Multiplanes是一個虛擬現(xiàn)實(shí)繪畫系統(tǒng)，能夠?yàn)橛脩籼峁┩绞掷L畫的靈活度和繪制完美圖形的能力。通過結(jié)合美化繪畫和2D繪畫，Mutiplanes能夠解決創(chuàng)建3D VR繪畫的挑戰(zhàn)。要做到這一點(diǎn)，系統(tǒng)在用戶繪制筆畫時(shí)基于最可能的預(yù)期形狀來美化它們。系統(tǒng)同時(shí)將根據(jù)先前和當(dāng)前筆劃，以及當(dāng)前控制器姿態(tài)自動生成修正平面和美化觸發(fā)點(diǎn)。基于與先前筆劃的幾何關(guān)系，美化觸發(fā)點(diǎn)將充當(dāng)虛擬環(huán)境內(nèi)的指示。用戶可以點(diǎn)擊它們以(明確地)觸發(fā)筆劃美化。與其他系統(tǒng)相比，Multiplanes的用戶無需手動設(shè)置或執(zhí)行任何類型的特殊手勢來進(jìn)行激活，這樣的指示將允許用戶專注于創(chuàng)作過程。

1. 介紹

現(xiàn)在我們已經(jīng)能夠輕易獲取Oculus Rift和HTC Vive這樣的高質(zhì)量VR設(shè)備。由于用戶能夠在3D虛擬環(huán)境中直接繪制圖形，這些產(chǎn)品重新燃起了人們在設(shè)計(jì)過程中使用vr技術(shù)的興趣。商業(yè)3D繪畫系統(tǒng)的示例包括Tilt Brush和Gravity Sketch等。這些工具中的大多數(shù)都是基于徒手繪圖技術(shù)，其中筆劃將遵循控制器的位置。盡管這種技術(shù)為具體化用戶新想法提供了一種直觀且有效的方法，但先前的研究表明，2D草圖繪制比3D草圖更加準(zhǔn)確和有效。

一些系統(tǒng)采用了新穎的交互來解決這個問題，其他系統(tǒng)則專注于美化用戶的筆劃。之前的研究還表明，用戶對將3D空間作為概念設(shè)計(jì)的媒介非常感興趣，因?yàn)樗麄兤谕鸙R系統(tǒng)為草圖繪制過程提供新工具，從而幫助他們獲取更多的靈感，更好地感知3D空間。因此，用戶“需要新的工具，提供超越身體運(yùn)動與數(shù)字幾何操作一對一映射的功能”。但與當(dāng)前的CAD系統(tǒng)不同，重要的是這些新草圖繪制工具不會妨礙創(chuàng)作過程，或者不需要經(jīng)過大量培訓(xùn)才能高效使用。

2. Multiplanes

西蒙弗雷澤大學(xué)博士生Mayra Donaji Barrera Machuca、Adobe研究員等提出了一個名為Multiplanes的系統(tǒng)，其能夠自動識別繪制平面，并且根據(jù)先前和當(dāng)前筆畫，以及控制器的方向與位置來引導(dǎo)用戶。他們選擇3D徒手繪圖的原因是，這種技巧易于學(xué)習(xí)，而且VR經(jīng)驗(yàn)豐富與否都能操作相關(guān)的系統(tǒng)。此外，3D徒手繪圖功能強(qiáng)大，即使是經(jīng)驗(yàn)豐富的用戶也會對繪圖感到滿意。圖1說明了系統(tǒng)是如何創(chuàng)建出一個房屋圖形。

圖1：繪制立方體兩個相鄰面的逐步過程。右側(cè)是被試完成的繪圖示例。黑色房屋是徒手繪制，紫色房屋則是由Multiplanes創(chuàng)建而成。

3D筆畫美化：在Multipanes中，每個筆劃都投影到一個平面上。這種方法鼓勵用戶專注于他們手臂的2D運(yùn)動，因?yàn)榈谌S度的變化不會影響最終的筆畫。即便是通過投影移除一個DOF，在在空中進(jìn)行3D繪制仍然相當(dāng)困難。為了提高用戶的準(zhǔn)確性，Multiplanes會在用戶繪制時(shí)自動美化筆劃。它根據(jù)控制器位置之間的幾何關(guān)系將軌跡識別為直線，圓弧或圓。如果幾何關(guān)系不類似于任何已知形狀，系統(tǒng)就將筆畫調(diào)整成跟隨手部移動的一般曲線。

美化觸發(fā)點(diǎn)(BTP)：系統(tǒng)提供了一種名為美化觸發(fā)點(diǎn)(BTP)的新型指示。它們僅在用戶開始或結(jié)束筆劃時(shí)觸發(fā)操作，而且它們已經(jīng)嵌入3D環(huán)境之中，因此用戶可從多個深度提示中受益。BTP存在不同的類別和種類，具體取決于相應(yīng)的父筆畫類型。BTP通過顯示幾何關(guān)系來改進(jìn)以前的操作，而不僅僅是端點(diǎn)或交叉點(diǎn)。另外，為了創(chuàng)建BTP，研究團(tuán)隊(duì)不僅考慮了最接近的現(xiàn)有筆劃，同時(shí)考慮了最佳繪圖平面和當(dāng)前控制器姿態(tài)。

圖2：根據(jù)不同筆畫形狀生成的BTP，以及平面與控制器法線之間的關(guān)系。

自動平面生成：Multiplanes使用當(dāng)前控制器姿態(tài)和先前使用的平面來定義新平面，而不是使用固定繪圖參考或?qū)⑵矫嬗成涞揭晥D。這消除了用戶按下任何按鈕，或做出任何手勢來定義平面的需要。在系統(tǒng)中，用戶在開始繪制之前將會看到繪圖平面的直觀表示。這種可視化已被證明能夠提高3D繪圖中的用戶準(zhǔn)確度。平面的自動生成包括兩種狀態(tài)：第一狀態(tài)是，用戶在虛擬環(huán)境中移動控制器時(shí)創(chuàng)建的反饋平面。第二個狀態(tài)是繪圖平面，其中系統(tǒng)顯示靜態(tài)平面視覺指示，從而說明將在其中創(chuàng)建筆劃的平面。系統(tǒng)將存儲在繪圖平面狀態(tài)中創(chuàng)建的每個新平面，以便稍后在反饋平面狀態(tài)中使用它們。如果他們在繪圖時(shí)將控制器移遠(yuǎn)當(dāng)前的繪圖平面(在任一側(cè))，“Quickflip”交互將允許用戶更改為與當(dāng)前活動平面正交的平面。

其他用戶交互：Multipanes同時(shí)允許用戶改變筆畫大小與顏色。只需在右手控制器的觸控板上移動垂直移動大拇指即可調(diào)整筆畫大小;而在左手控制器的觸控板上移動拇指則可調(diào)整筆畫顏色。顏色空間是一個HSL圓柱體，飽和度位于垂直軸，而色相則位于水平軸。

3. 評估

團(tuán)隊(duì)通過用戶研究評估了原型。目的是征求VR用戶對這一全新交互方法的意見，并比較徒手繪畫技術(shù)。通常來說，使用Multiplanes生成的結(jié)果在視覺上看起來比徒手結(jié)果更具吸引力。大多數(shù)被試都喜徒手繪畫的自由感。但結(jié)果還表明，他們欣賞Multipanes可帶來的更高精度。另外，他們對交互的簡易性，自動化且不顯眼的美化操作，以及BTP功能給出了相當(dāng)高的評價(jià)(平均5.5分或以上，總分7分)。

4. 總結(jié)

Multiplanes是一種VR徒手繪圖助手，其結(jié)合了新穎的交互技術(shù)，可以幫助用戶更準(zhǔn)確的繪制圖形。對于筆劃和當(dāng)前控制器姿態(tài)，Multiplanes能自動識別合適的繪圖平面。然后，系統(tǒng)顯示基于先前筆劃的美化觸發(fā)點(diǎn)指示，其說明了與先前筆劃和校正點(diǎn)的幾何關(guān)系。Multiplanes同時(shí)可以在用戶繪圖或用戶點(diǎn)擊BTP時(shí)實(shí)時(shí)自動美化筆劃。團(tuán)隊(duì)的試點(diǎn)研究發(fā)現(xiàn)，參與者喜歡這一系統(tǒng)，并且欣賞系統(tǒng)帶來的更高準(zhǔn)確性。他們認(rèn)為不顯眼的美化操作和觸發(fā)點(diǎn)特別有幫助。

來源：yivian