VisiMark：为低视力人士在增强现实环境中表征和增强地标以支持室内导航

研究背景与问题

• 作者发现了哪些问题或挑战？
  • 对于有部分视觉能力的低视力人群（People with Low Vision, PLV），导航是一项复杂的任务。他们需要使用标志物（landmarks）作为导航参考，但由于视觉能力限制，辨识某些标志物存在困难，例如低对比度、较小尺寸或视野范围外的标志物。
  • 尽管已有研究探讨了盲人和健全人使用标志物的方法，PLV 的视觉能力介于二者之间，标志物选择和增强需求具有独特性，但相关研究甚少。
• 为什么这个问题很重要？
  • 标志物在空间导航中起关键作用，它们可以帮助用户构建心理模型、自我定位，并确保安全。理解 PLV 在导航中如何使用标志物以及如何有效增强这些标志物，对于提升室内导航的便利性、安全性和独立性至关重要。
• 研究动机与相关工作
  • 作者提出研究两个核心问题：① PLV 如何选择、感知和使用标志物进行导航及心理模型构建？② 什么样的增强技术能有效支持 PLV 标志物识别？
  • 由于增强现实（AR）技术能够沉浸式地提供多模态的视觉反馈，作者希望探索如何利用 AR 增强 PLV 的标志物识别能力。

解决方案

• 作者提出了哪些方法或解决方案？
  • 作者设计了 VisiMark，一个基于头戴式增强现实（AR）的标志物增强界面，旨在帮助 PLV 提高标志物感知能力。VisiMark 包括两个主要功能：
    1. Signboards：在走廊交叉口处提供空间结构和即将到来的标志物预览。
    2. In-situ Labels：通过在物理环境中放置图标和文本进行标志物现场增强。
• 该解决方案的创新之处是什么？
  • VisiMark不仅展示了标志物，还通过AR提供空间结构的概览，允许PLV提前感知可能无法用肉眼直接观察到的标志物。
  • 提出的标志物增强方式不仅关注视觉显著性，还探索那些认知重要但视觉上困难的标志物，这有助于PLV打破以往对显著性标志物的依赖。
• 实施步骤是什么？使用了哪些关键技术？
  • 作者首先进行了用户研究，深入了解PLV如何选择和使用标志物，并据此设计了VisiMark界面。
  • 在实现中，VisiMark使用微软HoloLens 2头显设备，通过预扫描环境标定标志物的位置，并利用Unity开发AR增强内容。
  • 提供了多种定制选项（如字体大小和颜色）来适应用户的视觉偏好。此外，使用了“Wizard of Oz”方法操作系统参数以调整用户界面。

研究成果

• 取得了哪些具体成果？
  • VisiMark显著增强了PLV的标志物感知能力，使用户能够更好地识别以前无法轻易察觉但对导航和安全至关重要的标志物（例如：隐藏在墙中的电梯和卫生间）。
  • 系统有效地将PLV的标志物选择从仅可能视觉显著的对象转变为认知重要且更具有意义的标志物。
  • 实验表明，使用VisiMark的PLV在导航和路径重现任务中的表现更好，如在心理地图绘制任务中增加了标志物记忆的准确性。
• 与现有解决方案相比，它有哪些优势？
  • 与传统的标志物增强工具相比，VisiMark不仅增强了标志物的视觉效果，还提供了空间结构概览，能够帮助PLV识别全局和局部标志物。
  • 系统通过图标和文本标签提供细化信息，这种认知增强有助于用户更容易记忆标志物的一些关键特征。
• 实验或评估结果是什么？
  • 使用VisiMark时，用户对重现导航路径的正确性更高，标志物记忆准确性显著改善。
  • 在主观反馈中，用户认为系统有效且易于学习，且绝大多数用户认为VisiMark没有造成视觉干扰。
• 局限性与未来方向
  • 作者指出系统依赖预扫描的环境，这限制了实时的拓展应用能力。未来需要引入实时AI识别技术，以支持动态环境下的标志物增强。
  • 当前仅针对室内环境，对复杂的户外环境仍有待进一步研究。
  • 标志物增强类型仍有限，未来可以扩展到更多交互组件（如门把手、地面障碍）以满足用户的安全需求。
  • 增强体验需要更灵活的定制选项，支持根据用户的视野功能区域动态调整增强元素的位置和范围。

该研究在PLV标志物增强领域具有重要贡献，不仅对低视力人群的导航技术发展具有实践意义，也通过标志物分类和增强方式的深入分析，为未来导航系统的设计提供宝贵的指导。