旋转医生：利用对被动旋转和平移增益的不敏感性实现无限运动基础的VR体验

研究背景与问题

• 问题与挑战: 作者发现了旋转增益和线性增益对用户的感知界限的研究大多集中在主动自运动场景（用户控制自己的运动），但在被动自运动场景（例如汽车或模拟器中乘客的运动）中，缺乏相关研究。被动运动的用户可能对运动变化的敏感度较低，使得虚拟现实体验设计可以超越真实物理运动的限制。
• 重要性: 被动运动场景包括模拟器、汽车的乘客体验和娱乐设施等，在这些场景中，用户的物理运动范围受限，但通过感知操控技术有可能扩展用户体验。从设计的角度来看，这可以显著提升虚拟现实应用的适用性和用户体验。
• 研究动机与相关工作: 当前在被动运动场景中的运动增益（例如旋转增益）尚未系统地探索，并且传统的指导或阈值不适用于这些场景。研究旨在填补这一知识空白并探索如何设计“无界限”的 VR体验。

解决方案

• 方法与创新:

  • 提出了通过感知操控技术（旋转增益、翻译增益以及对立的虚拟-物理运动）来扩展被动运动场景体验的方法。
  • 设计了三项研究，分别衡量能否感知的阈值、舒适阈值，以及如何将旋转增益应用于真实车辆。
  • 第一次研究阐明了旋转增益的最小可感知阈值和最大舒适阈值，以允许设计师将真实和虚拟体验分离。
  • 第二次研究研究了一项任务对这些阈值的影响以及对立运动的可接受性和感知程度。
  • 第三次研究将研究成果应用于设计车载虚拟现实体验，通过调整增益创建与真实物理运动完全不同的虚拟路径。

• 实施步骤和关键技术:

  • 实验方法: 使用方法调整法（MoA）和阶梯法（Staircase）测量旋转增益相关的阈值。
  • 情景测试: 在旋转椅和移动汽车上分别测试感知操控技术的效果。
  • 多任务评估: 探讨任务（如射击游戏）对用户对虚拟运动的感知的影响。
  • 应用设计: 对多层增益（包括旋转与线性增益）的结合程度进行实验，验证“无界限”虚拟体验的可行性。

研究成果

• 具体成果:

  • 在旋转椅实验中，用户的最低可感知旋转增益为4.5倍，而最大舒适阈值为12-17倍，远高于主动运动场景的1.2-4倍。
  • 用户在被动运动场景中对虚拟和真实运动之间的混合感知敏感度较低，尤其是当参与任务时，约9%的对立运动测试被正确识别。
  • 人员对速度快的运动以及较大角度的旋转更加敏感，但线性增益在车辆场景中能减少对旋转增益的察觉，从而增强沉浸感。

• 优势与影响:

  • 与现有解决方案相比，研究表明被动运动中的操控技术比主动运动场景更加有效。在设计被动虚拟体验时，开发者可以显著增强虚拟运动路径而不影响舒适性或沉浸感。
  • 在车载场景中，结合线性和旋转增益可以有效创建不同于现实物理路径的“无界限”虚拟体验。

• 局限性与未来方向:

  • 局限性包括仅研究了单轴旋转（偏航轴）和短时间的增益作用，未探索在长时间使用中的影响。
  • 未来方向包括探索其他旋转轴（例如滚动和俯仰轴）的增益感知，并测试其他场景（如航空模拟器、4D电影或列车车厢）。此外，还应通过不同类型的任务评估感知操控技术的适用性。