Multiplanes是一個虛擬現(xiàn)實繪畫系統(tǒng)，能夠為用戶提供徒手繪畫的靈活度和繪制完美圖形的能力。通過結合美化繪畫和2D繪畫，Mutiplanes能夠解決創(chuàng)建3DVR全景繪畫的挑戰(zhàn)。要做到這一點，系統(tǒng)在用戶繪制筆畫時基于最可能的預期形狀來美化它們。系統(tǒng)同時將根據(jù)先前和當前筆劃，以及當前控制器姿態(tài)自動生成修正平面和美化觸發(fā)點。基于與先前筆劃的幾何關系，美化觸發(fā)點將充當虛擬環(huán)境內的指示。用戶可以點擊它們以(明確地)觸發(fā)筆劃美化。與其他系統(tǒng)相比，Multiplanes的用戶無需手動設置或執(zhí)行任何類型的特殊手勢來進行激活，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這樣的高質量VR設備。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計過程中使用VR全景技術的興趣。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，其中筆劃將遵循控制器的位置。盡管這種技術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空間作為概念設計的媒介非常感興趣，因為他們期望VR全景系統(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，提供超越身體運動與數(shù)字幾何操作一對一映射的功能”。但與當前的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)過大量培訓才能快速使用。

2. Multiplanes

西蒙弗雷澤大學博士生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)先前和當前筆畫，以及控制器的方向與位置來引導用戶。他們選擇3D徒手繪圖的原因是，這種技巧易于學習，而且VR全景經(jīng)驗豐富與否都能操作相關的系統(tǒng)。此外，3D徒手繪圖功能強大，即使是經(jīng)驗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運動，因為第三維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，在在空中進行3D繪制仍然相當困難。為了提高用戶的準確性，Multiplanes會在用戶繪制時自動美化筆劃。它根據(jù)控制器位置之間的幾何關系將軌跡識別為直線，圓弧或圓。如果幾何關系不類似于任何已知形狀，系統(tǒng)就將筆畫調整成跟隨手部移動的一般曲線。

美化觸發(fā)點(BTP)：系統(tǒng)提供了一種名為美化觸發(fā)點(BTP)的新型指示。它們僅在用戶開始或結束筆劃時觸發(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，具體取決于相應的父筆畫類型。BTP通過顯示幾何關系來改進以前的操作，而不僅僅是端點或交叉點。另外，為了創(chuàng)建BTP，研究團隊不僅考慮了最接近的現(xiàn)有筆劃，同時考慮了最佳繪圖平面和當前控制器姿態(tài)。

自動平面生成：Multiplanes使用當前控制器姿態(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將平面映射到視圖。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。如果他們在繪圖時將控制器移遠當前的繪圖平面(在任一側)，“Quickflip”交互將允許用戶更改為與當前活動平面正交的平面。

其他用戶交互：Multipanes同時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整筆畫大小;而在左手控制器的觸控板上移動拇指則可調整筆畫顏色。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

團隊通過用戶研究評估了原型。目的是征求VR全景用戶對這一全新交互方法的意見，并比較徒手繪畫技術。通常來說，使用Multiplanes生成的結果在視覺上看起來比徒手結果更具吸引力。大多數(shù)被試都喜徒手繪畫的自由感。但結果還表明，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功能給出了相當高的評價(平均5.5分或以上，總分7分)。

4. 總結

Multiplanes是一種VR全景徒手繪圖助手，其結合了新穎的交互技術，可以幫助用戶更準確的繪制圖形。對于筆劃和當前控制器姿態(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)點指示，其說明了與先前筆劃和校正點的幾何關系。Multiplanes同時可以在用戶繪圖或用戶點擊BTP時實時自動美化筆劃。團隊的試點研究發(fā)現(xiàn)，參與者喜歡這一系統(tǒng)，并且欣賞系統(tǒng)帶來的更高準確性。他們認為不顯眼的美化操作和觸發(fā)點特別有幫助。

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