Творчество в VR: Искусственный интеллект помогает создавать естественные взаимодействия

Автор: Денис Аветисян

Новый инструмент позволяет дизайнерам быстро и эффективно проектировать сложные взаимодействия рук и объектов в виртуальной реальности, используя возможности искусственного интеллекта.

Пока крипто-инвесторы ловят иксы и ликвидации, мы тут скучно изучаем отчетность и ждем дивиденды. Если тебе близка эта скука, добро пожаловать.

Купить акции "голубых фишек"

Инструмент HOICraft позволяет разработчикам создавать интерактивные объекты в виртуальной реальности, используя пять основных схем взаимодействия рук и объектов, выявленных в ходе предварительных исследований, и систему рекомендаций, снижающую трудоёмкость ручного создания взаимодействий, что значительно ускоряет процесс прототипирования и сокращает расхождения между задуманным и ожидаемым пользовательским опытом.

Представлен HOICraft — инструмент для создания взаимодействий рук и объектов на уровне отдельных частей, использующий визуальные языковые модели (VLM) для повышения эффективности разработки в VR.

Разработка реалистичных и интуитивно понятных взаимодействий между пользователем и виртуальными объектами остается сложной задачей в виртуальной реальности. В данной работе представлена система ‘HOICraft: In-Situ VLM-based Authoring Tool for Part-Level Hand-Object Interaction Design in VR’, предназначенная для упрощения процесса проектирования взаимодействий на уровне отдельных частей объектов. HOICraft использует возможности визуальных языковых моделей (VLM) для автоматической генерации предложений по интерактивным элементам и настройке поведения объектов в ответ на движения рук пользователя. Может ли подобный подход, основанный на искусственном интеллекте, значительно сократить время и усилия, необходимые для создания качественных VR-интерфейсов?

Погружение в Реальность: Вызовы Интуитивного HOI

Эффективное взаимодействие рук и объектов в виртуальной реальности (VR) является ключевым фактором для достижения эффекта полного погружения, однако традиционные методы разработки в этой области часто оказываются длительными и негибкими. Создание правдоподобных и интуитивно понятных взаимодействий требует значительных временных затрат на проектирование, прототипирование и тестирование различных вариантов. Более того, существующие подходы часто не позволяют быстро адаптироваться к изменяющимся требованиям проекта или новым аппаратным возможностям, что замедляет процесс создания VR-приложений. В связи с этим, возникает необходимость в более эффективных и адаптивных методах проектирования HOI, способных обеспечить высокое качество взаимодействия при минимальных затратах времени и ресурсов.

Разработка убедительного взаимодействия рук и объектов в виртуальной реальности требует тонкого понимания намерений пользователя и широкого набора методов взаимодействия. Исследователи отмечают, что недостаточно просто обеспечить физическую возможность захвата или манипулирования виртуальным предметом; необходимо учитывать, что пользователь пытается сделать и как он это ожидает сделать. Это подразумевает использование различных техник — от прямого манипулирования и телекинеза до использования жестов и голосовых команд — и их адаптацию к конкретным объектам и задачам. Успешное взаимодействие рук и объектов предполагает, что виртуальный мир реагирует на действия пользователя интуитивно и предсказуемо, создавая ощущение присутствия и вовлеченности, а не вызывая когнитивного диссонанса или фрустрации.

В связи с экспоненциальным ростом методов взаимодействия в виртуальной реальности, возникает необходимость в систематизированном подходе к их выбору. Простое перечисление доступных техник недостаточно; требуется учитывать специфику объекта взаимодействия и поставленной задачи. Неэффективный выбор может привести к снижению реалистичности, усложнению управления и, как следствие, к ухудшению пользовательского опыта. Поэтому, исследователи активно разрабатывают фреймворки и алгоритмы, позволяющие автоматически или полуавтоматически подбирать оптимальный метод взаимодействия, основываясь на характеристиках объекта — его форме, материале, весе — и контексте выполнения задачи. Такой подход позволяет значительно повысить эффективность проектирования и создавать более интуитивно понятные и удобные VR-системы.

Исследование методов взаимодействия человек-объект (HOI) с виртуальными объектами выявило основные подходы, включающие манипуляции на основе физики (PM), жестов (GM/GA) и контакта (CM/CA), а также соответствующие анимации.

HOICraft: Автоматизация Дизайна HOI

Система HOICraft использует возможности автоматизированного создания контента (AI-Assisted Authoring) для оптимизации разработки интерактивных опытов (HOI). Данный подход позволяет значительно сократить время и трудозатраты, необходимые для проектирования, за счет автоматизации рутинных задач и предоставления инструментов для быстрого прототипирования. Автоматизация охватывает этапы от анализа объектов и выявления точек взаимодействия до генерации базовых сценариев и предложений по дизайну, позволяя дизайнерам сосредоточиться на творческих аспектах и оптимизации пользовательского опыта.

Система HOICraft включает в себя модуль анализа объектов на основе визуальных языковых моделей (VLM). Этот модуль автоматически идентифицирует составные части объектов в виртуальной среде и определяет потенциальные точки взаимодействия с ними. Анализ осуществляется посредством обработки визуальной информации об объекте и сопоставления ее с обученной моделью, что позволяет системе распознавать различные элементы, такие как ручки, кнопки, поверхности и другие интерактивные компоненты. Результаты анализа предоставляются дизайнеру для ускорения процесса создания HOI (Human-Object Interaction) и упрощения определения функциональности объектов.

Ключевым компонентом HOICraft является модуль «Приоритизатор Частей», предназначенный для оптимизации процесса проектирования взаимодействий. Он анализирует целевые задачи пользователя и автоматически определяет наиболее значимые элементы объекта, требующие детальной проработки. Приоритизация осуществляется на основе оценки релевантности каждой части объекта достижению поставленных целей, что позволяет сконцентрировать усилия дизайнера на критически важных аспектах взаимодействия и снизить трудозатраты на менее значимые детали. Алгоритм учитывает как геометрические характеристики объекта, так и предполагаемые сценарии его использования, обеспечивая точную и эффективную приоритизацию.

Система HOICraft функционирует непосредственно в среде виртуальной реальности (VR), обеспечивая дизайнерам интуитивно понятный и непосредственный интерфейс для создания интерактивных опытов (HOI). В VR-среде дизайнеры могут манипулировать виртуальными объектами и взаимодействовать с ними, используя естественные жесты и движения, что значительно упрощает процесс проектирования и прототипирования. Это позволяет визуализировать и тестировать HOI в реальном времени, без необходимости использования традиционных инструментов разработки и сложных симуляций. Прямое взаимодействие с виртуальным окружением повышает эффективность и креативность процесса создания, а также сокращает время, необходимое для итераций и внесения изменений в дизайн.

Система HOICraft позволяет дизайнерам создавать интерактивные 3D-объекты, анализируя их структуру, предлагая подходящие элементы взаимодействия и позволяя настраивать физические свойства, жесты и анимацию через ранжированные рекомендации.

Интеллектуальное Сопоставление и Выбор Техник HOI

В основе HOICraft лежит модуль сопоставления HOI (Human-Object Interaction), который ранжирует и рекомендует техники взаимодействия — физически-ориентированное манипулирование (PM), манипулирование на основе жестов (GM), контактное манипулирование (CM), анимация на основе жестов (GA) и контактная анимация (CA). Ранжирование осуществляется на основании как предполагаемого намерения пользователя, так и предварительно определенных метрик, позволяющих системе предлагать наиболее подходящий метод взаимодействия в конкретной ситуации. Данный модуль является ключевым компонентом, определяющим выбор техники взаимодействия на основе анализа контекста и заданных приоритетов.

Процесс построения карт взаимодействия (HOI) в HOICraft включает в себя выбор метрик, позволяющих дизайнерам задавать приоритеты для таких факторов, как реалистичность, удобство использования, эффективность и сложность. Выбор метрик определяет, какие аспекты взаимодействия будут оптимизированы. Например, приоритизация реалистичности приведет к более высокому рангу техник, основанных на физическом моделировании, даже если это потребует больших усилий от пользователя. В то же время, если важна эффективность, система отдаст предпочтение техникам, основанным на контакте, из-за их скорости и простоты использования. Данная система позволяет дизайнерам гибко настраивать процесс проектирования HOI в соответствии с конкретными требованиями и целями.

В случае, когда приоритетом является эффективность, система HOICraft отдает предпочтение контактому манипулированию (Contact-based Manipulation) благодаря его высокой скорости и простоте использования. Данный метод предполагает прямое взаимодействие с объектом через интерфейс, минимизируя задержки и требуемые усилия со стороны пользователя. В отличие от физически-обоснованного или анимационного манипулирования, контактовое манипулирование позволяет быстро и точно перемещать или изменять объекты, что особенно важно в задачах, требующих высокой производительности и минимального времени отклика.

В случае, когда приоритетом является достижение максимального реализма взаимодействия, система HOICraft отдает предпочтение физически-обоснованным манипуляциям (Physics-based Manipulation, PM), несмотря на потенциально повышенные требования к усилиям со стороны пользователя. Это означает, что алгоритм ранжирования и рекомендаций техник взаимодействия учитывает необходимость точного моделирования физических свойств объектов и среды, даже если это приводит к увеличению времени выполнения действий или сложности управления. Приоритет реализма над другими метриками, такими как эффективность или простота использования, обеспечивает более правдоподобное и погружающее взаимодействие для пользователя.

В ходе проведенной оценки было зафиксировано статистически значимое снижение количества итераций поиска оптимальных решений (exploratory count) при использовании HOICraft по сравнению с ручным проектированием. Данный показатель свидетельствует о способности системы эффективно оптимизировать процесс создания интерактивных техник, сокращая время и усилия, необходимые для достижения желаемого результата. Уменьшение количества итераций указывает на более эффективный алгоритм ранжирования и рекомендаций техник взаимодействия, позволяющий дизайнерам быстрее находить наиболее подходящие решения для конкретных задач.

Модуль сопоставления HOI в HOICraft определяет оптимальные варианты взаимодействия на основе выбранной пользователем метрики, используя ранжирование для критериев предпочтения, удобства использования и реалистичности, и бинарные решения для эффективности и сложности, при этом по умолчанию применяется лучший результат, а список из NN вариантов позволяет проводить дальнейшее исследование.

К Масштабируемым и Персонализированным Взаимодействиям в VR

Система HOICraft обладает значительным потенциалом для ускорения разработки приложений виртуальной реальности в различных областях, включая игровые развлечения, обучение и моделирование. Она позволяет существенно сократить время, затрачиваемое на проектирование взаимодействия человека с объектами (HOI), автоматизируя процесс создания и адаптации этих взаимодействий. Благодаря этому, разработчики получают возможность быстрее создавать и тестировать новые VR-приложения, а также более эффективно использовать ресурсы. Возможность автоматизации и упрощения процесса HOI-дизайна открывает двери для инноваций в таких сферах, как профессиональная подготовка, медицинская реабилитация и создание интерактивных обучающих симуляторов, где реалистичное и интуитивно понятное взаимодействие с виртуальным окружением играет ключевую роль.

Система HOICraft значительно упрощает процесс проектирования взаимодействий человека с объектами (HOI) в виртуальной реальности, существенно снижая трудозатраты для разработчиков контента. Традиционно, создание реалистичных и интуитивно понятных взаимодействий требовало кропотливой ручной работы, что ограничивало возможности небольших команд и индивидуальных создателей. HOICraft автоматизирует значительную часть этого процесса, позволяя быстро создавать и настраивать HOI без необходимости глубоких знаний программирования или специализированного программного обеспечения. Это открывает двери для более широкого круга людей, желающих создавать иммерсивные VR-приложения, и способствует развитию более разнообразного и инновационного контента в сфере виртуальной реальности.

Возможность адаптации взаимодействия человека с объектами (HOI) в виртуальной реальности в соответствии с намерениями пользователя открывает принципиально новые горизонты персонализации. Система позволяет учитывать индивидуальные предпочтения и уровень подготовки, динамически изменяя способы взаимодействия с виртуальным окружением. Например, для начинающих пользователей система может упростить сложные манипуляции, предлагая более интуитивные и автоматизированные решения, в то время как опытные пользователи смогут получить доступ к более продвинутым и детализированным опциям управления. Такая адаптивность не только повышает удобство и вовлеченность, но и способствует более эффективному обучению и развитию навыков в виртуальной среде, делая взаимодействие более естественным и результативным.

Оценка системы по шкале System Usability Scale (SUS) показала высокий результат — 81.04, что свидетельствует о ее удобстве и простоте использования для конечного потребителя. Дополнительные данные, полученные с помощью шкалы Ликерта, подтвердили эту тенденцию, демонстрируя высокие оценки как в отношении легкости освоения системы, так и ее общей понятности. Эти результаты указывают на то, что разработанный инструмент эффективно снижает порог вхождения для создания интерактивных сценариев в виртуальной реальности, позволяя пользователям с разным уровнем подготовки быстро и комфортно создавать и настраивать взаимодействия.

Дальнейшие исследования направлены на совершенствование модуля сопоставления взаимодействий человека с окружением (HOI) посредством интеграции обратной связи от пользователей и методов машинного обучения. Планируется, что анализ данных о поведении пользователей в виртуальной реальности позволит системе адаптироваться к индивидуальным предпочтениям и повысить качество интерактивности. Применение алгоритмов машинного обучения позволит автоматически оптимизировать сопоставление действий пользователя с соответствующими реакциями в виртуальном мире, что приведет к более интуитивным и реалистичным взаимодействиям. Такой подход не только упростит процесс разработки VR-приложений, но и откроет новые возможности для создания персонализированного опыта, максимально соответствующего потребностям и навыкам каждого пользователя.

HOICraft предоставляет интуитивно понятный интерфейс для проектирования взаимодействия объектов, позволяя дизайнерам задавать намерение и целевую аудиторию, выбирать интерактивные части с приоритетом или вручную, настраивать их свойства и выбирать оптимальное отображение из предложенных вариантов с учетом преимуществ и недостатков.

Исследование, представленное в данной работе, демонстрирует стремление к упрощению процесса создания интерактивных VR-опытов. Авторы предлагают инструмент HOICraft, использующий возможности визуальных языковых моделей для автоматизации рутинных задач при проектировании взаимодействия рук и объектов. Это напоминает о словах Дональда Дэвиса: «Простота — это высшая степень совершенства». HOICraft, по сути, пытается достичь этой простоты в сложном процессе разработки part-level HOI, позволяя дизайнерам сосредоточиться на творческих аспектах, а не на технической реализации. Использование VLM для in-situ авторства — это попытка взломать систему разработки, переосмыслив ее через призму автоматизации и искусственного интеллекта, что соответствует философии понимания системы для ее последующего улучшения.

Куда двигаться дальше?

Представленный инструмент, HOICraft, демонстрирует потенциал визуальных языковых моделей в автоматизации трудоёмкого процесса проектирования взаимодействия рук и объектов в виртуальной реальности. Однако, за кажущейся эффективностью скрывается неизбежная проблема: каждый «патч», каждое улучшение алгоритмов — это молчаливое признание принципиальной неполноты любой модели реальности. Успех не измеряется скоростью создания взаимодействий, а глубиной понимания того, как они работают, и каковы истинные ограничения этого понимания.

Следующим шагом видится не столько усложнение алгоритмов, сколько разработка методов верификации и валидации создаваемых взаимодействий. Необходимо отойти от оценки «реалистичности» в пользу анализа предсказуемости и устойчивости системы. Иначе говоря, важно не то, как «правдоподобно» выглядит взаимодействие, а насколько надёжно оно работает в непредсказуемых ситуациях. Иначе говоря, нужно взламывать систему, чтобы понять, где она ломается.

В конечном итоге, настоящий прогресс заключается в осознании, что автоматизация — это лишь инструмент, а не самоцель. Истинное мастерство дизайнера заключается в умении использовать этот инструмент для создания не просто удобных, но и осмысленных взаимодействий, которые расширяют границы человеческого опыта. Иначе говоря, лучший хак — это понимание принципов работы системы.

Оригинал статьи: https://arxiv.org/pdf/2602.08219.pdf

Связаться с автором: https://www.linkedin.com/in/avetisyan/

Смотрите также:

2026-02-10 19:16