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由加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)和墨西哥泛美大學(xué)組成的研究團隊

（映維網(wǎng)Nweon?2022年05月11日）從Tilt Brush到GravitySketch，在VR藝術(shù)應(yīng)用使用不同類型的畫筆進行空間創(chuàng)作越發(fā)流行。所以，社區(qū)正致力于不斷提升相關(guān)體驗。在名為《AdaptiBrush: Adaptive General and Predictable VR Ribbon Brush》的論文中，由加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)和墨西哥泛美大學(xué)組成的研究團隊就針對一種筆刷提出了自己的優(yōu)化方案。

熟悉上述VR創(chuàng)作工具的用戶應(yīng)該不會對Ribbon Brush感到陌生。這種筆刷允許你繪制出如同絲帶般的帶狀圖形。就技術(shù)方面，系統(tǒng)通過沿六自由度控制器尖端追蹤的空間軌跡或路徑掃掠固定長度的直線來定義帶狀幾何體。

盡管現(xiàn)有的Ribbon Brush筆刷界面可以有效地繪制簡單的帶狀幾何圖形，但它們在操作空間方面存在限制，并且可以在看似自然的手勢下生成意外的偽影，從而影響繪圖效率和創(chuàng)作質(zhì)量。所以針對這個問題，團隊提出了所謂的AdaptiBrush。

簡單來說，現(xiàn)有應(yīng)用在手腕旋轉(zhuǎn)方面存在不足的方面，而團隊的方案能夠允許用戶舒適地通過手臂和手腕運動來擴展操作空間。他們表示，這種自適應(yīng)通用可預(yù)測VR帶狀筆刷可允許用戶輕松地繪制復(fù)雜的帶狀圖形。

現(xiàn)有的Ribbon Brush利用固定控制器軸的方向來計算直紋曲面的方向。社區(qū)有直接使用特定控制器軸的方向作為直紋曲面的方向，亦有使用特定的控制器軸作為近似的帶狀法線，并將直紋曲面方向定義為固定軸方向與控制器軌跡切線的叉積，從而得出與所述控制器軸嚴格正交的直紋曲面。

使用前一種方法改變直紋曲面方向，或使用后一種方法顯式改變直紋曲面法線都需要用戶旋轉(zhuǎn)控制器。遺憾的是，人類在持續(xù)運動中旋轉(zhuǎn)手腕的能力有限，從而影響了用戶按照意愿定向控制器的能力。

在連續(xù)運動過程中，由于人體關(guān)節(jié)的自由度和運動范圍有限，特定控制器的方向難以實現(xiàn)。即便可以實現(xiàn)，其都需要令人不適的手腕扭轉(zhuǎn)。

自適應(yīng)通用可預(yù)測帶狀筆刷AdaptiBrush則可以利用舒適的手臂和手腕運動來擴展六自由度控制器支持的操作空間，同時可以避免不可預(yù)測的筆刷行為。

其中，團隊在每個時間步中計算主導(dǎo)方向作為約束優(yōu)化問題的解決方案。AdaptiBrush主要圍繞三個關(guān)鍵的設(shè)計選擇進行構(gòu)建。

首先，放松控制器軸和直紋曲面方向之間的固定鏈接，允許所有控制器軸和直紋曲面之間的角度發(fā)生變化。其次，約束直紋曲面方向始終與路徑軌跡正交。第三，使用剩余的自由度，通過計算在世界坐標(biāo)系和控制器坐標(biāo)系中逐漸變化的控制方向，并僅在響應(yīng)清晰的用戶提示時偏離控制器軸，從而最大化筆刷的可預(yù)測性。

結(jié)合起來，這種設(shè)計選擇允許用戶使用主要的平移運動來改變直紋曲面和法線方向。由于直紋曲面在任何時候都是軌跡正交，使用AdaptiveBrush繪制的帶狀圖形始終保持用戶指定的寬度，并且在正常方向不存在不可預(yù)測的變化。

研究人員指出，由于提高可預(yù)測性并鼓勵直紋曲面與其中一個控制器軸對齊，AdaptiveBrush更易于使用和學(xué)習(xí)。另外，團隊使用高效的并行求解器實時解決由此產(chǎn)生的全幀優(yōu)化問題，避免了用戶交互過程中的任何延遲。

在實驗中，團隊主要評估了AdaptiveBrush，以及Tilt Brush到GravitySketch等各種不同的配置，并發(fā)現(xiàn)AdaptiveBrush能夠允許用戶繪制各種復(fù)雜程度的幾何圖形，而且被試研普遍認為AdaptiBrush更有效、更易于使用，而且輸出質(zhì)量更高?？傮w而言，他們強烈傾向于使用AdaptiBrush（58%對33.4%；標(biāo)準值為8.6%）。

相關(guān)論文：AdaptiBrush: Adaptive General and Predictable VR Ribbon Brush

當(dāng)然，團隊承認AdaptiveBrush依然能以繪制具有高負高斯曲率的大區(qū)域帶狀圖形，而且考慮到人體關(guān)節(jié)運動的局限性，目前尚不清楚任何使用現(xiàn)成商業(yè)控制器的手勢驅(qū)動筆刷是否在生物力學(xué)上完全通用。

所以，研究人員接下來將繼續(xù)優(yōu)化方案。并開發(fā)繪圖教程，從而幫助用戶學(xué)習(xí)如何有效地操作AdaptiveBrush。

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