虚拟环境图像填充的程度。较大的视野能提供更逼真的感知，并支持周边视觉感知，有助于在虚拟环境中进行自然的交互；较小的视野可能会迫使用户不自然地转动整个头部。 ### 2.3 刷新率 刷新率以赫兹（Hz）为单位，描述了 VR 头显内部显示屏每秒显示新渲染的虚拟环境视觉图像的次数。较高的刷新率使虚拟环境中的动作和交互更加流畅自然，而较低的刷新率可能会导致画面卡顿。 ### 2.4 瞳距（IPD） 瞳距以毫米（mm）为单位，描述了 VR 头显内置显示屏前镜片中心点之间的距离。如果用户的个人瞳距与 VR 头显的瞳距不匹配，虚拟环境可能会显得模糊。 以下是部分 VR 头显技术规格的对比： | 设备 | 分辨率 | FoV | 刷新率 | IPD | | --- | --- | --- | --- | --- | | HP Reverb G2 (& Omnicept) | 2160 × 2160 | 98° | 90 Hz | 60 - 68 mm | | VIVE Cosmos (& Elite) | 1440 × 1700 | 120° | 90 Hz | 61 - 72 mm | | VIVE Focus 3 | 2448 × 2448 | 116° | 110 Hz | 57 - 72 mm | | VIVE Pro 2 | 2448 × 2448 | 120° | 120 Hz | 57 - 70 mm | | VIVE Pro Eye | 1440 × 1600 | 110° | 90 Hz | 61 - 72 mm | | Meta Quest 2 | 1832 × 1920 | 97° | 90 Hz | 58 - 68 mm | | Pico Neo 3 Pro (& Eye) / Link | 1832 × 1920 | 98° | 90 Hz | 58 - 69 mm | | Pimax Vision 8K X | 3840 × 2160 | 159° | 90 Hz | 60 - 72 mm | | StarVR One | 1830 × 1464 | 174° | 90 Hz | 53 - 77 mm | | Valve Index | 1440 × 1600 | 108° | 144 Hz | 58 - 70 mm | | Varjo Aero | 2880 × 2720 | 102° | 90 Hz | 57 - 73mm | | Varjo XR - 3 | 2880 × 2720 | 115° | 90 Hz | 59 - 71 mm | | Vrgineers XTAL 3 MR | 3840 × 2160 | 180° | 75 Hz | 60 - 76 mm | 从这个表格中我们可以看出，不同的 VR 头显在各项技术规格上各有优劣。例如，Pimax Vision 8K X 和 StarVR One 的视野非常大，而 Valve Index 的刷新率较高。 ## 3. VR 软件应用 ### 3.1 化身（Avatars） 在虚拟环境中，人类的数字表示是化身，它是一个基于追踪数据镜像用户身体部位动作的 3D 模型。不同的软件应用中，化身的 3D 模型设计不同。有些应用的化身由浮动的头部、浮动的躯干和浮动的手组成，而其他应用还会通过逆运动学（IK）自动动画化手臂和颈部。 ### 3.2 移动方式（Locomotion） 用户及其化身在虚拟环境中移动的方式由软件应用提供的移动技术定义。常见的移动方式包括连续移动、传送和静止不动。 ### 3.3 追踪能力 不同的软件应用在处理追踪数据的能力上存在差异。所有被考察的软件应用都支持头部和手部追踪以及音频通信，但在身体追踪、手指追踪、眼睛追踪和面部追踪方面存在差异。 以下是部分 VR 应用在人类交互方面的对比： | 应用 | 身体追踪 | 手指追踪 | 眼睛追踪 | 面部追踪 | 化身