Varjo：VR/XR中的运动平台——用例、优势和项目实施

Varjo：VR/XR中的运动平台——用例、优势和项目实施

运动平台（motion platform）可用于模拟在空间中的物理移动，并有助于创建具有真实感的虚拟现实体验。将虚拟现实技术与运动平台相结合应用的一个众所周知的案例是专业飞行模拟器，但除此之外还有许多其他行业可以从使用运动平台中受益。本文中我们将为大家介绍如何将运动平台与与混合和虚拟现实一起使用，以及采用这种混合技术有什么好处。那么就让我们开始吧。

直升机模拟器中的运动平台，由Loft Dynamics开发，EASA认证的直升机模拟器项目中使用了Varjo混合现实头显和运动平台，以提供更真实的训练体验。

运动平台的种类

可用于虚拟和混合现实的运动平台可细分为不同种类。虽然飞行员训练中使用的飞行模拟器运动平台可能是认知度最高的例子，但运动平台不仅限于飞行员训练。它们还可以用于模拟赛车、专业驾驶模拟器、船舶模拟器以及其他需要传达快速运动感的用例。

运动平台可分为三个自由度（3DoF）或六个自由度（6DoF）。三自由度平台可提供沿三个轴（上下、左右、前后）的运动模拟，而六自由度运动平台还增加了绕这些轴的旋转（如滚动、俯仰、偏航）的运动。

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3DoF平台通常用于模拟赛车和其他类型的驾驶模拟器，因为它们提供三个轴上的运动，这足以模拟汽车的运动和道路上的颠簸，但通常不需要添加旋转。而飞行模拟器则需要六自由度平台来实现旋转和位置移动。

除了可分为三到六个自由度之外，不同型号的运动平台还拥有不同的价位以及复杂程度和质量。根据所需的功能，这些系统的价格也有所不同。例如，价格较低的平台仅支持相当有限的运动，而价格较贵的运动平台则允许用户体验更广泛的运动。

运动平台能有效提高VR和XR的沉浸感和训练效果

在虚拟和混合现实场景中使用运动平台的最大好处是增加了沉浸感。这是因为在没有运动平台的情况下，人通常在虚拟训练场景中四处移动，同时保持身体静止。因此，当受训者的大脑收到这个人正在运动时，他们的身体却没有记录下同样的运动感觉。运动平台为身体提供了运动的感觉，这大大增强了在虚拟现实中训练练习的真实性。使用运动平台进行VR训练的另一个好处就是其能够有效减少VR眩晕症的发作。因为VR眩晕症的发病原因就是由大脑感知身体在运动而身体却没有运动所显现出的差异造成的。

运动平台还通过更准确地反映真实世界的条件来增强模拟的真实性，从而使训练更加有效。这是因为当你身体移动时，你操作控制杆或其他种类的控制面板和仪器的能力将受到运动的影响。例如，当飞行模拟器将受训者身体倾斜时，他们将获得比在总处于水平状态下的模拟器中（不能准确代表真实的飞行条件）更真实的控制飞机的体验。

在VR或XR场景中添加运动平台时需要考虑什么？

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什么样的运动需要运动平台支持？

当向VR或XR场景添加运动平台时，首先要确定的是你要模拟的是什么样的运动。三个自由度就足够吗（三自由度适用于大多数驾驶模拟，六自由度在飞行模拟和海上训练中很常见）？

接下来，您需要确定您需要平台具有什么样的复杂性。例如，使用驾驶模拟器，成本较低的解决方案可能只能为训练增加振动反馈，但如果您还需要位置运动，那么您将需要更复杂的解决方案。类似地，对于飞行模拟，较简单的运动平台将具有更有限的旋转运动角度，而更复杂和昂贵的系统可以支持更复杂的运动，如何选择适合自己的运动平台具体还需要看您的具体需求以及预算。

对空间和便携性有什么要求？

在选择运动平台时除了需要考虑功能性和成本之外还需要考虑需要什么样的便携性，以及场地中的具体物理空间。想要模拟的运动越复杂，原则上运动平台就越重，占用的空间也就越大。

这同样意味着支持非常复杂运动的平台也将变得不太便携，并且很可能需要更大的操作空间。例如，加速和减速模拟，虽然有一些平台可以在一定程度上做到这一点，但它们同时也会占用更多空间。

如何将Varjo VR/XR头显与运动模拟装备集成在一起？

要将Varjo头戴式显示设备与运动平台进行集成，首先需要考虑运动设备的运动趋势，并将其传递给头显设备。对此有两种选择：您可以选择放置于平台外部的跟踪设备或内部集成跟踪设备的运动平台。

平台外跟踪设备

在运动平台之外设置耳机跟踪通常是更简单的选择，因为您可以将基站放置在运动设备之外，当平台移动时，它们可以保持静止。然而，为了准确地将平台的运动考虑在内，以便头显在这种设置下正确地显示事物，需要使用运动补偿。

运动补偿可以通过两种主要方式实现。一种选择是使用外部跟踪器（例如HTC puck追踪器跟踪平台的方向），其可提供平台移动和旋转的信息，之后该信息将被传递给头显以模拟运动中的视觉效果。另一种选择是使用IMU（惯性测量单元）测量运动，然后利用该设备实现运动补偿。IMU是一种惯性传感器，由加速度计、陀螺仪和磁力计组成，可用于测量设备运动中的速度、方向和重力。

从应用程序向头显传递信息通常是通过API完成的。Varjo现在提供第三方跟踪API、SDK中运动补偿插件的示例代码以及关于如何开发运动补偿插件的指南手册。

平台内置的跟踪功能

第二个选项仅在某些运动平台上可用。更先进的运动平台可以精确地跟踪自身运动，并将数据传递给应用程序，应用程序再将数据传递给头显以实现视觉与运动同步。

在这种情况下，通常不需要单独的运动补偿设备，因为跟踪器与平台和耳机一起物理移动。一些运动平台中拥有内置IMU。通过这种设置，运动数据将直接从平台传输到应用程序。Varjo为运动平台的应用和系统开发人员提供了本地SDK中的示例插件以帮助其更好的进行开发。

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