同一真實空間中多人VR行走難以實現

虛擬現實，又稱虛擬技術，它利用電腦模擬產生一個三維空間的虛擬世界， 用戶可以即時地觀察虛擬空間內的事物。用戶進行位置移動時，電腦可以立即進行復雜的運算，將精確的虛擬世界視頻傳回產生臨場感。沉浸式行走是其中一個重要的研究方向，即研究如何提高用戶在虛擬現實系統中行走的真實感。

通常情況下，由于虛擬空間和現實空間的幾何形狀的不匹配，雖然虛擬空間范圍很大，但是實際空間范圍比較小，而且多名用戶在同一空間時，存在互相碰撞的危險。之前的解決方法有通過聯網使用戶處于同一虛擬空間，但是用戶實際上在不同房間中；或者是讓多用戶作為一個整體合作行動避免碰撞，實際上可以看作一個用戶。實現在同一真實空間中的多用戶行走的方法是行業研究的熱點。

GCL針對行業難題提出重定向光滑映射方法

對于現實、虛擬空間不匹配的問題，目前主要有兩種方法。第一種是重定向方法（RDW），基于視覺是調控人體運動的主要因素這一事實，在不引入用戶察覺的前提下在虛擬空間和現實空間之間引入細微差別。但是此方法只能用于單用戶。

第二種是光滑映射方法（SAM）。建立從虛擬場景到真實場景的映射。由于通常這個映射不是單位映射，映射后的虛擬場景會有較大扭曲。SMA方法通過建立有關衡量扭曲大小的能量函數以及有關的約束條件，利用最優化算法求解該優化問題，從而得到扭曲較小的從虛擬場景到現實場景的映射。該方法的優點是用戶可以在場景中不中斷地進行漫游，缺點是視覺扭曲嚴重降低用戶的行走體驗。

基于以上兩種方法各自的優缺點，中科大劉利剛老師團隊提出重定向光滑映射方法（REM），融合了重定向方法和光滑映射方法，利用重定向的方法輔助光滑映射生成更低扭曲、更直路線的映射。REM方法目標是建立一個映射 f :虛擬空間SV→真實空間SR，把SV中每個點（u，v）映射到SR中的（x，y）。首先把SV分解成k個區塊，每個區塊單獨映射。然后把映射 f 分解成兩個部分。首先，建立一個中間的預計算的工作空間 SP，并且計算一個中間映射 g : SV → SP。之后對 SP施加RDW，表示為 h : SP → SR。

為了解決用戶之間存在互相碰撞風險的問題，劉老師團隊設計了一種利用“虛擬化身（avatars）“的方法。當兩個用戶有碰撞風險時，系統在其中一個用戶的行走路線前方生成一個動態化身，作為指示物提示用戶遠離化身，進而避免用戶間發生碰撞。

NOKOV提供多用戶高精度定位解決方案

中科大的多用戶虛擬空間行走&交互實驗中使用了12個NOKOV Mars 2H紅外光學動作捕捉相機（圖中藍色點），用來捕捉10m*10m（實際移動空間）的場地范圍（虛擬移動空間大小為64m*33m）。房間中放置一根鋼柱作為空間內部障礙物。使用者頭上放置3個marker點，三個點的平均位置作為用戶在三維空間中的位置。

用戶在 SV 中的位置叫做虛擬位置，在 f(SV) 中的位置叫做真實位置(NOKOV紅外光學動作捕捉相機獲得（圖中藍色線)，在 g(SV) 中的位置叫做重定向位置，用戶相當于被 g(SV) 用RDW方法重定向到 f(SV)。在真實行走的過程中，NOKOV動作捕捉系統追蹤到用戶的真實位置 x，然后利用動態反向映射來得到虛擬位置 y =f^(-1)(x)。利用映射g把虛擬位置 y 映射到重定向位置 z = g(y) = g(f^(-1)(x))，也就是HMD頭盔中所渲染的位置。

對于避免碰撞的“虛擬化身“算法，需要確定空間中兩個用戶的相對位置和重定向的位置。通過NOKOV動作捕捉設備定位到A、B兩個用戶在實際空間中的位置很接近，但是重定向的位置g（SV）距離很遠，雙方不能通過HMD看到對方。此時在用戶B身邊出現化身并且對B可見，B需要遠離化身，以此避免與A發生碰撞。

除了中科大，NOKOV度量科技還與清華大學車輛與運載學院、中視典數字科技有限公司等多家國內高校及行業一流公司在虛擬現實方向開展深度合作。