虚拟现实中全向步行平台的发展历史
目前，虚拟现实（VR）中用于用户全向步行的运动平台（VR 行走平台）大致可以分为四个主要发展方向。现有的大多数解决方案均源自日本筑波大学 VR 实验室研究人员的科学研究，这些研究对虚拟移动技术的发展产生了深远影响。
下文将依次介绍各类全向 VR 行走平台的发展方向、当前技术水平，以及为何大多数此类设备至今仍无法提供舒适、真实且符合人体生理特性的虚拟行走体验。
在本页面的最后，我们为您整理了一组 YouTube 视频，按照正文中出现的顺序展示了文中提到的所有设备的实际运行情况。
1. 全向跑步机（Omni-Directional Treadmill）
第一类设备在结构上类似于传统跑步机，但增加了额外的自由度，使用户不仅可以前后移动，还可以左右移动。这类平台的行走表面通常由多个可改变方向的分段或模块组成，整个系统用于动态地将用户引导回工作区域的中心。
这一原理最早于 1997 年在 Torus Treadmill 和 Omni-Directional Treadmill（ODT）中得到实现。
Torus Treadmill 由日本筑波大学研发，而 ODT 则由美国 Virtual Space Devices 公司的工程师提出。该结构的详细说明可见于美国专利 US5562572A《Omni-Directional Treadmill》。
Torus Treadmill 1997
Virtual Space Devices 1997
该方向中规模较大的商业化尝试之一是欧洲的 CyberWalk 项目。其现代延续产品为 INFINADECK，这是一种经过缩小和技术优化的系统，主要面向专业和工业应用场景。
局限性与缺点
此类全向跑步机的主要缺点包括：
- 结构复杂、体积庞大；
- 存在大量产生摩擦的机械部件；
- 需要高功率驱动系统；
- 整体重量大、能耗高、维护复杂。
Cybercarpet 和 StriderVR 项目曾尝试缩小设备体积，但并未解决该原理的根本性问题。这两种设备均采用传统跑步机结构，并辅以球体结构：
- 在 Cybercarpet 中，跑步机在球体模块下方旋转；
- 在 StriderVR 中，球体模块在跑步机上方旋转。
尽管实现方式不同，其基本工作原理及相关限制依然相同。
Disney Holotile
在全向跑步机类别中，Disney Holotile 值得特别关注。该设备的支撑表面由大量具备独立驱动的机械滚轮组成，能够实时补偿用户的移动，并将其引导回平台中央区域。
这种方式使用户能够在不离开工作区域的情况下，向任意方向进行步行动作。该概念在美国专利
US20180217662A1（2017 年）《Floor system providing omnidirectional movement of a person walking in a virtual reality environment》中有详细描述。
尽管该方案在技术上高度复杂且极具创新性，但仍然保留了跑步机类设备固有的局限性，包括机械结构复杂、成本高昂以及难以实现自然行走体验等问题。
真实感的限制
此类设备的另一项重要缺点是无法真实地模拟上下楼梯或在复杂不平地形上的移动。这显著降低了沉浸感，并限制了这些平台在高真实度 VR 场景中的应用。
Cybercarpet StriderVR
2. 具有滑动与减摩效应的平台
第二种发展方向基于摩擦力降低效应的应用。
此类系统中采用：
• 安装在用户鞋底上的滚轮；
• 布置在平台上的滚轮或球形元件；
• 特殊的减摩涂层。
这种方法源于筑波大学研究人员于1995年在SIGGRAPH会议上展示的实验项目“虚拟步行器”。它是最早的虚拟现实（VR）运动界面之一，旨在模拟用户的行走。该设备采用光滑的塑料表面和滑溜的鞋子，使用户的脚在行走过程中能够自由滑动。
该方向发展的下一阶段是
Omni-direction Ball-bearing Disc Platform（OBDP）（1999年），其特点是在支撑表面上直接布置大
量滚珠轴承滚轮。
现代类似装置
该类型的现代商业设备（Virtuix Omni、Wizdish ROVR、WalkMouse、Cyberith Virtualizer、Kat Walk
等）与早期原型在原理上几乎没有区别。改进主要集中在安全防护和支撑系统上，但并未提升步行的真实感。
根本问题在于滑动原理本身：用户被迫在表面上“滑动”双脚，主观感受类似于在冰面上行走，这与人类自然的生物力学并不一致。
Virtual Peranbulator
OBDP
3. 电驱动鞋类（Powered Shoes）
第三种发展方向基于将电驱动滚轮直接固定在用户鞋类上的方案。最早的此类设备是由 筑波大学 VR 实验室 开发的 Powered Shoes。
包括 Freeaim VR Shoes 项目在内的现代类似方案，并未在根本上超越原始概念，仍然存在一系列客观问题：
• 行走过程中鞋体部件相互碰撞；
• 噪声水平较高；
• 对关节产生显著的冲击负荷；
• 无法实现上下楼梯及复杂地形行走。
将升降机构直接布置在用户双腿上，使系统结构笨重，降低了其实用性。
Powered Shoes
Freeaim VR Shoes
4. 具有独立脚部平台的装置
第四种发展方向包括为每只脚设置独立平台的装置。此类解决方案大多仅存在于科研论文和原型阶段。
该类型的早期研究之一在《A foot following locomotion device with force feedback capabilities》一文中进行了描述。
该结构由一个具有两个可动机械臂和四个自由度的平台组成；由于运行过程中承受较大的载荷，该装置需要采用高功率驱动系统，这构成了其主要缺点。
同一方向的装置还包括 Gait Master 系列：
• Gait Master 1 —— 基于伸缩机构的两块可移动脚部平台；
• Gait Master 2 和 Gait Master 5 —— 记载于筑波大学 VR 实验室的学术论文中，其中第二代和第五代版本用于医学康复领域。
分类之外的装置
需要单独提及 CirculaFloor 和 VirtuSphere，它们不属于上述任何一种分类。
CirculaFloor 是由多个机器人平台组成的系统，这些平台会依次移动到用户脚下。
VirtuSphere 是一个直径约2米的透明旋转球体，用户位于其内部。
VirtuSphere 的工作原理最早描述于专利 RU2109336C1（1995年）
《用户沉浸于虚拟现实的方法及其实现装置》。
结论
在研究和测试现有的 VR 全向步行装置之后，我们得出结论：目前尚无任何一种解决方案能够同时提供高
水平的真实感、舒适性和安全性。
我们确信，与现有类似设备在原理上根本不同的 Radix Omnidirectional Treadmill，有能力将 VR 运动技术提升到新的高度。该装置所采用的理念能够显著简化结构、降低工业化生产成本，并使高度真实的虚拟移动技术惠及更广泛的用户群体
