在一項開創性的研究中，南加利福尼亞大學的研究團隊成功研發出一種新的 VR 衝浪模擬系統，該系統利用六自由度運動平台，重現了衝浪運動的精髓以及用戶主動發起的推進力。團隊精心構思了一種算法策略，旨在精確捕捉衝浪板的運動學特性和交互式的划槳動力學，並通過一系列精心設計的實驗評估，充分驗證了其有效性與可靠性。
研究結果顯示，該系統能夠出色地模擬出多種加速度狀態，而海洋波紋元素的融入更是顯著增強了加速感知的強烈程度。此外，該系統致力於提升虛擬現實衝浪的真實沉浸感與交互體驗，為未來 VR 衝浪療法及交互式水上 VR 探險的蓬勃發展奠定了堅實的基礎。
隨著觸覺反饋技術的持續精進，VR 模擬的複雜度與逼真度正不斷攀升。然而，相較於飛行器和地面載具模擬領域的進展，水生模擬研究，特別是衝浪模擬，在構建高保真度與恰當動覺反饋的交互式模擬方面仍顯滯後。多數集成了六自由度運動平台的模擬器主要聚焦於航空與地面交通工具，而將其直接應用於水上運動模擬，尤其是衝浪這類充滿獨特動力學的活動，無疑是一項巨大的挑戰。
在水生環境中，與瞬息萬變的水面、複雜的波浪動力學以及所需的精湛操控技巧之間的互動，與相對穩定且可預測的空中或地面環境形成了鮮明的對比。這種複雜的運動動力學特性使得那些原本為空中或地面載具設計的仿真模型在準確複製衝浪體驗時顯得力不從心。
更為棘手的是，傳統的運動線索算法（MCAs）與 washout 濾波器在精確再現低水平加速度時遭遇了不小的困難。MCAs 負責將車輛動力學轉化為運動平台可識別的物理運動，而 washout 濾波器則扮演著至關重要的角色，它隨時間推移不斷重置模擬器的位置，以防止運動平台達到物理極限，同時確保對運動的逼真感知得以維持。然而，傳統的 MCAs 在處理水生相互作用中的大規模運動時顯得捉襟見肘，亟需一種全新的算法來應對這一挑戰。
在此背景下，南加利福尼亞大學的研究團隊提出了一種創新的 VR 衝浪運動生成與映射方法，該方法通過整合六自由度運動平台，成功模擬了衝浪板的動態特性，並提供了生動的運動反饋。與以往的水生模擬研究不同，該研究不僅關注由海浪、風和水流等外部力量驅動的船隻運動，更著重於探索用戶主動產生的力量（如划槳）對虛擬體驗的影響，這是衝浪等水上運動不可或缺的一環。
創建一個能夠響應用戶動作、在確保與用戶運動同步的同時準確呈現低幅度加速力的模擬器，是一項前所未有的挑戰。儘管已有研究嘗試通過螢幕或 CAVE 設置來展示虛擬環境，並響應來自槳的用戶輸入，但現代 VR 頭顯以其更強大的功能、更高的成本效益以及個性化的沉浸式體驗，為這一領域帶來了全新的可能。
虛擬現實衝浪不僅因其安全、可控且愉悅的環境而廣受歡迎，更有望作為一種創新的治療手段，通過結合身體活動與自然水生環境，提供超越傳統療法的獨特益處。衝浪療法已被證實能夠改善身體健康、心理健康和社交能力，尤其對於需要社會支持的年輕人、慢性背痛患者、輕度殘疾個體以及退伍軍人等人群具有顯著效果。
儘管海洋衝浪療法已展現出積極成果，但 VR 衝浪模擬器是否具備相似的治療效果尚待研究驗證。然而，虛擬現實的一個顯著優勢在於其相較於傳統衝浪更易獲取，有望為更多人群提供衝浪療法的機會。
該團隊的實驗旨在深入探索這種仿真系統的設計思路、算法策略及其實證效果。他們開發了一種映射算法，用於估算 VR 中的衝浪板運動學並將其轉化為運動平台的輸出。實驗評估結果顯示，該系統在創造令人信服的沉浸式衝浪體驗方面表現出色。
研究人員還評估了用戶識別不同水平水中加速度的能力，以及身體姿勢和海洋波紋對加速度感知的影響。數據顯示，在不同加速度水平下，感知加速度的平均值呈遞增趨勢，而在海洋波紋條件下，感知加速度的值略有提升。這表明，在 VR 中導航時所體驗到的動覺感覺與虛擬衝浪板的運動緊密相連。除了衝浪板的動作令人信服外，對用戶輸入的快速響應也極大地增強了模擬的沉浸感與樂趣。
此外，模擬的有效性得到了參與者長時間投入的充分驗證。他們在 VR 模擬中總共持續了40分鐘，僅有兩人因輕微的模擬器病症狀而在大約 33 分鐘時提前結束參與。
總體而言，SSQ 分數表明，大多數參與者並未產生模擬器眩暈感，考慮到他們在VR中花費的時間，這樣的系統展現出了極大的潛力與希望。有參與者甚至表示，這是他們迄今為止體驗過的最真實、最震撼的VR體驗之一，在沉浸於 VR 世界時，他們幾乎忘記了時間的流逝。
綜上所述，該團隊成功開發並評估了一個利用六自由度運動平台的 VR 衝浪系統，該系統專注於模擬由用戶主動推進力驅動的水上運動。他們提出的算法策略成功地將衝浪板運動學映射到運動輸出上，並通過 17 名參與者的實驗驗證了其有效性。
研究結果表明，該系統能夠顯著地再現各種加速度水平，並且海洋波紋的引入顯著增強了加速度的感知效果。
此外，問卷調查的結果也證實了該系統在增強用戶參與度和感知方面所生成的逼真運動線索的積極作用。研究人員指出，這項研究為多種應用開闢了新的道路，從娛樂和訓練目的到治療用途均展現出廣闊的前景。它為衝浪療法提供了一種潛在的媒介，有助於提升身體健康、心理健康和社會互動水平，尤其對於高危青少年、殘疾人士等群體而言具有重要意義。
