使用数字眼镜的视觉增强和增强人类感知的设计空间

文献标题

A Design Space for Vision Augmentations and Augmented Human Perception using Digital Eyewear

文献信息

• 主题领域: 人工智能增强现实技术在人类视觉感知的扩展与辅助中的应用
• 关键词: 设计空间, 视觉增强, 增强现实, 混合现实, 视觉障碍, 人体增强, 感官增强, 无障碍技术, 人机交互, 视力补偿

研究背景与问题

• 问题与挑战:

  • 尽管头戴显示设备和数字眼镜早已被用于增强现实（AR）研究，但在利用这类设备增强人类视觉系统（如补偿视觉障碍或扩展视觉能力）的潜力上，还缺少系统分析。
  • 当前缺乏对相关领域的全面分类及创新设计可能性的探索，这制约了新技术和新方向的发现。

• 重要性:

  • 视觉增强不仅能够补偿视觉障碍，还能扩展正常人类的视觉能力，例如改善空间感知、降低社会焦虑、提升注意力管理。
  • 对于快速发展的增强现实技术和数字眼镜技术，一个结构化的研究框架将引导未来的研究和解决方案的设计。

• 研究动机与相关工作:

  • 传统增强现实的研究主要聚焦于将3D信息集成到用户环境中，而视觉增强关注的是根据用户需求改变物理世界的视觉表现。
  • 相关领域的研究高度跨学科（如人机交互、眼科学、光学计算等）。尽管已有以补偿色觉障碍或低视力为目的的一些研究，但尚未有一个全面的设计空间框架。
  • 设计空间方法被其他人机交互领域用于探索所有可能解，但尚未应用于视觉增强领域。

解决方案

• 提出方法:

  • 作者通过形态学分析，建立了一个面向视觉增强的设计空间框架，并用其分类现有解决方案和生成新的设计选项。

• 方法创新:

  • 使用视觉域作为基础类别，提出视觉增强操作可以被定义为对视觉领域内信息的调制或从源域映射到目标域的转换。
  • 该设计空间不仅揭示了现有方法的局限性，还提出了可能的新方向，并提供了一个统一的术语框架。

• 实施步骤:

  1. 定义视觉增强:
     • 将视觉增强定义为一种通过技术传感器和光学设备扩展人类视觉感知的领域。
  2. 识别设计维度:
     • 提取可用于视觉增强的六大视觉领域：刺激场、焦点、光感知、时间、双目视觉和模式。
  3. 形态学分析创建设计空间:
     • 从视觉源域到目标域的映射形成设计空间，用以覆盖所有可能的增强组合。
  4. 设计空间的利用:
     • 用于分类现有解决方案（技术视图、应用视图）并生成新设计选项。
  5. 新设计验证:
     • 实现两个新设计原型（补偿色觉障碍和视觉场扩展），并提供初步实现结果。

研究成果

• 具体成果:

  • 建立了首个针对视觉增强领域的设计空间，通过调制和转换操作覆盖所有视觉源域与目标域的组合。
  • 提出了基于技术、已有工作或应用的多种设计空间视图，分类了当前方法并发现了未被探索的增强组合。
  • 生成并原型化了五个从未被提出的新设计选项：包括色觉转变到焦点、刺激域到双目视域的增强。

• 优势:

  • 该设计空间为视觉增强提供了一种系统化的方法，可用于研究人员组织已有知识、发现未探索领域以及设计新方案。
  • 提供了统一的术语和框架，促进跨学科研究合作。
  • 例证了该设计空间对快速发展的增强现实硬件（如VSTHMD、OSTHMD）的适应性和指导意义。

• 实验或评估结果:

  • 基于Varjo XR-3视频透视头显的原型实现展示了设计空间模型的实用性。初步结果显示，新的设计选择具备实现的技术可能性，并有潜力应用于视觉障碍补偿和扩展领域。

• 局限性与未来方向:

  • 限于本研究未提供实际用户研究和新设计选项的全面性能评估。
  • 当前主要聚焦于视觉域，未来可扩展至包括其他感官增强（如触觉、嗅觉等）的多模态设计空间。
  • 在人类视觉系统与认知能力交互的复杂性方面，设计空间有进一步精化的可能。