基于VR技術的電子競技體驗系統設計

摘要：傳統的電子競技系統會受到外界信號的影響，且操作體驗感不強。文章提出一種基于VR技術的電子競技體驗系統，體驗者能通過該系統在交互性、沉浸性和想象性等方面得到獨特體驗。在硬件設計中，該系統采用數據處理傳感器和解釋器接口電路，可有效地獲取和處理體驗者的行為數據。在軟件設計中，該系統通過識別運動動作、設定關聯約束和基于VR技術實現電子競技人機互動，進一步提升了系統的性能。本文中分別使用三種傳輸方式進行電子競技的實驗，對比在四次電子競技體驗中所產生的延時時間，證明該方法優于其他兩種方法。

關鍵詞：VR技術；電子競技；系統設計

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.01.027

中圖分類號：G 642，TP 3? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? ? 文章編碼：1672-7274（2024）01-00-03

Design of Esports Experience System Based on VR Technology

ZHANG Yuqi

（Macau University of Science and Technology， Macau 999078， China）

Abstract： Traditional esports systems are influenced by external signals and have a weak sense of experience in operation. This paper proposes an e-sports experience system based on VR technology， through which the experiencers can get a unique experience in terms of interaction， immersion and imagination. In the hardware design， the data processing sensor and the interpreter interface circuit are used to effectively acquire and process the behavior data of the experiencer. In the software design， the performance of the system is further improved by recognizing sports actions， setting association constraints and realizing human-computer interaction based on VR technology. Three different transmissions were used for e-sports experiments， and the delay time generated in the four e-sports experiences was compared， proving that this method is superior to the other two methods.

Key words： VR technology; e-sports; system design

隨著科技的發展，電子競技行業逐漸成為全球關注的焦點。在電子競技領域，如何提供更加個性化和真實的體驗是當前研究的熱點。現有的研究成果主要集中在電子競技人機交互和虛擬現實技術應用等方面^[1]。雖然這些成果在一定程度上提高了電子競技的體驗，但仍存在一些問題，如缺乏對體驗者個性化需求的考慮、人機交互的準確性和實時性不足等^[2]。因此，本文提出了基于VR技術的電子競技體驗系統設計，以彌補現有成果中的不足之處。該系統通過硬件設計和軟件設計，實現了體驗者在交互性、沉浸性和想象性方面的獨特體驗。其中，硬件設計包括數據處理傳感器和解釋器接口電路的設計，以有效地獲取和處理體驗者的行為數據。本文的研究方法具有以下優勢：綜合考慮了體驗者的個性化需求和人機交互的準確性，采用VR技術實現電子競技的沉浸式體驗，提高了系統的實時性和交互性等。

1? ?電子競技體驗系統硬件設計

體驗者在交互空間中使用傳感器設備和VR引擎構建虛擬環境，通過傳感器的驅動，將競技原始數據輸出到傳感器組合中，并將經過傳感器組合處理的信息數據輸入到解釋器中轉換為行為數據。這種設計使得體驗者能夠更加真實地感受虛擬環境中的交互體驗，提高了人機交互的準確性和實時性^[3]。如1圖所示。

1.1 數據處理傳感器

實現上述硬件系統處理流程，首先需要對硬件中所用到的傳感器部分進行設計。圖2展示了在傳感器中添加數據處理裝備的過程。通過添加數據處理裝備，可以有效地對原始數據進行處理和判斷，從而確保數據是否為融合信息。

由圖2可知，右側的P1裝置中保存著經過數據處理裝置處理后的四個數據，而R1是左側處理裝置中的電阻并進行了接地處理。在6個原始數據經過數據處理傳感器處理后，它們的狀態被標記為已完成。在此基礎上，如果這6個原始數據處理后形成了具有融合信息特質的數據，那么LED燈就會亮起；反之，如果6個原始數據處理后沒有形成具有融合信息特質的數據，那么LED燈就會保持熄滅狀態。

1.2 解釋器接口電路

在傳感器處理模塊的設計中，數據處理引擎被連接到傳感器，從而判斷用戶輸入的數據是否為融合信息。在收集信息數據的狀態下，這些數據可以被轉換為行為信息數據。在這個模塊中，加速度計的作用是測量信息的集成并將這些功能轉換為視覺功能。在選擇型號時，平衡加速度計應被用作速度檢測設備，它可以準確地判斷和記錄體驗者在電子競技中的動作行為信息數據。然而，一些傳統的系統在進行模擬融合信息動作時，只是進行了信息之間的相互轉化，無法將轉化后的信息輸入到主機系統中，缺少后續操作功能。因此，本文在解釋器設備中進行轉換操作，并在電路中進行如圖3所示的設計。

由圖3可知，R1、R2、R3和R4是串聯在電路中的，形成了閉合的轉換電路。電阻在電路結構中作為中心結構，可以實現數據間的轉換操作。通過這樣的接口電路設計，可以在解釋器中進行數據信息的相互轉換，將融合信息數據轉化為運動行為信息數據。

2? ?軟件設計

2.1 識別運動動作

基于上文提及的系統軟件部分動作識別流程，搭建體驗者在電子競技過程中出現的運動動作的數學模型。通過構建的數學模型，根據VR技術的仿真功能，識別體驗者在電子競技中的動作標準度。

通過式（1）可以獲得體驗者在進行電子競技時肢體運動的路徑，并通過虛擬現實技術對運動路徑進行數據輸入，為了確保電子競技系統的界面質量達到標準，需要利用仿真技術將輸入的數據轉化為圖像，以此來判斷體驗者在電子競技時肢體運動動作是否正確。

2.2 設定關聯約束

對體驗者在競技過程中的動作以及幅度，根據捕捉到的相關數據進行識別。通過虛擬現實技術，能夠精確地確定體驗者的具體位置以及相關動作，從而為他們提供一種全新的電子競技全程體驗。

在電子競技中，不可能在向左行走的同時完成向右行走的動作，并且每個關節內的運動都具有相關的限制屬性。在進行電子競技時，如果在上一步出現需要向左走且需要左手臂抬高的行為，則根據關聯約束在進行下一步的操作時，不可以出現右手臂太高的行為，由于左右手臂在進行連續動作的變化時易出現連接不連貫的狀態，在軟件設計中，按照導出過程創建了數學運動動作模型，并采用統一轉換矩陣法描述電競過程中的物理運動。通過VR技術，可以確定體驗者在虛擬環境中的確切位置，并追蹤其運動路徑。在電子競技體驗中，體驗者可以接收到關于模擬環境中物體在游戲中的表現水平的反饋，并進入虛擬空間與電競比賽中的環境進行交互。當體驗者做出某種形式的動作時，環境會對體驗者的動作進行實時響應，做出相應的操作，從而提供一種身臨其境的電競體驗。當體驗者與虛擬空問中的物體進行觸碰時，體驗者會感受到與之相關的反應，如果體驗者對電子競技中出現的物體做出動作，其物體也會發生位置上的移動。為保證系統運行的合理性，應設置關聯約束，實現基于VR技術的電子競技體驗系統。

2.3 基于VR技術實現電子競技人機互動

在進行運動識別與關聯約束的設定后，可以實現基于VR技術的人機互動。當體驗者戴上VR眼鏡時，系統操作人員可以開始電子競技的實驗。這時體驗者通過VR眼鏡可以看到虛擬場景的設定，通過手柄來控制游戲界面的程序按鈕進行操作，點擊“開始”按鈕可以開始整個電子競技的運行，通過虛擬場景的設定，需要體驗者根據情境做出相應運動動作，系統通過構建的數學模型進行動作識別，采用B/S架構，應用Java語言，通過WebApi和WebSocket服務的方式實現數據對接。將動作數據進行輸入、識別后，若動作正確則繼續進行，此時體驗者可以通過VR眼鏡觀看到情境的變化。在后端采用Spring Cloud、Mybatis-Plus等主流的J2EE應用開發框架，實現電子競技系統體驗的人機互動。

3? ?對比實驗

3.1 實驗說明

為了驗證基于VR技術的電子競技體驗系統的可用性，進行對比實驗，評估系統設計的合理性，驗證其是否能夠準確地獲取并生成標準的電子競技動作。為了提高實驗的可靠性，將本文設計的基于VR技術的電子競技體驗系統與傳統電子競技體驗系統以及基于數據分析的電子競技系統進行對比。

3.2 實驗準備

為保證實驗結果的可靠性，在實驗前挑選出各個年齡段對電子競技喜愛度中等偏上的體驗者。首先在實驗前，在VR仿真數據庫隨機選擇多個競技動作，并根據所選體驗者的實際運動強度和肢體協調性來分配適合其自身能力的電子競技運動動作。通過基于VR技術的電子競技體驗系統進行競技體驗。

3.3 實驗結果

為了驗證系統硬件設計在電子競技中的優勢，對比了在不同信號強度下，實施電子競技動作時，三種系統的延遲表現。已知從數據庫中隨機挑選出20個電子競技動作，實驗結果如表1所示。

總體來看，在四次競技體驗中，基于VR技術的電子競技系統的延時時間均小于其他兩種方法。其中，在第一次電子競技中，基于VR技術的電子競技體驗系統在競技時的延時為0.2 s，傳統系統進行電子競技的延時為1.5 s，基于數據分析的電子競技系統在競技時產生的延時也為1.5 s。因此在第一次競技中，基于VR技術的電子競技系統比其他兩種方法有優勢。在之后的三次電子競技體驗中，基于VR技術的電子競技系統的電子競技延時均保持在0.23～0.3 s之間，傳統系統進行電子競技的延時保持在1.7～2.1 s之間，基于數據分析的電子競技系統在競技時產生的延時保持在1.6～1.85 s之間。經過四組數據綜合分析得出，基于VR技術的電子競技系統在電子競技中延時較短，可實現競技的高效性。

4? ?結束語

本文提出了基于VR技術的電子競技體驗系統設計，分別對硬件和軟件進行設計，并通過對比試驗驗證該設計功能具有優勢。體驗者在電子競技體驗中將自己作為該電子競技系統環境中的一部分，其中虛擬現實技術的沉浸性取決于體驗者在進行電子競技時的感知系統。當體驗者在虛擬場景中經歷各種虛擬行為時，如動作和語言時會產生一種獨特的心理感受、創新意識和智能感。VR技術的魅力不僅限于游戲領域，其還可以廣泛應用于建筑和旅游行業，實現虛擬場景的漫游。

參考文獻

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[2] 申志娟，趙巧，連萌，等．“十四五”時期河北省高校電子競技產業發展路徑分析[J]．科技經濟市場，2022（4）：142-144.

[3] 婁高陽，陳剛．基于CiteSpace V的國內電子競技研究可視化分析[J]．湖北體育科技，2022，41（1）：15-22，54.

作者簡介：張宇琦（1999-），女，漢族，海南海口人，碩士研究生在讀，研究方向為VR、電子競技。