超越划船：研究虚拟环境中基于划船的移动的操控方法

文献标题

Rowing Beyond: Investigating Steering Methods for Rowing-Based Locomotion in Virtual Environments

文献信息

• 主题领域: 虚拟现实 (VR)、体感游戏、用户体验、人机交互
• 关键词: 虚拟现实、划船、体感游戏、移动方式、转向控制、实验评估、用户体验

研究背景与问题

• 发现的问题或挑战: 当前的虚拟现实划船体感游戏主要局限于一维移动（前后方向），尚未充分探索基于划船机的二维和三维空间移动。划船机的运动模式在二维（平面移动）和三维（例如飞行或水下探索）环境中的转向映射尚不明确。
• 重要性: 二维和三维的自由移动扩展了虚拟环境的可能性，可以提供更丰富、更具吸引力的交互体验，同时增加了用户运动和探索的乐趣。
• 研究动机与相关工作: 作者旨在探索划船机的新交互方式，并基于现有研究提出针对头、手和脚的转向技术解决方案，实验评估这些技术在用户性能、体验和VR晕动症（VR Sickness）方面的表现。

解决方案

• 提出的解决方案: 设计了三种基于划船机的转向方法：
  1. 头部转向：通过头部的俯仰和偏航来控制移动方向。
  2. 手部转向：利用划船机手柄的滚轴旋转控制方向，并通过按钮实现上下移动。
  3. 脚部转向：基于脚趾压力分布来控制左右移动以及上下移动。
• 创新点:
  • 解决划船机在多维空间中的移动问题，为用户带来更自由、更具有沉浸感的体验。
  • 比较头部、手部和脚部转向的性能和用户体验，结合用户身体不同部位的互动进行针对性设计。
  • 引入压力感应和按钮等多种形式的输入，并结合划船机特性调整游戏机制。
• 技术与实施步骤:
  • 分别为头部、手部和脚部设计实验背景交互逻辑（例如头部俯仰映射为上下移动）。
  • 通过Unity和Oculus Quest 2开发虚拟环境，结合ANT+速度传感器和压力传感器实时采集用户操作数据。
  • 设计二维和三维测试任务（通过收集虚拟硬币验证不同转向技术的效率）。

研究成果

• 具体成果:
  • 性能表现: 头部转向效率最高，二维和三维中的完成时间短且定位精准；手部转向较为真实但在三维表现稍逊；脚部转向在二维表现不错，但三维较差。
  • VR晕动症: 各方法的晕动症水平相当，略低，但在三维场景中稍高于二维场景。
  • 用户体验:
    • 头部转向被认为操作负担最低且最直观。
    • 手部转向被认作最真实的方法，部分用户同样偏爱。
    • 脚部转向在学习曲线较陡，适合较低速度的任务场景。
    • 主体测试中，手部和头部分别在三维和二维环境中获得用户较高的使用意愿。
• 实验数据与结论:
  • 头部转向的任务完成时间与精确度优于其他方法，且头部和手部在二维环境中用户喜好相当。
  • 没有发现显著的操作方法对晕动症的影响差异，说明划船运动对感官反馈有缓解效果。
• 局限性与未来方向:
  • 局限于硬币收集任务，未来可扩展至探索性任务环境。
  • 三维操作下脚部转向复杂度较高，未来可通过优化输入映射方式与压力传感器布局增强用户舒适度。
  • 更多关于长期使用可能产生的影响（例如体能消耗、持久使用后的晕动症变化）仍需探索。
  • 结合方法（如头部与手部结合或手部与脚部结合）有可能提升交互效率，也应成为未来研究重点。

总结与意义

本研究为基于划船机的虚拟现实移动提供了多种转向方法的实践与对比分析。头部转向因其操作简易性和精确性适用于速度要求高的体感游戏，而手部转向因其现实感更适合强调沉浸感的场景。脚部转向在二维环境中表现不错，在增强用户探索感和任务丰富性方面也有一定潜力。本研究为未来体感游戏设计和虚拟环境的交互提供了重要参考，也展现了体感设备在二维到三维环境扩展中的可能性。