基於沉浸式滑板車的虛擬空間導航系統（NAVIS）框架

核心概念

NAVIS系統透過結合滑板車介面、觸覺回饋和CAVE顯示技術，為虛擬實境環境提供更自然、更具沉浸感的導航體驗。

摘要

NAVIS系統：基於沉浸式滑板車的虛擬空間導航系統框架

導論

虛擬實境（VR）技術的快速發展使用戶能夠沉浸在各種數字環境中，然而，由於現實世界的空間限制，在廣闊的虛擬世界中導航仍然是一項重大挑戰。傳統的虛擬實境移動技術，如瞬間移動或操縱桿控制，通常會損害沉浸感和真實感，導致空間感知和用戶參與度下降。

現有技術的局限性

現有的虛擬實境移動解決方案，如重定向行走、全方位跑步機和基於自行車或滑板的系統，都存在著成本高昂、實用性有限或沉浸感不足等問題。

NAVIS系統的提出

為了解決這些問題，本文介紹了NAVIS（基於沉浸式滑板車的虛擬空間導航系統），這是一種新穎的基於滑板車的虛擬實境系統，旨在實現更自然、更整合的導航體驗。

NAVIS系統的實現

NAVIS系統由三個主要組成部分構成：

1. 改良的室內滑板車設備：包括滑板車和跑步機。
2. 整合的輸入和傳輸系統：包括增量式跑步機編碼器、車把編碼器、Arduino相容微控制器單元（MCU）和WIFI路由器。
3. 顯示系統：包括個人電腦和CAVE顯示器。

系統運作流程

• 用戶在跑步機上行走或滑動，透過增量式編碼器捕捉速度和方向信息。
• 車把上的絕對編碼器收集轉向輸入數據。
• 微控制器單元（MCU）處理編碼器信號，並透過UDP套接字將其傳輸到個人電腦。
• 虛擬實境應用程式接收處理後的數據，並將物理動作映射到虛擬滑板車上。
• CAVE系統顯示虛擬環境，並根據平台收集的運動數據實時做出反應。

結論與未來展望

NAVIS系統透過將現實世界的運動與沉浸式數字空間相結合，為虛擬環境導航提供了一種新穎的方法。透過使用基於滑板車的介面、觸覺回饋和CAVE顯示技術，NAVIS增強了空間感知和直觀導航。這種方法在遊戲、教育等領域具有廣泛的應用前景。未來的發展方向包括：

• 添加生物識別傳感器，以提供個性化的體驗，特別是在康復和健身領域。
• 優化城市模擬和障礙物導航功能。
• 進行用戶研究，以評估NAVIS在遊戲、教育和培訓環境中的效果。
• 擴展至多用戶體驗，以實現虛擬實境中的社交互動和共享探索。

統計資料

微控制器單元每157毫秒透過UART將運動數據傳輸到MCU進行處理。

引述

"NAVIS combines real-time physical mobility, haptic feedback, and CAVE-like (Cave Automatic Virtual Environment) technology to create a realistic sense of travel and movement, improving both spatial awareness and the overall immersive experience."
"By offering a more natural and physically engaging method of exploration, NAVIS addresses key limitations found in traditional VR locomotion techniques, such as teleportation or joystick control, which can detract from immersion and realism."

從以下內容提煉的關鍵洞見

The Framework of NAVIS: Navigating Virtual Spaces with Immersive Scooters

by Zhixun Lin, ... 於 arxiv.org 11-11-2024

https://arxiv.org/pdf/2411.05569.pdf

深入探究

NAVIS系統如何應用於醫療保健領域，例如物理治療或恐懼症治療？

NAVIS系統在醫療保健領域，特別是物理治療和恐懼症治療方面，具有相當大的應用潛力。
物理治療:

中風後復健: NAVIS系統可以為中風後肢體活動受限的患者提供一個安全的環境，讓他們練習行走和協調能力。虛擬環境可以模擬真實世界的場景，例如街道、公園等，讓患者在更自然的環境中進行復健訓練。
平衡和協調訓練: NAVIS系統可以通過調整虛擬環境的難度，例如增加障礙物或改變路面坡度，為需要進行平衡和協調訓練的患者提供漸進式的挑戰。
動機和趣味性: 與傳統的物理治療相比，NAVIS系統的虛擬實境體驗更具趣味性和吸引力，可以提高患者的參與度和積極性。
恐懼症治療:

暴露療法: NAVIS系統可以為患有恐懼症的患者創造一個安全的、可控的虛擬環境，讓他們逐步暴露於恐懼的對象或情境中，例如懼高症患者可以在虛擬環境中體驗站在高處的感覺。
放鬆訓練: NAVIS系統可以結合放鬆訓練技巧，例如深呼吸和冥想，幫助患者在面對恐懼時保持冷靜。
個性化治療: 虛擬環境可以根據患者的特定恐懼和需求進行定制，提供更個性化的治療方案。
總之，NAVIS系統可以作為一種有效的工具，輔助物理治療師和心理治療師為患者提供更 engaging、更有效的治療方案。

駕駛真實滑板車的經驗與使用NAVIS系統在虛擬環境中導航的體驗有多大差異？

儘管NAVIS系統旨在模擬真實駕駛滑板車的體驗，但兩者之間仍然存在一些顯著差異：

空間感知: 真實駕駛滑板車時，我們可以感受到風吹過臉頰、路面的顛簸以及身體的平衡變化，這些感官體驗在虛擬環境中難以完全複製。
物理反饋: NAVIS系統雖然可以通過震動等方式提供一定的觸覺反饋，但與真實駕駛滑板車時感受到的路面阻力、慣性等物理反饋相比，仍然存在差距。
環境互動: 在虛擬環境中，我們無法像在現實世界中那樣與周圍環境進行真實的互動，例如觸摸物體、感受溫度等。
儘管存在這些差異，NAVIS系統仍然提供了一種相對真實和沉浸的虛擬駕駛體驗。隨著VR技術的進步，未來虛擬環境的真實感和互動性將會進一步提升，縮小與真實體驗之間的差距。

如果虛擬實境變得與現實無法區分，我們如何才能確保自己不會迷失在虛擬世界中？

當虛擬實境與現實難以區分時，區分虛擬與現實、避免迷失其中的確是一個重要的議題。以下是一些可能的應對方法：

建立明確的界限: 規定使用VR的時間和頻率，並在現實生活中設定明確的活動和目標，以保持與現實世界的聯繫。
保留真實體驗: 積極參與現實世界的活動，例如與親朋好友面對面交流、參與戶外運動等，以維持真實感官體驗。
技術手段: 開發可以監測使用者心理狀態和行為模式的VR設備，並在使用者過度沉浸於虛擬世界時發出警報。
倫理規範: 制定使用VR技術的倫理規範，例如限制虛擬環境中可能導致成癮或脫離現實的內容和設計。
心理建設: 培養批判性思維，增強對虛擬與現實的辨別能力，避免過度依賴虛擬世界。
在享受虛擬實境帶來的便利和樂趣的同時，我們必須保持清醒的認知，理性地使用VR技術，避免沉迷其中而迷失自我。