从慢动作到疯狂速度：通过车辆平移增益和衰减舒适地操纵车内线性VR运动的感知

文献标题

From Slow-Mo to Ludicrous Speed: Comfortably Manipulating the Perception of Linear In-Car VR Motion Through Vehicular Translational Gain and Attenuation

文献信息

• 主题领域: 虚拟现实（VR）、感知操控、交通与自动驾驶环境中的用户体验
• 关键词: 感知操控, 虚拟现实, 动作病, 平移增益, 自动驾驶汽车, 车载增益, 车载衰减, 速度, 车载VR

研究背景与问题

• 发现的问题或挑战:

  • 现有“匹配运动”的虚拟现实（VR）体验将实车运动精确映射到虚拟环境中，虽然减少了动作病（motion sickness, MS）的发生，但也限制了虚拟应用的设计空间。
  • 虚拟速度的放大（增益）或缩小（衰减）可能使旅程体验更丰富，但其对乘客感知和动作病的影响尚不明确。
  • 缺乏将平移增益/衰减应用到现实车载运动的研究，特别是对非主动自我运动的影响研究。

• 重要性:

  • 随着自动驾驶和沉浸式设备（如Holoride）的普及，探索如何在不显著增加动作病的情况下增强车载VR体验至关重要。
  • 增益/衰减技术可以为生产力任务、放松体验和游戏带来差异化的优化。

• 研究动机与相关工作:

  • 现有研究多集中在减少动作病，但没有深入探讨感知操控技术的适用性。
  • 通过引入视觉感知操控技术（例如平移增益与衰减），作者希望扩展车载VR体验的潜力，使之适配不同应用场景（生产力、游戏等）。

解决方案

• 提出的方法:

  • 设计了一种操控乘客视觉速度的车载平移增益与衰减方案，通过修改VR场景中视觉速度与实车速度的比率（即增益/衰减值）。
  • 在两项真实驾驶实验中验证了该方法的效果，分别以阅读与游戏为应用场景。

• 创新之处:

  • 将增益/衰减应用到车载线性运动中，首次评估了非匹配（non-1:1）运动对动作病、任务表现（如阅读效率）及游戏沉浸感的实际影响。
  • 明确了增益和衰减在不同车载VR场景中的适用性，为未来设计提供参考。

• 实施步骤与关键技术:

  1. 增益/衰减操作：
     • 为真实车速（~50km/h）映射不同级别的虚拟速度（增益范围：1.5-9.5x；衰减范围：0.66-0.14x）。
     • 逐步增加视觉速度的变化以减少动作病。
  2. 实验设备与流程：
     • 实验使用带VR头显的真实汽车场景。
     • 测试情境包括控制实验运行的统一城市驾驶路线（直线路段）。
  3. 实验参数：
     • 首项实验（阅读任务）涉及增益与衰减对生产力环境中用户感知的影响；后续实验（游戏任务）探讨了虚拟速度动态变化对玩家沉浸感与游戏体验的影响。

研究成果

• 具体成果:

  • 增益显著提高了旅行感知的速度、距离和兴奋感，但也增加了认知负荷，稍微降低了安全感和放松感。
  • 衰减更适合生产力任务，但可能略微增加动作病。
  • 动态变化的视觉速度需要与实际车速变化保持一致，以维护沉浸感和舒适度。

• 与现有解决方案的比较优势:

  • 探索了1:1匹配运动之外的全新感知操控设计，在低速城市驾驶中也能呈现高速虚拟运输体验。
  • 提供了针对不同应用场景（生产力和娱乐）的优化设计建议。

• 实验或评估结果:

  • 实验1（生产力任务）:
    • 动作病的主要发生于视觉速度衰减情况，但匹配运动和增益条件下症状轻微。
    • 笔记速度在匹配运动中最快，衰减和增益导致速度下降。
  • 实验2（游戏任务）:
    • 高视觉增益（如9.5x）大幅提升游戏的兴奋感，但动态速度变化（如从增益到衰减）略影响沉浸感。

• 局限性与未来方向:

  • 局限性:
    • 实验路线主要为直线路段，未充分考虑道路旋转等复杂运动模式。
    • 当前仅测试了城市低速驾驶场景（~50km/h），未来需在高速或更复杂驾驶条件下扩展。
    • 生产力任务基于单一显示器设计，未来多屏设计可能带来不同用户体验。
  • 未来方向:
    • 探讨弯道驾驶或更高速度下的增益和衰减效果。
    • 开发动态变化感知操控技术的设计指南，例如个性化适配和实时调整。
    • 应用领域拓展：探索增益/衰减在增强现实（AR）场景中的应用潜力，改善乘客体验。