VR在交互影视与游戏领域的应用综述

张婷婷,田丰,2,吕炜,王轶华,黄超

(1.上海大学上海电影学院,上海 200072;

2.上海大学上海电影特效工程技术研究中心,上海 200072;

3.上海航天信息研究所,上海 201109;

4.国家电网上海市电力公司市北供电公司人力资源部,上海 200072)

VR在交互影视与游戏领域的应用综述

张婷婷1,田丰1,2,吕炜3,王轶华4,黄超1

(1.上海大学上海电影学院,上海 200072;

2.上海大学上海电影特效工程技术研究中心,上海 200072;

3.上海航天信息研究所,上海 201109;

4.国家电网上海市电力公司市北供电公司人力资源部,上海 200072)

虚拟现实(virtual reality,VR)是近年来应用于交互影视和游戏领域中的重要技术. VR以其特有的沉浸感、交互性和构想性革新了影视游戏领域,并显著提升了用户的体验效果.概括归纳了VR在影视游戏领域的前沿应用,包括电影短片、纪录片、宣传片、娱乐游戏、教学应用、医疗和心理学交互应用等.按交互等级可以将它们分为全景交互、剧情交互和完全交互.对VR交互内容面临的瓶颈以及VR技术尚有的缺陷进行了分析,包括VR电影存在的瓶颈、当前VR游戏及VR设备存在的问题等.最后展望了VR技术未来的发展方向.

虚拟现实;沉浸式VR;交互影视艺术;交互游戏;交互级叙事

Key words：virtual reality(VR);immersive VR;interactive film art;interactive game; interactive narration

虚拟现实(virtual reality,VR)是近年来迅速发展的热点技术.沉浸式VR是VR领域的一个子领域.沉浸式VR使用户能够实际参与到由计算机创造的虚拟世界中去,通过使用交互设备让人们体验身临其境的效果[1].近几十年来,VR技术获得了突破性的发展,20世纪80年代,沉浸式VR技术开始影响人类生活和生产实践,2014年Facebook收购Oculus VR后引发了科技和产业界对VR的兴趣.2016年被称为沉浸式VR元年,各公司竞相参与其中,掀起了一股商业化浪潮.

目前,VR已在各行业获得了初步应用.在VR迅速发展的背景下,传统的影视游戏行业也开始将沉浸式VR技术应用其中.在众多影视游戏领域中,沉浸式VR已经成为大众关注的热点,不管是VR电影节、游戏发布会等大型活动,还是游戏开发商、游戏玩家等人群纷纷加入到VR的浪潮中.而且,不单单在游戏娱乐产业,沉浸式VR以其特有的沉浸感、交互性和构想性而广泛应用于各个领域,包括工业[2-4]、航空航天[5-7]、教育[8-12]、医疗[13-16]、心理学[17-18]、艺术[19]、运动[20-21]等.

交互影视是融合了影视表现效果和游戏自由度的新的影视表现形式.交互影视和游戏按交互等级可以分为全景交互、剧情交互和完全交互.全景交互是指参与者可以360◦转换视角来观察虚拟环境.剧情交互是指参与者不仅与虚拟环境发生全景交互,还可以参与到剧情的发展中,引起剧情的变化.按剧情交互的程度又可以分为简单剧情交互和大量剧情交互.全景交互是指参与者作为故事的掌控者,能够决定故事的发展和结局.

本工作讨论了沉浸式VR在交互影视游戏领域中的前沿应用,概括归纳为电影短片、纪录片、宣传片、娱乐游戏、教育应用、医疗和心理学交互应用等.最后,对VR在交互影视领域尚有的不足进行了分析,并展望了未来的发展方向.

1 沉浸式VR影视与游戏的特征

目前,VR电影和游戏已经开始逐渐融合.许多新媒体名词来自VR内容,如全景电影、VR电影、沉浸式电影、沉浸式游戏、VR游戏等.当用户面对这些内容时,必须先要对它们进行区分.

VR影视与游戏的区别在于,传统电影将观众置于客体地位,而传统游戏将观众置于主体地位,处于客体的观众通过“观看”来获得信息,处于主体的玩家通过人机交互的形式来获得乐趣和信息[22],并且传统游戏都带有一定的冲突或目标,如没有,就会被推至“非游戏”的边缘[23].沉浸式VR游戏沿袭了传统游戏的特点,增强了沉浸感和交互性,这种交互是大量剧情上的交互或完全交互.VR电影相比于传统电影虽然增加了沉浸感和交互功能,但这种交互只是简单的全景交互或剧情交互,观众始终还是作为旁观者.

VR影视与游戏也具有一定的联系,VR影视像一部电影的游戏化,虽然二者有上述种种区别,但由于VR呈现的是一种半互动的叙事体验,基于VR技术的影视和游戏正在向这种半互动形式转化.VR中的场景是360◦的,具有交互性和故事情节,因此VR影视和游戏可以看作同一种内容的呈现,融合也是理所当然的.

2 VR在影视领域中的应用

电影是反映现实而又高于现实的一种艺术形式.而VR影视是将虚拟现实技术应用于影视传播的新媒体形式,它可以创建出比传统影视更加拟真的环境,利用沉浸感使观众深陷于交互影视内容中.一般来说,VR影视采用全景交互或简单剧情交互.VR影视可以分为VR电影短片、VR纪录片和VR宣传片等,下面分类进行阐述.

2.1 VR电影

2015年,Oculus公司发布了其第一部VR电影《Lost》(见图1(a)),影片讲述了机器手臂寻找自己身体的故事[24].该公司制作的另一部VR动画短片《Henry》(见图1(b))获得了美国艾美奖,短片采用中心叙事,以聚光灯式的引导方式始终将观众的兴趣点置于导演设计的主线上[25].此外Oculus公司在2017年初又推出了影片《Dear Angelica》,风格与前两部截然不同.

Google公司在2016年推出真人VR全景短片《HELP》[26](见图1(c)),影片采用了影院级的拍摄质量,虽然观众只能站在原地,但是可以360◦随意旋转改变观看视角.此外,2017年初又推出了另一部VR动画短片《Pearl》(见图1(d)),将观众的视角固定在副驾驶旁边的位置,依靠车的行走和路边风景的变换来体现流动感.画风方面采用了简化的方式,以保证影片可以同时在手机和VR头盔上显示.

Felix&Paul Studio的虚拟现实影像实景拍制技术被广泛认为代表了全球最高水平[27],主要作品有《Inside the Box of Kurios》、《LeBron James》和《Nomads》等,其中《Inside the Box of Kurios》获得2016艾美最佳交互视频奖,观看影片的用户能站在中央舞台欣赏表演(见图1(e)).这是一种VR与戏剧艺术结合的影视模式,它变革了戏剧传统的空间概念,也会对未来的戏剧艺术产生影响.

近年来,在国内也有一些VR影片出现,例如追光动画于2015年推出了动画短片《再见,表情》.

上述VR电影的内容叙事方式称为全景交互或简单剧情交互,原因是仅有360◦全景视角或少量剧情上的交互.例如,在影片《Lost》中,观众除了单纯的观看外,还有一些剧情交互,如当观众靠近萤火虫时,它会被观众吓走;机器手会发现身边的观众等.

图1 VR电影：简单剧情交互和全景交互Fig.1 VR movie：simple plot interaction and panoramic interaction

2.2 VR宣传短片

电影宣传片是一部电影的精华,通过宣传片观众可以提前看到电影的精彩部分,增加观众对电影的兴趣,以得到更高的票房.而将VR用于一部电影的宣传片可以极大地增加观众多感官的刺激.

2015年7月,电影《魔兽世界》发布了VR宣传片[29](见图2(a)),观众乘坐在一只巨大的狮鹫上,随着狮鹫在艾泽拉斯的天空中翱翔,一览暴风城的风景.2015年12月,育碧公司公布了《刺客信条》的VR宣传片《开膛手杰克》[30](见图2(b)),短片将观众带进维多利亚时代的伦敦,可以亲眼目睹杰克残忍地连续击杀5名妓女的场景.另外,日本动画公司Production I.G在2015年发布《攻壳机动队新剧场版：VR潜者》的宣传片视频,观众可以目睹素子的创造过程.观众在观看上述宣传片时没有剧情上的交互,都属于交互级叙事里的全景交互.

图2 VR宣传片：全景交互Fig.2 VR promo：panoramic interaction

近年来,国内也有一些VR宣传片出现,例如国内首部VR交互体验宣传片《诛仙青云志》,观众可以和剧中的演员进行简单互动,其交互级属于简单剧情交互.

2.3 VR纪录片

虽然传统纪录片在拍摄过程中努力秉承纪实语态,但是也不免夹杂导演自身的主观意念,从而影响了纪录片的叙事方向[31].VR技术创造出来的虚拟世界能够向观众全方位展现更为拟真的场景,给传统纪录片的拍摄提供了新的思路和方法.目前,VR纪录片的交互级叙事一般为全景叙事,还有一些简单叙事.

2012年圣丹斯电影节上展示了一部VR纪录片《饥饿的洛杉矶》,影片基于真实故事通过游戏引擎创建虚拟环境,真实还原了原始场景[32].如图3(a)所示,观众作为一个饥饿者进入救济队列,并亲眼目睹一名过度饥饿的男子昏倒在地,场面十分震撼.这也让纪录片创作者看到将VR应用于纪录片的巨大潜力.

《纽约时报》是将VR引入新闻界的先驱者,2015年发布了其第一部VR纪录片《The Displaced》[33].如图3(b)所示,影片将观众置于饱受战乱摧残的地方,目睹居民流离失所的生活,采用多感官刺激的方法来增加观众的临场感.

2015年9月,中国首部VR纪录片《山村里的幼儿园》发布[34].如图3(c)所示,影片采用长镜头的方式记录了留守儿童的日常生活,这种单镜头时间的延长让观众有了思考和酝酿情感的空间.该片旨在通过VR的沉浸式体验,更大限度地唤起人们的爱心和同情心[34-35].

图3 VR纪录片：全景交互Fig.3 VR documentary：panoramic interaction

3 VR在交互游戏领域中的应用

纵观游戏的发展史,从最早的文字MUD游戏到2D游戏、3D游戏,再到沉浸式VR游戏,随着游戏画面和技术的进步,游戏的逼真度和沉浸感越来越强[8].目前,VR游戏的应用也不仅限于娱乐方向,它已广泛应用于各个领域中,包括教育、医疗和心理学等.VR交互应用的交互级叙事一般属于大量剧情交互或完全交互,用户作为故事的掌控者,可以自行决定剧情的进展和结局.下面分类进行阐述.

3.1 娱乐游戏

就目前发布的VR游戏来看,其中不乏恐怖、射击、模拟生存等类游戏.2010年Avatar Reality公司发布了一款名为《多人高尔夫》的VR游戏[36](见图4(a)),该游戏需要跟踪用户的头部和手,以提供更好的控制体验.

2016年Nvidia公司推出其第一部原创VR游戏《VR Funhouse》(见图4(b)),玩家以第一人称视角来进行一些活动,如发射粘液枪击中物体、投掷小球等.该游戏就像是一个专门为VR物理运算引擎所做的大型实验.同年发布的还有体验类探险游戏《珠峰VR》(见图4(c))、多人在线射击游戏《勇往直前》等.2016年E3展会上更是展出了多款VR游戏.《毁灭战士》、《辐射4》也将于2017年推出VR版.另外,《最终幻想》、《生化危机》、《蝙蝠侠：阿甘骑士》(见图4(d))等游戏大作将登陆Playstation VR(PSVR)平台[37].

图4 VR娱乐游戏：大量剧情交互Fig.4 VR entertainment game：a lot of plot interaction

3.2 教学应用

除了提供丰富的娱乐应用,VR游戏还可以作为知识教育和训练个人在极端条件下工作的平台.2012年,Ma等[29]设计和实现了基于VR的体育技术教育游戏,通过Microsoft Kinect体感设备实现了VR技术和教育的结合.2016年,墨西哥Linnea公司将Leap Motion绑定到Oculus,用于教育领域并设计了教育内容[10].

公民的安全教育可能会成为沉浸式VR游戏的一个特别有前景的领域.2014年韩国中央大学的Le等[11]开发了一个在线VR游戏系统(见图5(a)和(b)),允许学生进行角色扮演和协作学习,以身临其境的体验获得建筑安全的教育知识.2015年,意大利乌迪内大学的Chittaro等[12]开发了一款航空安全教育的VR游戏(见图5(c)和(d)),让玩家体验一架商用飞机遇难后的紧急着陆和撤离工作.该研究不仅仅专注于在学习之后立即进行评估,而是将注意力延伸到更长时间内的知识保留.

教育游戏是为了特定教育目的而开发的,具有教育和娱乐的双重特性.但有些教育游戏过于注重教育而忽略了娱乐元素,例如2007年的交通安全教育游戏[38]和2008年的紧急疏散教育游戏[39]就缺乏吸引人的娱乐元素.如何平衡教育和娱乐元素是教育游戏研究的关键问题之一.2016年,Hu等[8]设计和实现了一款垃圾分类的3D教育游戏(见图5(e)和(f)),为教育领域的VR游戏提供了新的思路.

图5 教育应用：大量剧情交互Fig.5 Educational application：a lot of plot interaction

3.3 交互医疗应用

大约在1990年,虚拟现实被用作医疗方面的辅助技术,并且随着现有商业系统的出现而变得更加流行[40].2012年,南加州大学创新技术研究所的MedVR集团就已经开始致力于研究和推进虚拟现实用于临床的康复治疗[13].JewelMine就是该集团使用Microsoft Kinect深度传感技术的一款虚拟现实康复游戏.

2013年,明尼苏达大学的David Schroeder团队在移动设备上开发了VR应用程序,并用于患有持续性疼痛患者的家用VR治疗,引导患者将注意力从疼痛转移到环境中的刺激上[14].如图6(a)所示,该游戏创建了一个在手机上运行的身临其境的VR环境.

虚拟现实被专门用于中风康复是在2000年,之后越来越受到欢迎.2015年,韩国首尔国立康复中心的Shin等[15]开发了基于游戏的VR康复系统.如图6(b)所示,该系统将VR康复游戏与传统的职业疗法结合对慢性中风患者进行治疗.此外,2015年,德克萨斯大学的Quarles等[16]设计并开发了一款用于患者水下康复治疗的VR游戏,患者必须在“真实的”水下环境中与虚拟的大白鲨打斗,通过拳击练习来康复屈肌和伸肌肌力.

图6 医疗应用：大量剧情交互Fig.6 Medical applications：a lot of plot interaction

3.4 心理学交互应用

情绪调节决定了人们感觉、表达情绪的方式,一旦调节不当就有可能导致心理和行为问题[40],VR技术可以帮助减轻或解决心理问题.MedVR集团的心理健康实验室已在2012年开发了用于治疗创伤后应激障碍的虚拟现实游戏[13].2015年,瓦伦西亚理工大学的Rodríguez等[17]开发了一个用于青少年情绪调节的游戏系统.如图7(a)所示,该系统先让青少年玩一个挫败引入游戏产生挫败感,再对其情绪进行调节训练.系统允许实时控制和记录生理信号以提供更客观的结果.2016年,哈尔滨工业大学余艾琪[18]制作了一款VR心理放松游戏(见图7(b)),其创新性在于提出了多感官、多维互动理念及其实现方式以及虚拟现实的放松方法.

图7 心理学交互应用：大量剧情交互Fig.7 Psychology interactive application：a lot of plot interaction

4 局限性分析

4.1 VR交互内容的瓶颈

(1)低互动和存在感效应.该效应是指观众没有对虚拟世界产生实际关系和影响.当观众进入VR环境之初会感觉很精彩,慢慢发现自己的行为对虚拟世界根本不造成任何影响,犹如对牛弹琴,自然就降低了兴趣和自我存在感.例如：影片《Lost》中机器手出场时,观众无论做什么,都得不到交互;《Henry》里虽然有个有趣的交互“look at”,可观众就站在小刺猬的身边,而它为什么还会觉得孤单呢？这两个案例不约而同地指出了目前VR电影存在的缺点：无互动性和低存在感.对于这个问题,2016年,伦敦大学学院的Steed等[41]进行了虚拟现实中自我存在感的研究,结果显示自我化身的存在和适当的互动可以有效提升自我存在感.

(2)影片内容的缺失.电影中运用VR技术造成宏大、强冲击力的场面来博得观众的喜爱,然而这种对逼真效果近似疯狂的追求造成了电影内容的缺失[42].虽然电影以VR作为背景技术使观众得到了感官上的震撼,但是这种震撼只是没有灵魂的空壳而已,这值得深思.

(3)观众注意力难以掌控.VR技术使传统的“画框”式叙事方式转变成了360◦交互式叙事方式,扩张了传统叙事的广度和深度[32].但是,由于观众可以随意转换视角,所以将观众的注意力集中在导演为影片设计的主线上又成为一大难点,而且这种交互在一些情况下会显得苍白无力.

(4)VR游戏作品少.VR游戏还没有步入成熟期,真正优质的游戏数量并不多.另外,VR技术本身的使用成本较高,设备价格昂贵,还需要配备高配电脑和一定的游戏空间.过度稀少的VR游戏作品使得有意向的玩家不愿购买VR设备,而游戏制作公司因玩家少无法盈利而不愿意开发VR游戏.

4.2 当前VR技术存在的问题

(1)拍摄设备.VR真人电影的拍摄还存在种种不能克服的困难.全景式的拍摄设备在镜头交界处不免会存在微小的拼缝,目前的技术仍无法解决;而且全景拍摄设备是无法改变焦距的,使得影片缺乏构图的概念.Google公司在拍摄《HELP》时为了解决缝合问题,尽可能使用较少的相机以产生尽可能少的接缝.此外,还存在镜头和打灯等技术难题.

(2)显示设备.VR眼镜、VR头盔等成本较高,市场普及性还不够.虽然头戴式显示器(head mount display,HMD)是用于个人观看沉浸式立体内容的理想设备,但是长期使用HMD上的VR应用可导致身体不适(眼睛疲劳、头痛、恶心和出汗).针对此问题,2015年维多利亚大学的一项研究表明景深模糊可以减少整体视觉不适感[43].

(3)玩家无法长时间进行游戏.一个原因是长时间使用HMD可能引起不适感(眩晕、头痛、恶心、呕吐等);另一个原因是视角问题,VR游戏大部分采用第一人称视角.对于竞技游戏,当与敌人对战时,玩家就不得不频繁转换视角来对抗四面八方冲来的敌人,这就不免产生眩晕感.而且当敌人从后方朝玩家冲来时,玩家也很难做出一个漂亮的反杀,这无疑也增加了游戏的操作难度.

(4)景深与运动的不真实.对于第一人称对战游戏,新手在战斗时很难判断自己与敌人的距离,经常是隔空乱打.VR环境中的景深透视和物体的运动与现实环境中的景深和自然运动不一致,也会导致在一些严肃游戏中无法将虚拟环境训练获得的技能转移到真实场景中.针对此问题,2015年Covaci等[21]研究了篮球运动的空间感知问题,建立了以感知和功能保真性为主的虚拟环境,以视觉反馈指导取得了接近真实训练的效果.这为以后更好地解决空间感知问题提供了较好的参考.

5 总结与展望

相对于全景交互影视领域,VR技术在剧情交互和完全交互影视领域应用更为广泛,尤其在娱乐、教育、医疗和工业领域的市场前景可观.VR技术因受当前硬件、图像、数据处理等技术的制约,应用成本和设备昂贵、用户有限,想要进一步发展还要依赖于VR技术的进一步提升.另外,VR影视推广不只是技术方面的问题,更重要的是内容的缺失.如何选择合适的叙事方式、降低拍摄成本、提高舒适度,这些都影响了VR交互影视的进一步发展.一旦这些问题得以解决,那么VR技术在交互影视领域中将得到突飞猛进的发展.VR电影和游戏己经开始相互融合,并会随着VR技术的发展得到进一步融合,进而逐渐产生另一种新的艺术形式：交互影视艺术.虽然目前VR交互影视技术还处于起步阶段,近期可能无法取得突破性进展,但是其未来的发展前景必然是非常乐观的.

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Survey of VR applications in interactive films and games

ZHANG Tingting1,TIAN Feng1,2,Lü Wei3,WANG Yihua4,HUANG Chao1
(1.Shanghai Film Academy,Shanghai University,Shanghai 200072,China; 2.Shanghai Engineering Research Center of Motion Picture Special Effects,Shanghai University, Shanghai 200072,China; 3.Shanghai Institute of Spaceflight Information,Shanghai 201109,China; 4.Human Resources Department,State Grid Shanghai Shibei Electric Power Supply Company, Shanghai 200072,China)

Virtual reality(VR)is an important technology widely applied in interactive film and video games.Due to its immersive sense,interactivity and conception,virtual reality has changed the industry of interactive film and video game,and significantly improves the user experience.This paper briefly summarizes the state-of-the-art applications in film and video games industry including short films,documentaries, promos,games,educationalapplications,medicine,psychologicalinteraction,etc. According to interaction level,applications of VR can divided into panoramic interactions, plot interactions,and complete interaction.The bottlenecks of VR interactive contents and the problems of current VR technology including the bottlenecks of VR films,the problems of current VR games and VR devices and analyzed.Finally,prospects of possible developments of VR in the future are given.

TP 391.41

A

1007-2861(2017)03-0342-11

10.12066/j.issn.1007-2861.1935

2017-03-15

上海市科委“科技创新行动计划”高新技术领域资助项目(17511103200);上海大学电影学高峰学科和上海电影特效工程技术研究中心资助项目(16dz2251300)

田丰(1976—),男,博士,研究方向为电影技术.E-mail：ouman888@126.com