VR在交互影視與游戲領域的應用綜述

張婷婷,田豐,2,呂煒,王軼華,黃超

(1.上海大學上海電影學院,上海 200072;

2.上海大學上海電影特效工程技術研究中心,上海 200072;

3.上海航天信息研究所,上海 201109;

4.國家電網上海市電力公司市北供電公司人力資源部,上海 200072)

VR在交互影視與游戲領域的應用綜述

張婷婷1,田豐1,2,呂煒3,王軼華4,黃超1

(1.上海大學上海電影學院,上海 200072;

2.上海大學上海電影特效工程技術研究中心,上海 200072;

3.上海航天信息研究所,上海 201109;

4.國家電網上海市電力公司市北供電公司人力資源部,上海 200072)

虛擬現實(virtual reality,VR)是近年來應用于交互影視和游戲領域中的重要技術. VR以其特有的沉浸感、交互性和構想性革新了影視游戲領域,并顯著提升了用戶的體驗效果.概括歸納了VR在影視游戲領域的前沿應用,包括電影短片、紀錄片、宣傳片、娛樂游戲、教學應用、醫療和心理學交互應用等.按交互等級可以將它們分為全景交互、劇情交互和完全交互.對VR交互內容面臨的瓶頸以及VR技術尚有的缺陷進行了分析,包括VR電影存在的瓶頸、當前VR游戲及VR設備存在的問題等.最后展望了VR技術未來的發展方向.

虛擬現實;沉浸式VR;交互影視藝術;交互游戲;交互級敘事

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

虛擬現實(virtual reality,VR)是近年來迅速發展的熱點技術.沉浸式VR是VR領域的一個子領域.沉浸式VR使用戶能夠實際參與到由計算機創造的虛擬世界中去,通過使用交互設備讓人們體驗身臨其境的效果[1].近幾十年來,VR技術獲得了突破性的發展,20世紀80年代,沉浸式VR技術開始影響人類生活和生產實踐,2014年Facebook收購Oculus VR后引發了科技和產業界對VR的興趣.2016年被稱為沉浸式VR元年,各公司競相參與其中,掀起了一股商業化浪潮.

目前,VR已在各行業獲得了初步應用.在VR迅速發展的背景下,傳統的影視游戲行業也開始將沉浸式VR技術應用其中.在眾多影視游戲領域中,沉浸式VR已經成為大眾關注的熱點,不管是VR電影節、游戲發布會等大型活動,還是游戲開發商、游戲玩家等人群紛紛加入到VR的浪潮中.而且,不單單在游戲娛樂產業,沉浸式VR以其特有的沉浸感、交互性和構想性而廣泛應用于各個領域,包括工業[2-4]、航空航天[5-7]、教育[8-12]、醫療[13-16]、心理學[17-18]、藝術[19]、運動[20-21]等.

交互影視是融合了影視表現效果和游戲自由度的新的影視表現形式.交互影視和游戲按交互等級可以分為全景交互、劇情交互和完全交互.全景交互是指參與者可以360?轉換視角來觀察虛擬環境.劇情交互是指參與者不僅與虛擬環境發生全景交互,還可以參與到劇情的發展中,引起劇情的變化.按劇情交互的程度又可以分為簡單劇情交互和大量劇情交互.全景交互是指參與者作為故事的掌控者,能夠決定故事的發展和結局.

本工作討論了沉浸式VR在交互影視游戲領域中的前沿應用,概括歸納為電影短片、紀錄片、宣傳片、娛樂游戲、教育應用、醫療和心理學交互應用等.最后,對VR在交互影視領域尚有的不足進行了分析,并展望了未來的發展方向.

1 沉浸式VR影視與游戲的特征

目前,VR電影和游戲已經開始逐漸融合.許多新媒體名詞來自VR內容,如全景電影、VR電影、沉浸式電影、沉浸式游戲、VR游戲等.當用戶面對這些內容時,必須先要對它們進行區分.

VR影視與游戲的區別在于,傳統電影將觀眾置于客體地位,而傳統游戲將觀眾置于主體地位,處于客體的觀眾通過“觀看”來獲得信息,處于主體的玩家通過人機交互的形式來獲得樂趣和信息[22],并且傳統游戲都帶有一定的沖突或目標,如沒有,就會被推至“非游戲”的邊緣[23].沉浸式VR游戲沿襲了傳統游戲的特點,增強了沉浸感和交互性,這種交互是大量劇情上的交互或完全交互.VR電影相比于傳統電影雖然增加了沉浸感和交互功能,但這種交互只是簡單的全景交互或劇情交互,觀眾始終還是作為旁觀者.

VR影視與游戲也具有一定的聯系,VR影視像一部電影的游戲化,雖然二者有上述種種區別,但由于VR呈現的是一種半互動的敘事體驗,基于VR技術的影視和游戲正在向這種半互動形式轉化.VR中的場景是360?的,具有交互性和故事情節,因此VR影視和游戲可以看作同一種內容的呈現,融合也是理所當然的.

2 VR在影視領域中的應用

電影是反映現實而又高于現實的一種藝術形式.而VR影視是將虛擬現實技術應用于影視傳播的新媒體形式,它可以創建出比傳統影視更加擬真的環境,利用沉浸感使觀眾深陷于交互影視內容中.一般來說,VR影視采用全景交互或簡單劇情交互.VR影視可以分為VR電影短片、VR紀錄片和VR宣傳片等,下面分類進行闡述.

2.1 VR電影

2015年,Oculus公司發布了其第一部VR電影《Lost》(見圖1(a)),影片講述了機器手臂尋找自己身體的故事[24].該公司制作的另一部VR動畫短片《Henry》(見圖1(b))獲得了美國艾美獎,短片采用中心敘事,以聚光燈式的引導方式始終將觀眾的興趣點置于導演設計的主線上[25].此外Oculus公司在2017年初又推出了影片《Dear Angelica》,風格與前兩部截然不同.

Google公司在2016年推出真人VR全景短片《HELP》[26](見圖1(c)),影片采用了影院級的拍攝質量,雖然觀眾只能站在原地,但是可以360?隨意旋轉改變觀看視角.此外,2017年初又推出了另一部VR動畫短片《Pearl》(見圖1(d)),將觀眾的視角固定在副駕駛旁邊的位置,依靠車的行走和路邊風景的變換來體現流動感.畫風方面采用了簡化的方式,以保證影片可以同時在手機和VR頭盔上顯示.

Felix&Paul Studio的虛擬現實影像實景拍制技術被廣泛認為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》獲得2016艾美最佳交互視頻獎,觀看影片的用戶能站在中央舞臺欣賞表演(見圖1(e)).這是一種VR與戲劇藝術結合的影視模式,它變革了戲劇傳統的空間概念,也會對未來的戲劇藝術產生影響.

近年來,在國內也有一些VR影片出現,例如追光動畫于2015年推出了動畫短片《再見,表情》.

上述VR電影的內容敘事方式稱為全景交互或簡單劇情交互,原因是僅有360?全景視角或少量劇情上的交互.例如,在影片《Lost》中,觀眾除了單純的觀看外,還有一些劇情交互,如當觀眾靠近螢火蟲時,它會被觀眾嚇走;機器手會發現身邊的觀眾等.

圖1 VR電影：簡單劇情交互和全景交互Fig.1 VR movie：simple plot interaction and panoramic interaction

2.2 VR宣傳短片

電影宣傳片是一部電影的精華,通過宣傳片觀眾可以提前看到電影的精彩部分,增加觀眾對電影的興趣,以得到更高的票房.而將VR用于一部電影的宣傳片可以極大地增加觀眾多感官的刺激.

2015年7月,電影《魔獸世界》發布了VR宣傳片[29](見圖2(a)),觀眾乘坐在一只巨大的獅鷲上,隨著獅鷲在艾澤拉斯的天空中翱翔,一覽暴風城的風景.2015年12月,育碧公司公布了《刺客信條》的VR宣傳片《開膛手杰克》[30](見圖2(b)),短片將觀眾帶進維多利亞時代的倫敦,可以親眼目睹杰克殘忍地連續擊殺5名妓女的場景.另外,日本動畫公司Production I.G在2015年發布《攻殼機動隊新劇場版：VR潛者》的宣傳片視頻,觀眾可以目睹素子的創造過程.觀眾在觀看上述宣傳片時沒有劇情上的交互,都屬于交互級敘事里的全景交互.

圖2 VR宣傳片：全景交互Fig.2 VR promo：panoramic interaction

近年來,國內也有一些VR宣傳片出現,例如國內首部VR交互體驗宣傳片《誅仙青云志》,觀眾可以和劇中的演員進行簡單互動,其交互級屬于簡單劇情交互.

2.3 VR紀錄片

雖然傳統紀錄片在拍攝過程中努力秉承紀實語態,但是也不免夾雜導演自身的主觀意念,從而影響了紀錄片的敘事方向[31].VR技術創造出來的虛擬世界能夠向觀眾全方位展現更為擬真的場景,給傳統紀錄片的拍攝提供了新的思路和方法.目前,VR紀錄片的交互級敘事一般為全景敘事,還有一些簡單敘事.

2012年圣丹斯電影節上展示了一部VR紀錄片《饑餓的洛杉磯》,影片基于真實故事通過游戲引擎創建虛擬環境,真實還原了原始場景[32].如圖3(a)所示,觀眾作為一個饑餓者進入救濟隊列,并親眼目睹一名過度饑餓的男子昏倒在地,場面十分震撼.這也讓紀錄片創作者看到將VR應用于紀錄片的巨大潛力.

《紐約時報》是將VR引入新聞界的先驅者,2015年發布了其第一部VR紀錄片《The Displaced》[33].如圖3(b)所示,影片將觀眾置于飽受戰亂摧殘的地方,目睹居民流離失所的生活,采用多感官刺激的方法來增加觀眾的臨場感.

2015年9月,中國首部VR紀錄片《山村里的幼兒園》發布[34].如圖3(c)所示,影片采用長鏡頭的方式記錄了留守兒童的日常生活,這種單鏡頭時間的延長讓觀眾有了思考和醞釀情感的空間.該片旨在通過VR的沉浸式體驗,更大限度地喚起人們的愛心和同情心[34-35].

圖3 VR紀錄片：全景交互Fig.3 VR documentary：panoramic interaction

3 VR在交互游戲領域中的應用

縱觀游戲的發展史,從最早的文字MUD游戲到2D游戲、3D游戲,再到沉浸式VR游戲,隨著游戲畫面和技術的進步,游戲的逼真度和沉浸感越來越強[8].目前,VR游戲的應用也不僅限于娛樂方向,它已廣泛應用于各個領域中,包括教育、醫療和心理學等.VR交互應用的交互級敘事一般屬于大量劇情交互或完全交互,用戶作為故事的掌控者,可以自行決定劇情的進展和結局.下面分類進行闡述.

3.1 娛樂游戲

就目前發布的VR游戲來看,其中不乏恐怖、射擊、模擬生存等類游戲.2010年Avatar Reality公司發布了一款名為《多人高爾夫》的VR游戲[36](見圖4(a)),該游戲需要跟蹤用戶的頭部和手,以提供更好的控制體驗.

2016年Nvidia公司推出其第一部原創VR游戲《VR Funhouse》(見圖4(b)),玩家以第一人稱視角來進行一些活動,如發射粘液槍擊中物體、投擲小球等.該游戲就像是一個專門為VR物理運算引擎所做的大型實驗.同年發布的還有體驗類探險游戲《珠峰VR》(見圖4(c))、多人在線射擊游戲《勇往直前》等.2016年E3展會上更是展出了多款VR游戲.《毀滅戰士》、《輻射4》也將于2017年推出VR版.另外,《最終幻想》、《生化危機》、《蝙蝠俠：阿甘騎士》(見圖4(d))等游戲大作將登陸Playstation VR(PSVR)平臺[37].

圖4 VR娛樂游戲：大量劇情交互Fig.4 VR entertainment game：a lot of plot interaction

3.2 教學應用

除了提供豐富的娛樂應用,VR游戲還可以作為知識教育和訓練個人在極端條件下工作的平臺.2012年,Ma等[29]設計和實現了基于VR的體育技術教育游戲,通過Microsoft Kinect體感設備實現了VR技術和教育的結合.2016年,墨西哥Linnea公司將Leap Motion綁定到Oculus,用于教育領域并設計了教育內容[10].

公民的安全教育可能會成為沉浸式VR游戲的一個特別有前景的領域.2014年韓國中央大學的Le等[11]開發了一個在線VR游戲系統(見圖5(a)和(b)),允許學生進行角色扮演和協作學習,以身臨其境的體驗獲得建筑安全的教育知識.2015年,意大利烏迪內大學的Chittaro等[12]開發了一款航空安全教育的VR游戲(見圖5(c)和(d)),讓玩家體驗一架商用飛機遇難后的緊急著陸和撤離工作.該研究不僅僅專注于在學習之后立即進行評估,而是將注意力延伸到更長時間內的知識保留.

教育游戲是為了特定教育目的而開發的,具有教育和娛樂的雙重特性.但有些教育游戲過于注重教育而忽略了娛樂元素,例如2007年的交通安全教育游戲[38]和2008年的緊急疏散教育游戲[39]就缺乏吸引人的娛樂元素.如何平衡教育和娛樂元素是教育游戲研究的關鍵問題之一.2016年,Hu等[8]設計和實現了一款垃圾分類的3D教育游戲(見圖5(e)和(f)),為教育領域的VR游戲提供了新的思路.

圖5 教育應用：大量劇情交互Fig.5 Educational application：a lot of plot interaction

3.3 交互醫療應用

大約在1990年,虛擬現實被用作醫療方面的輔助技術,并且隨著現有商業系統的出現而變得更加流行[40].2012年,南加州大學創新技術研究所的MedVR集團就已經開始致力于研究和推進虛擬現實用于臨床的康復治療[13].JewelMine就是該集團使用Microsoft Kinect深度傳感技術的一款虛擬現實康復游戲.

2013年,明尼蘇達大學的David Schroeder團隊在移動設備上開發了VR應用程序,并用于患有持續性疼痛患者的家用VR治療,引導患者將注意力從疼痛轉移到環境中的刺激上[14].如圖6(a)所示,該游戲創建了一個在手機上運行的身臨其境的VR環境.

虛擬現實被專門用于中風康復是在2000年,之后越來越受到歡迎.2015年,韓國首爾國立康復中心的Shin等[15]開發了基于游戲的VR康復系統.如圖6(b)所示,該系統將VR康復游戲與傳統的職業療法結合對慢性中風患者進行治療.此外,2015年,德克薩斯大學的Quarles等[16]設計并開發了一款用于患者水下康復治療的VR游戲,患者必須在“真實的”水下環境中與虛擬的大白鯊打斗,通過拳擊練習來康復屈肌和伸肌肌力.

圖6 醫療應用：大量劇情交互Fig.6 Medical applications：a lot of plot interaction

3.4 心理學交互應用

情緒調節決定了人們感覺、表達情緒的方式,一旦調節不當就有可能導致心理和行為問題[40],VR技術可以幫助減輕或解決心理問題.MedVR集團的心理健康實驗室已在2012年開發了用于治療創傷后應激障礙的虛擬現實游戲[13].2015年,瓦倫西亞理工大學的Rodríguez等[17]開發了一個用于青少年情緒調節的游戲系統.如圖7(a)所示,該系統先讓青少年玩一個挫敗引入游戲產生挫敗感,再對其情緒進行調節訓練.系統允許實時控制和記錄生理信號以提供更客觀的結果.2016年,哈爾濱工業大學余艾琪[18]制作了一款VR心理放松游戲(見圖7(b)),其創新性在于提出了多感官、多維互動理念及其實現方式以及虛擬現實的放松方法.

圖7 心理學交互應用：大量劇情交互Fig.7 Psychology interactive application：a lot of plot interaction

4 局限性分析

4.1 VR交互內容的瓶頸

(1)低互動和存在感效應.該效應是指觀眾沒有對虛擬世界產生實際關系和影響.當觀眾進入VR環境之初會感覺很精彩,慢慢發現自己的行為對虛擬世界根本不造成任何影響,猶如對牛彈琴,自然就降低了興趣和自我存在感.例如：影片《Lost》中機器手出場時,觀眾無論做什么,都得不到交互;《Henry》里雖然有個有趣的交互“look at”,可觀眾就站在小刺猬的身邊,而它為什么還會覺得孤單呢？這兩個案例不約而同地指出了目前VR電影存在的缺點：無互動性和低存在感.對于這個問題,2016年,倫敦大學學院的Steed等[41]進行了虛擬現實中自我存在感的研究,結果顯示自我化身的存在和適當的互動可以有效提升自我存在感.

(2)影片內容的缺失.電影中運用VR技術造成宏大、強沖擊力的場面來博得觀眾的喜愛,然而這種對逼真效果近似瘋狂的追求造成了電影內容的缺失[42].雖然電影以VR作為背景技術使觀眾得到了感官上的震撼,但是這種震撼只是沒有靈魂的空殼而已,這值得深思.

(3)觀眾注意力難以掌控.VR技術使傳統的“畫框”式敘事方式轉變成了360?交互式敘事方式,擴張了傳統敘事的廣度和深度[32].但是,由于觀眾可以隨意轉換視角,所以將觀眾的注意力集中在導演為影片設計的主線上又成為一大難點,而且這種交互在一些情況下會顯得蒼白無力.

(4)VR游戲作品少.VR游戲還沒有步入成熟期,真正優質的游戲數量并不多.另外,VR技術本身的使用成本較高,設備價格昂貴,還需要配備高配電腦和一定的游戲空間.過度稀少的VR游戲作品使得有意向的玩家不愿購買VR設備,而游戲制作公司因玩家少無法盈利而不愿意開發VR游戲.

4.2 當前VR技術存在的問題

(1)拍攝設備.VR真人電影的拍攝還存在種種不能克服的困難.全景式的拍攝設備在鏡頭交界處不免會存在微小的拼縫,目前的技術仍無法解決;而且全景拍攝設備是無法改變焦距的,使得影片缺乏構圖的概念.Google公司在拍攝《HELP》時為了解決縫合問題,盡可能使用較少的相機以產生盡可能少的接縫.此外,還存在鏡頭和打燈等技術難題.

(2)顯示設備.VR眼鏡、VR頭盔等成本較高,市場普及性還不夠.雖然頭戴式顯示器(head mount display,HMD)是用于個人觀看沉浸式立體內容的理想設備,但是長期使用HMD上的VR應用可導致身體不適(眼睛疲勞、頭痛、惡心和出汗).針對此問題,2015年維多利亞大學的一項研究表明景深模糊可以減少整體視覺不適感[43].

(3)玩家無法長時間進行游戲.一個原因是長時間使用HMD可能引起不適感(眩暈、頭痛、惡心、嘔吐等);另一個原因是視角問題,VR游戲大部分采用第一人稱視角.對于競技游戲,當與敵人對戰時,玩家就不得不頻繁轉換視角來對抗四面八方沖來的敵人,這就不免產生眩暈感.而且當敵人從后方朝玩家沖來時,玩家也很難做出一個漂亮的反殺,這無疑也增加了游戲的操作難度.

(4)景深與運動的不真實.對于第一人稱對戰游戲,新手在戰斗時很難判斷自己與敵人的距離,經常是隔空亂打.VR環境中的景深透視和物體的運動與現實環境中的景深和自然運動不一致,也會導致在一些嚴肅游戲中無法將虛擬環境訓練獲得的技能轉移到真實場景中.針對此問題,2015年Covaci等[21]研究了籃球運動的空間感知問題,建立了以感知和功能保真性為主的虛擬環境,以視覺反饋指導取得了接近真實訓練的效果.這為以后更好地解決空間感知問題提供了較好的參考.

5 總結與展望

相對于全景交互影視領域,VR技術在劇情交互和完全交互影視領域應用更為廣泛,尤其在娛樂、教育、醫療和工業領域的市場前景可觀.VR技術因受當前硬件、圖像、數據處理等技術的制約,應用成本和設備昂貴、用戶有限,想要進一步發展還要依賴于VR技術的進一步提升.另外,VR影視推廣不只是技術方面的問題,更重要的是內容的缺失.如何選擇合適的敘事方式、降低拍攝成本、提高舒適度,這些都影響了VR交互影視的進一步發展.一旦這些問題得以解決,那么VR技術在交互影視領域中將得到突飛猛進的發展.VR電影和游戲己經開始相互融合,并會隨著VR技術的發展得到進一步融合,進而逐漸產生另一種新的藝術形式：交互影視藝術.雖然目前VR交互影視技術還處于起步階段,近期可能無法取得突破性進展,但是其未來的發展前景必然是非常樂觀的.

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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“科技創新行動計劃”高新技術領域資助項目(17511103200);上海大學電影學高峰學科和上海電影特效工程技術研究中心資助項目(16dz2251300)

田豐(1976—),男,博士,研究方向為電影技術.E-mail：ouman888@126.com