Leap Motion关于VR手势操控的研究报告（第二部分）

一个月前，外媒曾介绍了一项Leap Motion关于VR系统中的单手手势操控的研究，并介绍到了研发过程和几种可能性，青亭网也曾进行报道《Leap Motion剧透：正研究用于AR/VR的单手操控方案》。近日，外媒再次分享了关于单手手势操作的后续设计方案，以及部分实践演示。

本文结合了Leap Motion两位VR互动以及设计工程师Barrett Fox和Martin Schubert的分享。

上次分享结束后我们认为，研究中的几种单手手势操控系统方法简单、稳定性高。本次专门在真实体验环境下进行测试，它的效果如何呢？

以下是讨论出的几种潜在应用场景：

1，抽象化操作：我们在绘图应用中，可以实现撤销、重做、放大、缩小等操作；2，文本操作：如果用左手拿起物体，右手触发手势系统，可以执行复制、删除等操作；3，工具调整/切换：例如在绘图应用中，你的同一只手既可以手握画笔，同时又可以通过快捷手势调整壁画粗细等；4，工具/模式切换：例如绘图应用中，每只手都可以进行画笔、橡皮擦等工具的切换。

模式切换和捏合交互

我们一直在思考关于“捏合”的交互，正如我们在上一篇文章中讲到的，这是一个非常强大的手势交互，原因在于：1，这是大多数人熟悉的手势，并以最小的学习成本让新手快速上手；2，该交互方案简单且节省体力，只需拇指和食指，以及部分手腕手肘的动作，适合高频交互场景；3，食指和拇指交互具有明确的反馈，因为物理能接触感受到。

不过，“捏合”的出发方式也有一定缺点，因为会存在误触发现象，并且比较明显。因此，再设计一个快捷简单的系统来启动/关闭/切换这套“捏合”系统就显得十分有必要的。而Leap Motion又开发出一套涅力（Pinch Powers）系统来测试测试这套快接手势方案。

捏力（Pinch Powers）系统

我们设计了三种必要的功能，让其中一个方向的快捷手势直接关闭这套单手操控系统，并通过自由的手来进行常规操作，测试系统能否正常工作。我们希望创造出更有趣的单手操控模式，同时也可以结合双手组合，让每只手都可以独立进行模式切换。

1，投掷模式（飞机手）

我们通过捏合动作最常见的就是投掷，通过现实世界中的灵感，我们发现投掷纸飞机是一个非常有代表性的动作。通过握住纸、移动、再到释放三个步骤即可完成，我们可计算出你再释放飞机前的一些帧数的平均速度，并将其作为发射速度回馈到系统中。

不过，握住纸飞机时我们手掌往往朝上，因此会和第一种手势产生冲突。为了避免系统出现故障，我们调整了系统阈值，以防止避免意外。

为了重新创造纸飞机的空气动力学，我们使用两种不同的力量方案。第一种方案由平面当前速度决定，意味着有更快的投掷会产生更强的提升力；另一种力量采用当前速度＋扭矩力，这可以实现连续性的投篮动作，也可以修虚拟飞机的飞行轨迹。

在空气动作学的作用下， 及时投掷角度和方向的微小变化也会产生各种各样的平面轨迹，飞机会呈现出不同的弧度和弯曲路径。

在测试中我们发现，这些富有表现的投掷动作，用户经常将他们的手掌旋转或改变姿势，这会无意中触发快捷手势系统。为了解决这个问题，我们在捏合时直接暂时关闭了快捷手势系统。

除了这些针对手掌方向的系统冲突外，我们还在测试一些其它的方案，以减少意外状况出现。我们尝试将在用户尝试启用缩放点（手指捏合区域）时，直接向用户发送信号，再加上指尖发光提醒、指尖力度声音反馈等信号，似乎有助于帮助用户减少意外情况发生。

同时在虚拟飞机出现时增加一个缩放动画和时间延迟动作，如果用户在飞机完全放大之前松手，则飞机机会缩小并消失，这也意味着短暂的、无意之中的捏合操作并不会真正弹出虚拟飞机。

2，弹弓模式（弹弓手）

另外我们尝试了捏合、拉伸、释放结合的动作，在触屏手机中我们找到了一个十分契合的游戏：《愤怒的小鸟》，近期我们又在《The Lab：Slingshot》适配了三维操作。

虚拟弹弓具有很强的物理回馈感，在听到弹性吱吱声拉伸弹弓，从而让人感觉到这是一个带有威力的弹射。由于我们可以在立体空间中的任何地方捏住并拉伸，因此我们设计了一个小巧的可伸缩弹弓系统。

在捏合时弹弓自然出现同时伴随一个虚拟弓箭，并自动扣住弓弦，在立体空间中我们可以进行各个角度的调整，弓箭拉伸越长，释放出的速度也就越大，射出距离越远。同时我们也发现，用户在使用弹弓模式时也会存在手掌方向向内误触发第一种手势的情况，因此依旧将其暂时禁用。

为了最大限度减少意外情况，我们同样的在弓箭出现之前加入了一个动画和动作延迟。不过它和上面投掷模式不同的时，他并非基于捏合时间而判断，而是根据捏合后移动的距离，只有距离达到设定值时才会产生新的弓箭，否则依然不会。

3，时间模式（时间手）

对于最后一个模式，我们最初的考虑捏合旋转作为控制时间的方式，我们可以通过捏合生成一个时钟，通过旋转转动时针，向下或向后调整刻度。然而在实际测试中发现，这种捏合＋旋转的方式并不舒适，且运动范围很小。

由于在很小的范围内调整没有多大价值，因此我们决定简单的将其设置为开关，为此我们还用将拇指和食指间的弹力触发球改为可以旋转的时钟。正常速度下，时钟走的速度非常快，长指针每秒旋转一圈。而在捏合后速度变慢到正常速度的1/3，且时钟改变颜色，长指针每分钟旋转一圈。再次握住时钟则会恢复正常速度。

双手融合后的模式和玩法

由于每只手都可以独立改变模式，因此快速混合和匹配双手，也可以扩展出更有趣的玩法。

1，双飞机手

通过在双手上都配备此功能，你可以同时飞出两个弧线基本类似的飞机。

2，自由的手和时间手组合

你可以通过一只手将时间减速，用另一只手轻拍飞机或抓住飞机。

3，弹弓手和时间手组合

你可以通过一只手将时间减速，用另一只手中的弓箭射击它们。

4，双时间手

你可以利用双手的时间能力进行叠加，例如将时间减慢到正常的1/9。

5，双弹弓手

在双手装备弓箭的玩法会很有趣，甚至这也是今天很多VR游戏的中设置双武器的一个方式，其充分利用了6DoF输入的特性，例如左手捏合时出现稍大的弓，右手捏合时会弹出一个带蓝色火焰的箭头。

用户也可以透过2个指点来瞄准箭头，从而实现更好的控制和准确性。

值得注意的是，双弹弓手模式最初要求用户用右手去拉动弓弦并弹出弓箭，然后才能发射。然后我们将其调整为捏住任何地方直接弹出弓箭并自动上弦，然后松手直接发射即可，这样可以直接减少疲劳感，提升发生速度（速度堪比点击鼠标）。

界面优化

当用户使用这些强大的手势快捷系统时，我们也注意到用户在一开始就遇到了一些问题。如果再用户戴上VR头显后才启动手势系统，那么很快就会被当中的声音和动画覆盖。

为了让用户更轻松的融入这一系统，我们添加了一些介绍动画，让用户将双手放在圆形能量仪器中，从没有功能的双手，到手背方形弹力球（第一期介绍的功能）被激活，再到可以使用弹弓手、时间手灯模式切换，可以看作是一个教程。

另一个问题是我们之前预测到的，用户会用一只手去点击另一只手背上能量块，或在圆形能量仪上做推、抓等动作，这会影响正常的操作，因此这种交互方式还需进行改进。

我们决定采用一种新的操控方式：直接用手去开启/关闭另一只手的弹力球（第一期介绍的功能），这使得整个快捷系统以及任何互相影响的操作都可以随时关闭/开启，基本上不会再影响任何功能的激活。当我们再次点击手背的弹力球时会自动恢复到上次使用的模式下。

把所有快捷手势融合在一起

在实践中，这三种功能和快捷手势的切换已经非常清晰且易用，例如我们在扔出白色纸飞机后可以利用弓箭射中它们改变它们的颜色。

用带火焰的弓箭射击白色纸飞机，以此来烧毁它。

甚至用带火焰的弓箭射击变色的纸飞机，让其以特色的颜色进行燃烧，并且会伴随着特定的明亮燃烧动画等等。

好了，以上就是本次青亭网为大家带来的Leap Motion关于VR手势操控研究第二部分。据了解，以上所讲到的这些已经适配了HTC Vive和Oculus Rift，感兴趣的朋友可以到官网下载执行文件体验。