活在盒子中，也能走出一个世界 「无限行走背后的故事」

活在盒子中，也能走出一个世界「无限行走背后的故事」

LAC STUDIO 2020-01-24

文中素材已得到原作者授权，如需转载请联系我们

转载改编自公众号：位形空间

概要：混合现实时代的到来，允许我们（「位形空间」项目开发者们）重新定义我们认知的世界，以及与环境的交互方式。如果有一天，一个人告诉你说：“我能做到让你带上VR眼镜后自由行走，并且走得很远，只用你的双脚，便走出一个世界，而你，却从未走出你所在的实际的空间边界！”请不要忽视他这样的斗胆，因为，这正在成为现实。如果这引起了你的兴趣，请跟随我的描述与引导，一步步揭开它神秘的面纱。

移动与感知

微信运动，似乎正在成为互联网时代向别人揭示你的社交状态与生活丰富度的重要参考标准之一。如果你的微信步数停留在两位数字，那多半证明你的一天所见即为你的一亩三分地。而那些日行万步的人们，多半会给人一种忙碌或者旅行者的感觉。

使用微信运动为例，并不是为了让数字成为判断一个人的证明标准，而是为了引出以下的探讨，即实际行走和交互之间的关系。

那些每天都奔走往返于现实世界的各个角落的人，通过行走，到达每一个目的地，在停停走走中去动态地感受环境和所见之物带来的种种情绪，并与周遭的环境与人进行交互。而那些把互联网作为获取外界信息的主要媒介的人，他们与环境的交互，与那些在行走中亲历的人，是完全不同的。在这里，我们姑且把这两种交互区分为近距离交互与远程交互。

现如今，VR/AR早已经不是什么稀奇的事情，经过几年的发展，二者之间的界限早已不再那么泾渭分明，所以现在更多，是一种混合现实（MR）的状态。在MR的语境下，人与环境的交互内容与交互方式被提升到了一个新的层面，一种拟真现实，又超越现实的Hyper Real的层面。而在这里不变的，是还原自然的感知和探索空间的移动方式。

你可以让我接受一种全新的UI界面，你可以让我和空气说话，你也可以让我的世界崩塌，可你不能剥夺我自由行走的权利。

虚拟空间移动行走那些事

设计汪的我们一定对 Sketchup、Rhino、Maya、3D Max 这类建模软件毫不陌生，或爱不释手，或痛彻心扉。在MR出现之前的假3D游览时代，我们只能通过2D的屏幕来拟三维地游览我们创建的三维空间。而我们在这些空间中观看和移动的方式，则是配合着ctrl、shift加鼠标左右键滚轮的方式进行的。这种用摄像机的视角去替我们感知空间的模拟固然也可以达到我们想要的设计结果，但见过效果图并且真实走在建成后的实际空间中小伙伴们应该会深刻体会到，建模过程中推敲的尺度感，与实际建成的尺度之间，很多时候是相差巨大的，移动过程中去体验，与站在原地四周观看，透视的静止与变化所带来的感官上的差别，也是巨大的。而虚拟现实（VR）的出现，无疑给空间环视与漫游提供了一种真实还原的视角。那么人眼进入空间环视漫游的接口有了，如何在空间中移动和行走呢？

方案一：

在虚拟现实的早期时代，还没有成熟的空间定位技术的时候，人们只能通过原地看向某个目的地，或使用手柄控制器点按的方式去瞬间传送到具体的某个位置。这里我们称之为瞬移。这种方式可以类比电影剪辑中的片段拼接手法，蒙太奇般地将众多片段拼凑为一副完整的空间体验。这种切镜头的方式，能实现最基本的全局观看与呈现，但让我相信这很真实，从交互性上看，抱歉，我不信。

方案二：

与瞬移的方式处于同一时期的，当属虚拟连续移动了。它的意思是，用户在虚拟空间中连续地移动，而在现实空间中始终处于静止状态。这种移动方式可以说是非常戏剧性的一种。因为，当它使用在正确的场景中时，是比较得体和自然的。比如对于虚拟过山车，人的身体在现实过山车体验中就是坐姿且静止的，那么在虚拟环境里，镜头自动跟着过山车前进，加速，这种感觉就很拟真，并且能通过视觉反馈真的带来一定的失重感！

而当这种虚拟连续移动用来模拟人的走动，那就会变得很糟糕。短时间体验还好，稍微长时间一点，则会眩晕到想吐。产生这种情况的原因在于你知道自己的身体没有动，而虚拟空间中却并非静止，这种视觉和身体状态的反差会使大脑无法正确判断，从而导致不舒适的感觉。但不管怎么说，这种移动方式，总算在原地环视的基础上，让视觉移动了起来。

方案三：

一种类跑步机的机械平面可以让人在这个平面传送带上来回随意移动，甚至小跑，它可以在体验者戴上眼镜之后同时接管脚部的运动感觉。终于，真实的身体移动和虚拟空间中的视觉同步了起来！并且人们可以真的走到每一个可以互动的节点处与其近距离交互。这的确是一个不错的进步。

然而，这种机械装置的传感器并不能那么高精度的实时反馈，并且它做不到急停，突然的跑跳等大幅度动作，并且出于安全考虑，还在腰部高度设置了安全固定措施，这给人的感觉就是医院中行走康复训练的辅助设备，而且这种设备造价不低，价格与体积成正比，多人同场景互动的兼容性也没有（比如甲乙方同场景解读设计）。

方案四：

空间定位技术的出现，终于可以使体验者摆脱这些繁重的硬件装置，真的在一定范围内走起来。所谓的在一定范围内，是有两层限制的。

首先，由于硬件自身的限制，只能覆盖有限的可移动范围（比如5mx5m）。

基于HTC Vive 的Light house空间定位器的可活动范围

其次，即使在如今模块化大空间定位技术日趋成熟的状态下，由于铺设面积与成本的正相关的限制，以及本身可供使用的场地的大小限制，也无法做到无限铺展可供在虚拟世界里移动的范围。这从建筑中对容积率和各种面积计算中的斤斤计较中，也可看出在实际空间中面积是多么宝贵！

可以说，在有限空间内进行有限范围的自然移动交互，利用现在的空间定位技术，是做到了的。换句话说，这种移动方案，可以做到完全1:1还原虚拟空间与实际空间的大小关系，在这个空间中你可以随意走动，甚至可以在实际空间中建造与虚拟物件一模一样的模型，并同步它与虚拟物件位置的关系，用这样的方法增强体验者的身体感觉。

但是，你可能会想到，是的，它可以还原一个Room Scale的场景，可是，当你想要离开这个房间时，很多场景设置下是做不到的，或者依然需要借助瞬移或者切场景的方式来做到，这就像是，演员正在入神地拍戏，导演一声令下：“咔！来我们换场地拍摄下一个场景！”演员们不得不重新跳出虚拟世界，重新整理情绪，去进入下一个环节。VR中也是如此。当体验者正在虚拟世界中感官完全被激活，突然一个UI弹出告诉他们：“请点击继续以进入下一个场景。”这是多么令人沮丧的设定！

那么当我们想真实还原一个World Scale的场景，却只有Room Scale的实际空间，又想保留不间断自由行走的能力时，开篇讲到的那种不需要离开一亩三分地就可以连续不间断地与一个可以无限大的世界进行真实交互的状态，到底是怎么做到的？它的意义和潜力何在？在微信步数所反映的人们与世界的交互方式里，到底如何借助虚拟媒介来让人们感觉即使是在一个盒子空间中，也有真的走出一个世界的感觉？

九龙寨城的极限生存空间

（Available at: http://www.thisiscolossal.com/2014/11/an-illustrated-cross-section-of-hong-kongs-infamous-kowloon-walled-city/ [Accessed 28 Jul. 2017].）

类比人通过有限体积的手机感知周围的世界的现实状况，这就是接下来的话题，即，在实际空间越来越有限的社会语境下，如何通过感官层面的研究成果，借助混合现实技术，来让人们在有限的空间中也感觉像是真的走在一个远大于实际空间的环境中，甚至足不出户就以为走遍一个世界？

有限空间内创造无限可行走范围

这是一个骗术，来自于人如何被自己大脑欺骗的骗术。

毕业于UCL巴特莱特建筑学院的交互建筑研究方向的三个人，根据已有的理论研究和认知事实，开发出了一套通过误导人移动过程中的视觉参考，而保持他们在有限的空间内移动，却让他们错以为走了很远的算法。

行动中的参考误差

这一套算法的理论，来源于人脑对参考物、方向感以及定位的天然误差。

有一个事实是，人在没有固定参考物的情况下，是会倾向于向左（右）偏转的，最明显的例子便是当探险者想从沙漠或森林中走出去时，如果没有指南针的辅助，很大几率会绕回道原点附近，而自己却认为明明是朝着一个方向走。

另一个小实验是，当你闭上眼睛，原地踏步一分钟，并不断告诉自己的身体保持最初的位置和朝向，可当睁开眼时，往往会发现已经偏离初始位置与朝向，并且踏步幅度越大，这种偏离便会体现的越明显。

行走误导通用原理

这便是一点点的认知偏差的累加所形成的蝴蝶效应。而这，便是如题研究的基础。

VR头显作为一种全景实时的呈现设备，当人们佩戴上它时，视觉与听觉便处于被接管的状态，它所呈现的虚拟画面，相当于虚拟场景设计师脑中所想，直接跳过体验者的视觉与大脑相连，这种体验便像是闭眼原地踏步时，脑海里去尝试可视化一个参考物在眼前并努力保持和它之间相对应的空间位置关系。而这种虚拟空间中所呈现的场景，与实际移动路径和方向之间的微小偏差，便是我们重新定义和设计的核心所在。

学术一点的说，我们就是将给定的实际空间的每个坐标点提取，根据一套数学映射模型重新映射成一套新的极坐标系，新生成的极坐标系作为虚拟空间的基准坐标系平面，去允许设计者根据给定的可行走虚拟地图范围，去自由的搭建空间隔断和设置体验路径。

空间重映射与类型组合

简单的说，就是我们现在使用了4x8米的空间，让体验者在其中按照图中的路径来回穿越，左右分为两个AB单元，体验者实际上只走过ABAB空间，而虚拟空间中他会以为自己经过了ABCD不同的空间，并且可以延续的空间数量是没有上限的，所以实际上可以设计无穷多个不同的空间给体验者进行交互和连续切换。

4x8m盒子中的无限世界

现实（蓝）与虚拟（红）路径对应关系

细心的你可能会注意到，从展示的移动路径看起来，像是一个无限循环的八字型轨迹。它是算法运作的一部分，但这里要强调的是，体验者的路径，并不是一条线型的单调路径。而是一个覆盖整个实际空间的，可以360度方向自由行走的关系，并且每经过一个空间，体验者均可以有两种路径选择，因此每次体验的路径、最终引向的空间，都将会有所不同。

目前因为使用的实际空间尺寸每个单元为4m x 4m，因而可行走的宽度范围比较窄，因而尺度上更像是通道的宽度，而非一个好用的房间宽度。而当使用的实际空间尺寸增大，比如达到10m x 10m的尺寸，那么空间内可以利用的面宽则会达到5m以上，这样在空间中设置不同方向上的隔断将会更加自由，导致体验者的行动路径也可以变得更丰富多变。这个时候空间功能的概念和尺度便可以引入到虚拟空间设计当中，沉浸感会大大提升。

虚拟空间路径延伸

现在众多大空间定位方案已经在发力，并且已经有比较成熟的方案可以做到上千平方米的覆盖范围，我们的算法和他们相结合，便可以大大提升虚拟空间中行走交互的自由度，并且用户将更难察觉自己在走曲线的事实。

此外，之所以称之为混合现实，是因为我们的算法还提供触感匹配。我们的算法是根据实际空间的形状和位置一一对应匹配并生成虚拟空间的，因而我们可以在需要的地方，建造虚拟空间中用户需要触摸的物件的真实模型，放置到对应的实际位置中。

基于虚拟触觉的物理建造与匹配

设计上的启示

我们的目标，是设立一套全新的混合现实体验内容设计的方式与标准，在前期策划进行的故事情节和空间设计部分，按照算法特定的一些规则去设计地图，与体验的顺序，再根据这套地图去构建整个三维世界，它可以是密室逃脱空间序列，可以是展览空间，也可以是电影情节在空间上的推进，这一切都可以套用这套算法与标准去定制，在完成整部作品后，呈现给市场的，消费者的，便是一个情节可拓展性极强的允许二次创作的作品。甚至后期想要在体验中加入更多空间，也不需要增加实际空间的需求，因而在内容设计方面的弹性是可以无穷无尽的。这也就是我们说的，走出一个世界的概念。

以下是我们在研究过程中自己做过的虚拟场景的截图，只是冰山一角，但都是根据4x8米的空间重新映射而生成并拓展的空间，体验者可以在这些空间中自由行走，只要是没有遮挡的地方都是可以真实到达的。这其中有展览类（Demo 1），逃脱类（Demo 2），以及全体感躲避游戏（Demo 3）。

Demo 1 无限展厅

Demo 2 逃离现实

Demo 3 全体感躲避闯关

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然而我们做这些场景的目的，在于探索算法匹配与设计空间的可能性，从而从内容、空间设计者的角度去换位思考他们会如何使用我们的算法来达到他们的设计目标。

我们希望通过这样的在Room Scale的现实场景下还原World Scale的设计解决方案，去给虚拟体验内容的设计者更大的设计自由度，这套算法理论上可以允许设计者使用可用的有限实际空间作为一个空间单元，设计出无限倍大小的虚拟空间，并且每个空间都是体验者可以通过实际行走到达的，而不借助以上提到的额外的移动手段。因而，设计师的限制，不再是实际场地限制，而是转化为故事线、体验时长、世界观这样内容设计层面的问题，更加回归虚拟内容创作的本质。

对消费者来说，在不增加空间使用成本的条件下，因为设计师的创作可能性被极大的拓展，混合现实的沉浸感也进一步提升，因而消费者能体验的内容质量和丰富度，都会是一个跃升，这将使混合现实更加深入人心，对整个行业发展都极为有利。

应用前景

目前我们看到的比较好的匹配领域在于，房地产，培训，展览，主题游戏等，只要是有大空间交互需求的，理论上都可以使用我们这套算法。

用展览举例，当某艺术馆需要展出100件大型艺术品时，它需要3000平方米的实际空间去展示这些展品。若做成VR体验，如果不采用原地转换场景的方式做空间切换，那么它可能只能在给定的比如说10x10米范围内用VR展出10件展品。而使用了我们的空间压缩算法相当于可以同样只用这10x10的空间设计出3000平方米的虚拟空间，去展示全部100件展品，并允许用户实际走到每个空间中去近距离观赏。这一切，都是为了还原用户真实的行走交互方式。

再比如电影叙事中，我们可以做到让用户像沉浸式话剧一样，真实的穿越电影中的每个场景，去连续动态地在行走中观赏故事线的发展，让他们真的有参与其中的感觉。

在早些年的一部叫做《赎罪》（英文名《Atonement》）中，有一段电影史上比较经典的拍摄桥段，那是一段拍摄于沙滩上的长达5分钟的单场景连续拍摄镜头，记录了男主角沿着海岸线，在连续行走和观察中近距离体验到战争的残酷与造成的精神上的绝望。

《Atonement》中行走中观察战争场面中的种种细节

电影中的处理手法是通过移动+切镜头的方式来完成五分钟的拍摄，去表达一个完整的行走中体会战争细节的主题并呈现给观众。

那么在混合现实的语境下，结合这套算法与内容设计者合作，这种体验的过程也可以真实还原并允许观众在这样的空间中真正以主人公的视角，不借助摄像机技巧，真实连续不间断地走完全程。这将给混合现实语境下的电影故事呈现方式提供新的表达思路。

其他领域在这里先不做更多描述，更多脑洞还是要由内容设计者去发掘。

初心与坚持

这是一个不缺乏创意的时代，然而我们（项目开发者们）相信，凭借个体的力量，永远难以解决一个时代所面临的痛点，所以我们希望利用这样针对人如何感知空间的研究，与开发出来的算法，来为所有存在于个体中的创意，提供释放它们的平台与媒介，与其直接用有限的创意去生产内容与消费者对接，不如服务于创意工作者，从多点铺洒创意，那么创意传播和内容制作品质，将会更快对市场进行覆盖，让人在保留真实行走的感觉的同时，不需要和虚拟空间一样大的空间，便可以体验到很丰富的虚拟交互体验。

从切入点来说，在我们看来，我们的空间放大算法更倾向于是从空间与交互层面去理解问题，而不像混合现实领域主力军那样更多是从硬件技术和渲染效果上去集体发力。

但也必须说，我们的思路和切入点与主力军并不是对立与竞争的关系，而是相辅相成，因为硬件技术的发展以及空间定位算法的优化会使大空间定位解决方案日趋稳定与成熟，造价也会越来越低，而渲染技术的提升，不论是走艺术化风格还是真实向风格，都会极大提升体验者在自由行走过程中视觉呈现的美观度与震撼力，从而提升沉浸感。

因而在多方共同发力合作的情况下，MR所能呈现给体验者的状态才能避免消费者对其市场的整体偏见以及将它定位为“快餐”消费品。

最后我们欢迎所有对空间、混合现实以及我们感兴趣的朋友关注并通过我们的公共号「位形空间」联系我们，有你们的参与和讨论，才有我们的精进与改良。

梦的起点

有意思的是，「位形空间」项目创始人有三位曾是UCL巴特莱特建筑学院交互建筑研究方向的第一批学生。这场空间和MR革命的起点也许就在UCL巴特莱特建筑学院。

建筑+交互=新趋势！

UCL从去年开始开设 Design for Performance and Interaction MArch，今年是第二批。UCL也是目前极少数开设此课程的学府。

UCL相信，我们能为表演创造空间，并在其中创造表演，有限的空间其实可以无限伸展，当我们的设计突破三维进入四维空间，全新的理念将带来革命性的运用。

你将从表演艺术、数字媒体、空间互动、人类学、社会学、控制论、认知神经科学和美学等跨学科理论中，重新探索交互建筑设计的原理和技巧。课程旨在为创造力提供最广泛的空间，使学生能够找到自己独特的设计远景，强调原型设计，从交互式对象到舞台活动和性能体系结构。

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