Как в VR ходят по большому миру из тесной комнаты

Надеваешь шлем, а внутри целый город: длинные коридоры, лестницы, площадь на километр. При этом твоя комната два на три метра, и за стеной кухня. Как ты проходишь виртуальные километры и ни разу не втыкаешься в шкаф? Внутри работает целый набор приёмов: где-то ты правда идёшь ногами, где-то прыгаешь взглядом, а где-то система тихо крутит мир вокруг тебя, и ты наматываешь круги, будучи уверенным, что топаешь по прямой. Ниже разложим по-человечески все пять способов, почему от одних укачивает, а от других нет, и как большой мир умещается в маленьком зале.

Каждую неделю разбираем виртуальную реальность без воды: как устроены форматы, что выбрать ребёнку и компании, куда идёт индустрия. Подпишись на телеграм и соцсети парка «НЕРЕАЛЬНОСТЬ» — там короткие разборы, живые кадры с площадки и анонсы.

Как вообще перемещаются в VR: пять способов

Вкратце: есть пять базовых способов сдвинуться с места в шлеме — идти своими ногами, прыгать телепортом, ехать джойстиком, шагать на месте и вставать на VR-беговую дорожку. У каждого свой размен между свободой, естественностью и риском укачаться.

Проблема виртуального перемещения простая: виртуальный мир огромный, а комната у тебя маленькая. Индустрия придумала пять способов обойти это ограничение, и почти любая VR-игра использует один или сразу несколько.

Дальше пройдём по каждому способу: сначала честная ходьба, потом хитрости, которые обманывают тело и пространство.

Почему в VR не врезаешься в стены?

Вкратце: шлем знает границы твоей комнаты, потому что ты один раз их обвёл. Когда подходишь к краю зоны, прямо в виртуальном мире всплывает полупрозрачная сетка-стена и предупреждает: дальше нельзя. Эта система называется границами безопасности.

Сначала про честную ходьбу ногами — её называют room-scale, то есть «в масштабе комнаты». Массовой она стала в 2016 году с выходом шлема HTC Vive: по углам комнаты ставили две базовые станции, которые веером рассылали инфракрасные лучи, а датчики на шлеме ловили их и вычисляли позицию до миллиметров. Так система понимает не только куда ты смотришь, но и где именно стоишь и куда шагнул. Подробнее про начинку, которая всё это считает, мы разбирали в тексте про то, как устроен VR-шлем.

Чтобы ты не расшиб лоб о реальный шкаф, придумали границы безопасности. При первой настройке ты контроллером обводишь свободный пятачок, и шлем запоминает периметр. Дальше срабатывает так:

1. Ты гуляешь по виртуальному миру, реальных стен не видишь совсем.
2. Как только подходишь к обведённой границе, перед тобой проступает светящаяся сетка — виртуальная стена ровно там, где реальное препятствие.
3. Отступаешь назад — сетка гаснет, и ты снова в игре.

У автономных шлемов эта система называется Guardian, в экосистеме SteamVR — Chaperone, но смысл один. Производители советуют для честной ходьбы зону от полутора на два метра до примерно четырёх с половиной метров по стороне. Пять метров по диагонали — уже роскошь для дома, и вот тут начинается главная боль: виртуальный собор в такой пятачок не влезает. Дальше — про то, как индустрия выкручивается.

Почему от джойстика мутит, а от собственных шагов нет?

Вкратце: когда едешь джойстиком, глаза видят движение, а тело чувствует, что стоишь на месте. Мозг ловит рассинхрон между картинкой и вестибулярным аппаратом и включает тошноту. Когда идёшь ногами, картинка и тело говорят одно и то же, и конфликта нет.

Самый очевидный способ двигаться — взять и поехать стиком, как в обычной игре с видом от первого лица. На экране телевизора это работает без проблем, а в шлеме часто выворачивает. Причина в иллюзии самодвижения: когда всё поле зрения плывёт вперёд, зрительная система решает, что ты едешь, и посылает телу сигнал «мы в движении». Но вестибулярный аппарат во внутреннем ухе честно докладывает: мы стоим. Это рассогласование и есть корень укачивания в VR, о котором мы подробно писали в разборе про зрение и безопасность в VR.

Собственные шаги этот конфликт снимают. Когда ты реально идёшь, вестибулярный аппарат чувствует ускорение и повороты, картинка совпадает с ним до мелочей, и мозгу не на что жаловаться. Поэтому честная ходьба и все её заменители — самый мягкий для желудка способ перемещения, а плавная езда стиком — самый жёсткий. Между этими полюсами и живут остальные приёмы.

Что такое телепортация и почему это самый щадящий способ?

Вкратце: телепорт — это когда ты целишься лучом в точку на полу, жмёшь кнопку и мгновенно оказываешься там. Картинка не едет, поэтому иллюзии движения не возникает и почти не укачивает. Расплата — теряешь чувство пройденного пути.

Механика простая: наводишь контроллером дугу на нужное место, отпускаешь — и ты уже там. Иногда прыжок мгновенный, иногда сцена на долю секунды моргает или делает быстрый рывок, чтобы переход не был совсем резким. Главный фокус в том, что при телепорте нет того самого плывущего вперёд пейзажа. Нет оптического потока — нет ложного ощущения движения — нет и повода укачаться.

Это не догадка, а измеренный эффект. В обзоре исследований телепортации в журнале Frontiers in Virtual Reality за 2021 год авторы свели 27 работ: в 17 из них телепорт заметно снижал VR-укачивание по сравнению с плавной ездой. Но у медали есть обратная сторона. Раз ты не проходишь путь, а прыгаешь по нему кусками, мозг хуже строит карту пространства. Работа Cherep с коллегами 2020 года показала, что чувство «где я и как сюда попал» лучше всего при ходьбе ногами и хуже всего при телепорте. Поэтому телепорт любят за комфорт и не любят за то, что в большом лабиринте с ним легко заблудиться.

Отсутствие оптического потока снижает вызванное движением VR-укачивание, но одновременно ухудшает счисление пути, из-за чего растёт пространственная дезориентация.
— обзор «Teleportation in Virtual Reality: A Mini-Review», Frontiers in Virtual Reality, 2021

Телепорт и стик — это то, во что играют дома, стоя почти на месте. А вот дальше начинается самое интересное: как заставить человека реально ходить по огромному миру, не выпуская его из тесной комнаты.

Как в VR обойти целый мир, стоя в одной комнате?

Вкратце: есть приём под названием перенаправленная ходьба. Пока ты идёшь, система еле заметно доворачивает весь виртуальный мир вокруг тебя. Ты машинально подправляешь курс ногами и в итоге наматываешь круги по реальной комнате, оставаясь уверенным, что топаешь строго по прямой.

Это самый красивый обман во всей теме, и придумали его давно. Ещё в 2001 году исследователи Разак, Кон и Уиттон описали метод, который так и назвали — redirected walking, перенаправленная ходьба. Идея вот в чём: если во время твоего шага медленно поворачивать всю сцену чуть в сторону, глаз этого не замечает, но тело инстинктивно компенсирует и слегка доворачивает траекторию. Виртуально ты идёшь по прямому коридору, а по факту описываешь дугу в реальном зале.

Насколько сильно можно крутить, чтобы человек ничего не заподозрил, измерили в 2010 году. Штайнике с коллегами усаживали добровольцев за задачу с выбором из двух вариантов и постепенно наращивали искажение. Получились пороги незаметности:

1. Кривизна пути. Прямую виртуальную дорожку можно свернуть в реальный круг радиусом примерно от 22 метров, и человек не поймёт, что идёт по дуге.
2. Длина шага. Реальный путь можно незаметно растянуть или сжать примерно на четверть — виртуальный метр «стоит» от 0,86 до 1,26 реального.
3. Разворот. Когда ты поворачиваешься на месте, систему можно ускорить: физический разворот подкручивают до полутора раз, и это проходит мимо сознания.

Тут важная честность: круг радиусом 22 метра — это всё ещё большой зал, а не кухня. Поэтому чистую перенаправленную ходьбу редко применяют в одиночку — её комбинируют с другими трюками и с моментами, когда систему можно «перезагрузить» и развернуть тебя. Один из таких трюков — тема следующего раздела.

Что такое «невозможные пространства»?

Вкратце: это виртуальные комнаты, которые физически налезают друг на друга в одном и том же месте зала. Пока стены и двери расставлены хитро, мозг не замечает, что две комнаты занимают один пятачок, и ты проходишь их обе, не выходя из маленького помещения.

Представь квартиру в VR: кухня, коридор, спальня. В реальности все они уместились в один и тот же угол зала, просто ты попадаешь в них в разное время, а геометрия перекрывается. Метод описали Сума с коллегами в 2012 году и назвали его impossible spaces — невозможные пространства. Оказалось, что мозг удивительно терпим к такому: небольшие комнаты могут перекрываться до 56 процентов площади, прежде чем человек заподозрит подвох, а крупные — примерно до трети.

Рядом работает ещё один приём — подмена по «слепоте к изменениям». Пока ты отвернулся или смотришь в другую сторону, система тихо перестраивает планировку у тебя за спиной: коридор, по которому ты пришёл, разворачивается в новую сторону. Ты этого не ловишь, потому что человек в принципе плохо замечает изменения вне фокуса внимания. За счёт таких хитростей бесконечный виртуальный особняк умещается в комнату, которую можно обойти за десять шагов.

Собрать всё это дома — редиректы, невозможные комнаты, точную настройку под свой пятачок — почти нереально. Проще один раз прийти туда, где под живую ходьбу отведён большой зал. В парке «НЕРЕАЛЬНОСТЬ» в Казани (ТЦ XL) игровые залы с полной свободой движения устроены так, что ты двигаешься своими ногами по площадке, а не крутишь стик, — и мозг верит происходящему куда охотнее.

Беговые дорожки для VR: можно ли идти бесконечно?

Вкратце: VR-беговая дорожка — это вогнутая скользкая платформа, на которой ты в спецобуви скользишь ногами, оставаясь на месте. Датчики читают скорость и направление шага и передают их в игру. Идти можно хоть километр, но стоит такая штука как хороший компьютер и занимает половину комнаты.

Инженеры давно хотели дать человеку бесконечный пол на площади одного коврика. Так появились всенаправленные беговые дорожки. Работают они не как обычная спортивная дорожка с лентой, а иначе: у тебя под ногами вогнутая гладкая чаша, обувь с низким трением, а талию держит кольцо-обод. Ты делаешь шаг, нога проскальзывает обратно к центру, датчики ловят это движение — и в игре ты идёшь или бежишь по-настоящему, никуда не сдвигаясь в реальности.

История тут показательна: краудфандинговая кампания Virtuix Omni в 2013 году просила 150 тысяч долларов, а собрала 1,1 миллиона — спрос на «настоящую ходьбу в VR» был огромный. Но массовым домашним устройством дорожки так и не стали: они дорогие, тяжёлые и требуют места. Зато их охотно ставят в парки и на игровые площадки, где к оборудованию можно прийти, а не покупать его к себе в спальню.

Какой способ перемещения выбрать?

Вкратце: дома для комфорта бери телепорт, для драйва — плавную езду, если желудок терпит. А максимальное погружение без укачивания даёт только живая ходьба ногами по большому залу — то, ради чего люди идут в VR-парк.

Универсального ответа нет, всё зависит от того, что тебе важнее и сколько у тебя места. Ориентиры такие:

1. Новичку и ребёнку — телепорт или живая ходьба. Оба почти не укачивают, и первый опыт не превратится в «мне плохо, снимите шлем».
2. Тем, кто гонится за реализмом гонок и полётов — плавное движение, но начинать короткими сессиями и следить за самочувствием.
3. Для большого мира и полного эффекта присутствия — ходьба своими ногами. Именно живое перемещение сильнее всего убеждает мозг, что мир настоящий, — об этом мы писали в разборе про эффект присутствия в VR.

Дома почти всегда упираешься в компромисс: либо тесный пятачок и телепорт, либо укачивание от стика. В парке этот компромисс снимается размером зала. Когда под ногами большая свободная площадка, а шлем беспроводной, ты просто идёшь и бежишь — без проводов, границ на каждом шагу и без своего дорогого оборудования. Как устроен такой формат живой ходьбы, разбирали в тексте про VR-квесты с полной свободой движения.

Частые вопросы про перемещение в VR

Вкратце: собрали то, что обычно спрашивают перед первым разом, и ответили без технического тумана.

• Правда ли, что в VR можно ходить по-настоящему? Да. В формате room-scale и особенно на большой площадке ты идёшь своими ногами, а система следит за позицией тела и не даёт врезаться в стены.
• Почему меня укачало у друга, а от ходьбы нет? Скорее всего, друг играл на плавном движении стиком — оно даёт иллюзию движения без отклика тела. Ходьба и телепорт этот конфликт снимают.
• Обязательно ли покупать беговую дорожку? Нет. Дома это дорого и громоздко, а тот же эффект живой ходьбы можно получить на площадке парка, где под это отведён целый зал.
• Можно ли в VR заблудиться? В играх с телепортом — легче, чем кажется: мозг хуже строит карту, когда прыгаешь кусками. При живой ходьбе ориентируешься почти как в жизни.
• С какого возраста ребёнку заходит живая ходьба? Активные форматы с ходьбой обычно пускают примерно с 7 лет, но точную границу всегда ставит конкретная площадка — уточняй на месте.

Как это почувствовать, а не прочитать

Вкратце: любой разбор перенаправленной ходьбы и беговых дорожек проигрывает одной минуте, когда ты реально идёшь по виртуальному миру ногами. Всё это устроено ровно для того, чтобы ты забыл про комнату вокруг.

Теперь ты знаешь, что честная ходьба почти не укачивает, телепорт щадит желудок ценой чувства пути, а огромный мир умещается в зал за счёт кругов и невозможных комнат, которых ты не замечаешь. Проверить это на себе проще, чем собирать систему дома. Приходи в «НЕРЕАЛЬНОСТЬ» в Казани (ТЦ XL): здесь VR-квесты, шутер-арена и 9D-шаттл работают на профессиональном оборудовании и большой площадке, а двигаешься ты своими ногами. Забронируй сессию или отметь у нас день рождения — ярко и без организационных хлопот.

Источники

• Razzaque, Kohn, Whitton, «Redirected Walking» (2001): базовый метод перенаправленной ходьбы — незаметный доворот сцены заставляет идти по дуге. Обзор метода: dl.acm.org
• Steinicke et al., «Estimation of Detection Thresholds for Redirected Walking Techniques», IEEE TVCG (2010): пороги незаметности — радиус кривизны от ~22 м, длина шага примерно -14% до +26%, разворот до полутора раз. pubmed.ncbi.nlm.nih.gov
• «Teleportation in Virtual Reality: A Mini-Review», Frontiers in Virtual Reality (2021): в 17 из 27 работ телепорт снижал укачивание; отсутствие оптического потока против дезориентации и счисления пути; Cherep 2020, Paris 2019, Bozgeyikli 2019. frontiersin.org
• Suma et al., «Impossible Spaces: Maximizing Natural Walking in Virtual Environments with Self-Overlapping Architecture» (2012): малые комнаты перекрываются до 56%, крупные до ~31%; подмена по слепоте к изменениям. pubmed.ncbi.nlm.nih.gov
• Room-scale и границы безопасности: HTC Vive (2016), трекинг Valve Lighthouse, системы Chaperone и Guardian, рекомендованная зона до ~4,5 м. en.wikipedia.org, roadtovr.com
• Virtuix Omni (Kickstarter 2013, собрано 1,1 млн долларов при цели 150 тыс.), KAT Walk C2 (оптический трекинг стоп 1000 Гц, от ~800 долларов), Cyberith Virtualizer: en.wikipedia.org, unboundxr.eu

Полная картина виртуальной реальности — за один заход и без своего шлема. «НЕРЕАЛЬНОСТЬ» в Казани: VR-квесты, шутер-арена и 9D-шаттл — приходи пройти виртуальный мир своими ногами.