基于VR技術(shù)的電子競技體驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：傳統(tǒng)的電子競技系統(tǒng)會受到外界信號的影響，且操作體驗(yàn)感不強(qiáng)。文章提出一種基于VR技術(shù)的電子競技體驗(yàn)系統(tǒng)，體驗(yàn)者能通過該系統(tǒng)在交互性、沉浸性和想象性等方面得到獨(dú)特體驗(yàn)。在硬件設(shè)計(jì)中，該系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)處理傳感器和解釋器接口電路，可有效地獲取和處理體驗(yàn)者的行為數(shù)據(jù)。在軟件設(shè)計(jì)中，該系統(tǒng)通過識別運(yùn)動動作、設(shè)定關(guān)聯(lián)約束和基于VR技術(shù)實(shí)現(xiàn)電子競技人機(jī)互動，進(jìn)一步提升了系統(tǒng)的性能。本文中分別使用三種傳輸方式進(jìn)行電子競技的實(shí)驗(yàn)，對比在四次電子競技體驗(yàn)中所產(chǎn)生的延時(shí)時(shí)間，證明該方法優(yōu)于其他兩種方法。

關(guān)鍵詞：VR技術(shù)；電子競技；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.01.027

中圖分類號：G 642，TP 3? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? ? 文章編碼：1672-7274（2024）01-00-03

Design of Esports Experience System Based on VR Technology

ZHANG Yuqi

（Macau University of Science and Technology， Macau 999078， China）

Abstract： Traditional esports systems are influenced by external signals and have a weak sense of experience in operation. This paper proposes an e-sports experience system based on VR technology， through which the experiencers can get a unique experience in terms of interaction， immersion and imagination. In the hardware design， the data processing sensor and the interpreter interface circuit are used to effectively acquire and process the behavior data of the experiencer. In the software design， the performance of the system is further improved by recognizing sports actions， setting association constraints and realizing human-computer interaction based on VR technology. Three different transmissions were used for e-sports experiments， and the delay time generated in the four e-sports experiences was compared， proving that this method is superior to the other two methods.

Key words： VR technology; e-sports; system design

隨著科技的發(fā)展，電子競技行業(yè)逐漸成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)。在電子競技領(lǐng)域，如何提供更加個(gè)性化和真實(shí)的體驗(yàn)是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)?，F(xiàn)有的研究成果主要集中在電子競技人機(jī)交互和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用等方面^[1]。雖然這些成果在一定程度上提高了電子競技的體驗(yàn)，但仍存在一些問題，如缺乏對體驗(yàn)者個(gè)性化需求的考慮、人機(jī)交互的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性不足等^[2]。因此，本文提出了基于VR技術(shù)的電子競技體驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以彌補(bǔ)現(xiàn)有成果中的不足之處。該系統(tǒng)通過硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了體驗(yàn)者在交互性、沉浸性和想象性方面的獨(dú)特體驗(yàn)。其中，硬件設(shè)計(jì)包括數(shù)據(jù)處理傳感器和解釋器接口電路的設(shè)計(jì)，以有效地獲取和處理體驗(yàn)者的行為數(shù)據(jù)。本文的研究方法具有以下優(yōu)勢：綜合考慮了體驗(yàn)者的個(gè)性化需求和人機(jī)交互的準(zhǔn)確性，采用VR技術(shù)實(shí)現(xiàn)電子競技的沉浸式體驗(yàn)，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和交互性等。

1? ?電子競技體驗(yàn)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

體驗(yàn)者在交互空間中使用傳感器設(shè)備和VR引擎構(gòu)建虛擬環(huán)境，通過傳感器的驅(qū)動，將競技原始數(shù)據(jù)輸出到傳感器組合中，并將經(jīng)過傳感器組合處理的信息數(shù)據(jù)輸入到解釋器中轉(zhuǎn)換為行為數(shù)據(jù)。這種設(shè)計(jì)使得體驗(yàn)者能夠更加真實(shí)地感受虛擬環(huán)境中的交互體驗(yàn)，提高了人機(jī)交互的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性^[3]。如1圖所示。

1.1 數(shù)據(jù)處理傳感器

實(shí)現(xiàn)上述硬件系統(tǒng)處理流程，首先需要對硬件中所用到的傳感器部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。圖2展示了在傳感器中添加數(shù)據(jù)處理裝備的過程。通過添加數(shù)據(jù)處理裝備，可以有效地對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和判斷，從而確保數(shù)據(jù)是否為融合信息。

由圖2可知，右側(cè)的P1裝置中保存著經(jīng)過數(shù)據(jù)處理裝置處理后的四個(gè)數(shù)據(jù)，而R1是左側(cè)處理裝置中的電阻并進(jìn)行了接地處理。在6個(gè)原始數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)處理傳感器處理后，它們的狀態(tài)被標(biāo)記為已完成。在此基礎(chǔ)上，如果這6個(gè)原始數(shù)據(jù)處理后形成了具有融合信息特質(zhì)的數(shù)據(jù)，那么LED燈就會亮起；反之，如果6個(gè)原始數(shù)據(jù)處理后沒有形成具有融合信息特質(zhì)的數(shù)據(jù)，那么LED燈就會保持熄滅狀態(tài)。

1.2 解釋器接口電路

在傳感器處理模塊的設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)處理引擎被連接到傳感器，從而判斷用戶輸入的數(shù)據(jù)是否為融合信息。在收集信息數(shù)據(jù)的狀態(tài)下，這些數(shù)據(jù)可以被轉(zhuǎn)換為行為信息數(shù)據(jù)。在這個(gè)模塊中，加速度計(jì)的作用是測量信息的集成并將這些功能轉(zhuǎn)換為視覺功能。在選擇型號時(shí)，平衡加速度計(jì)應(yīng)被用作速度檢測設(shè)備，它可以準(zhǔn)確地判斷和記錄體驗(yàn)者在電子競技中的動作行為信息數(shù)據(jù)。然而，一些傳統(tǒng)的系統(tǒng)在進(jìn)行模擬融合信息動作時(shí)，只是進(jìn)行了信息之間的相互轉(zhuǎn)化，無法將轉(zhuǎn)化后的信息輸入到主機(jī)系統(tǒng)中，缺少后續(xù)操作功能。因此，本文在解釋器設(shè)備中進(jìn)行轉(zhuǎn)換操作，并在電路中進(jìn)行如圖3所示的設(shè)計(jì)。

由圖3可知，R1、R2、R3和R4是串聯(lián)在電路中的，形成了閉合的轉(zhuǎn)換電路。電阻在電路結(jié)構(gòu)中作為中心結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)間的轉(zhuǎn)換操作。通過這樣的接口電路設(shè)計(jì)，可以在解釋器中進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的相互轉(zhuǎn)換，將融合信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為運(yùn)動行為信息數(shù)據(jù)。

2? ?軟件設(shè)計(jì)

2.1 識別運(yùn)動動作

基于上文提及的系統(tǒng)軟件部分動作識別流程，搭建體驗(yàn)者在電子競技過程中出現(xiàn)的運(yùn)動動作的數(shù)學(xué)模型。通過構(gòu)建的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)VR技術(shù)的仿真功能，識別體驗(yàn)者在電子競技中的動作標(biāo)準(zhǔn)度。

通過式（1）可以獲得體驗(yàn)者在進(jìn)行電子競技時(shí)肢體運(yùn)動的路徑，并通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對運(yùn)動路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入，為了確保電子競技系統(tǒng)的界面質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，需要利用仿真技術(shù)將輸入的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖像，以此來判斷體驗(yàn)者在電子競技時(shí)肢體運(yùn)動動作是否正確。

2.2 設(shè)定關(guān)聯(lián)約束

對體驗(yàn)者在競技過程中的動作以及幅度，根據(jù)捕捉到的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行識別。通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，能夠精確地確定體驗(yàn)者的具體位置以及相關(guān)動作，從而為他們提供一種全新的電子競技全程體驗(yàn)。

在電子競技中，不可能在向左行走的同時(shí)完成向右行走的動作，并且每個(gè)關(guān)節(jié)內(nèi)的運(yùn)動都具有相關(guān)的限制屬性。在進(jìn)行電子競技時(shí)，如果在上一步出現(xiàn)需要向左走且需要左手臂抬高的行為，則根據(jù)關(guān)聯(lián)約束在進(jìn)行下一步的操作時(shí)，不可以出現(xiàn)右手臂太高的行為，由于左右手臂在進(jìn)行連續(xù)動作的變化時(shí)易出現(xiàn)連接不連貫的狀態(tài)，在軟件設(shè)計(jì)中，按照導(dǎo)出過程創(chuàng)建了數(shù)學(xué)運(yùn)動動作模型，并采用統(tǒng)一轉(zhuǎn)換矩陣法描述電競過程中的物理運(yùn)動。通過VR技術(shù)，可以確定體驗(yàn)者在虛擬環(huán)境中的確切位置，并追蹤其運(yùn)動路徑。在電子競技體驗(yàn)中，體驗(yàn)者可以接收到關(guān)于模擬環(huán)境中物體在游戲中的表現(xiàn)水平的反饋，并進(jìn)入虛擬空間與電競比賽中的環(huán)境進(jìn)行交互。當(dāng)體驗(yàn)者做出某種形式的動作時(shí)，環(huán)境會對體驗(yàn)者的動作進(jìn)行實(shí)時(shí)響應(yīng)，做出相應(yīng)的操作，從而提供一種身臨其境的電競體驗(yàn)。當(dāng)體驗(yàn)者與虛擬空問中的物體進(jìn)行觸碰時(shí)，體驗(yàn)者會感受到與之相關(guān)的反應(yīng)，如果體驗(yàn)者對電子競技中出現(xiàn)的物體做出動作，其物體也會發(fā)生位置上的移動。為保證系統(tǒng)運(yùn)行的合理性，應(yīng)設(shè)置關(guān)聯(lián)約束，實(shí)現(xiàn)基于VR技術(shù)的電子競技體驗(yàn)系統(tǒng)。

2.3 基于VR技術(shù)實(shí)現(xiàn)電子競技人機(jī)互動

在進(jìn)行運(yùn)動識別與關(guān)聯(lián)約束的設(shè)定后，可以實(shí)現(xiàn)基于VR技術(shù)的人機(jī)互動。當(dāng)體驗(yàn)者戴上VR眼鏡時(shí)，系統(tǒng)操作人員可以開始電子競技的實(shí)驗(yàn)。這時(shí)體驗(yàn)者通過VR眼鏡可以看到虛擬場景的設(shè)定，通過手柄來控制游戲界面的程序按鈕進(jìn)行操作，點(diǎn)擊“開始”按鈕可以開始整個(gè)電子競技的運(yùn)行，通過虛擬場景的設(shè)定，需要體驗(yàn)者根據(jù)情境做出相應(yīng)運(yùn)動動作，系統(tǒng)通過構(gòu)建的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行動作識別，采用B/S架構(gòu)，應(yīng)用Java語言，通過WebApi和WebSocket服務(wù)的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)對接。將動作數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入、識別后，若動作正確則繼續(xù)進(jìn)行，此時(shí)體驗(yàn)者可以通過VR眼鏡觀看到情境的變化。在后端采用Spring Cloud、Mybatis-Plus等主流的J2EE應(yīng)用開發(fā)框架，實(shí)現(xiàn)電子競技系統(tǒng)體驗(yàn)的人機(jī)互動。

3? ?對比實(shí)驗(yàn)

3.1 實(shí)驗(yàn)說明

為了驗(yàn)證基于VR技術(shù)的電子競技體驗(yàn)系統(tǒng)的可用性，進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，評估系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性，驗(yàn)證其是否能夠準(zhǔn)確地獲取并生成標(biāo)準(zhǔn)的電子競技動作。為了提高實(shí)驗(yàn)的可靠性，將本文設(shè)計(jì)的基于VR技術(shù)的電子競技體驗(yàn)系統(tǒng)與傳統(tǒng)電子競技體驗(yàn)系統(tǒng)以及基于數(shù)據(jù)分析的電子競技系統(tǒng)進(jìn)行對比。

3.2 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性，在實(shí)驗(yàn)前挑選出各個(gè)年齡段對電子競技喜愛度中等偏上的體驗(yàn)者。首先在實(shí)驗(yàn)前，在VR仿真數(shù)據(jù)庫隨機(jī)選擇多個(gè)競技動作，并根據(jù)所選體驗(yàn)者的實(shí)際運(yùn)動強(qiáng)度和肢體協(xié)調(diào)性來分配適合其自身能力的電子競技運(yùn)動動作。通過基于VR技術(shù)的電子競技體驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行競技體驗(yàn)。

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為了驗(yàn)證系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)在電子競技中的優(yōu)勢，對比了在不同信號強(qiáng)度下，實(shí)施電子競技動作時(shí)，三種系統(tǒng)的延遲表現(xiàn)。已知從數(shù)據(jù)庫中隨機(jī)挑選出20個(gè)電子競技動作，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

總體來看，在四次競技體驗(yàn)中，基于VR技術(shù)的電子競技系統(tǒng)的延時(shí)時(shí)間均小于其他兩種方法。其中，在第一次電子競技中，基于VR技術(shù)的電子競技體驗(yàn)系統(tǒng)在競技時(shí)的延時(shí)為0.2 s，傳統(tǒng)系統(tǒng)進(jìn)行電子競技的延時(shí)為1.5 s，基于數(shù)據(jù)分析的電子競技系統(tǒng)在競技時(shí)產(chǎn)生的延時(shí)也為1.5 s。因此在第一次競技中，基于VR技術(shù)的電子競技系統(tǒng)比其他兩種方法有優(yōu)勢。在之后的三次電子競技體驗(yàn)中，基于VR技術(shù)的電子競技系統(tǒng)的電子競技延時(shí)均保持在0.23～0.3 s之間，傳統(tǒng)系統(tǒng)進(jìn)行電子競技的延時(shí)保持在1.7～2.1 s之間，基于數(shù)據(jù)分析的電子競技系統(tǒng)在競技時(shí)產(chǎn)生的延時(shí)保持在1.6～1.85 s之間。經(jīng)過四組數(shù)據(jù)綜合分析得出，基于VR技術(shù)的電子競技系統(tǒng)在電子競技中延時(shí)較短，可實(shí)現(xiàn)競技的高效性。

4? ?結(jié)束語

本文提出了基于VR技術(shù)的電子競技體驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，分別對硬件和軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，并通過對比試驗(yàn)驗(yàn)證該設(shè)計(jì)功能具有優(yōu)勢。體驗(yàn)者在電子競技體驗(yàn)中將自己作為該電子競技系統(tǒng)環(huán)境中的一部分，其中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的沉浸性取決于體驗(yàn)者在進(jìn)行電子競技時(shí)的感知系統(tǒng)。當(dāng)體驗(yàn)者在虛擬場景中經(jīng)歷各種虛擬行為時(shí)，如動作和語言時(shí)會產(chǎn)生一種獨(dú)特的心理感受、創(chuàng)新意識和智能感。VR技術(shù)的魅力不僅限于游戲領(lǐng)域，其還可以廣泛應(yīng)用于建筑和旅游行業(yè)，實(shí)現(xiàn)虛擬場景的漫游。

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作者簡介：張宇琦（1999-），女，漢族，海南?？谌?，碩士研究生在讀，研究方向?yàn)閂R、電子競技。