基于保真度的存在感量表（FPS）：建模保真度对存在感的影响

研究背景与问题

• 发现的问题或挑战：

  • 在虚拟现实（VR）研究领域，尽管已有多种问卷被开发用于测量“临场感”（sense of presence），研究者对问卷如何衡量具体VR组件对临场感影响的能力并不满意。没有共识的问卷或题目集导致研究者不断调整或定制已有工具，使得结果难以比较和推广。
  • 当前的绝大多数问卷侧重于用户对VR环境的整体主观感知，而非识别具体组件对临场感的贡献。
  • 此外，当前问卷未将“真实感”或“真实性”（fidelity）作为一个关键维度来测量其对临场感的影响。

• 重要性：

  • 虚拟现实的系统设计和用户体验优化依赖于对系统不同部分对临场感贡献的深入了解。这不仅有助于开发更具沉浸感的VR系统，还能推动VR技术的实际应用和研究比较。

• 研究动机与相关工作：

  • 作者基于领域内关于系统真实感（system fidelity）的研究框架（interaction fidelity, scenario fidelity, display fidelity）来指导问卷开发。
  • 通过分析现有问卷工具的优缺点（如 Igroup Presence Questionnaire, Witmer-Singer Presence Questionnaire等），作者意图开发一个新的可以明确揭示“真实感”对临场感影响的量表。

解决方案

• 提出的方法或解决方案：

  • Fidelity-based Presence Scale (FPS)：
    • 具备创新的按真实感维度（interaction, scenario, display）划分的问卷，用以分类和测量VR系统各组件对临场感的影响。
  • 采用德尔菲法（Delphi Method），通过专家评审达成共识，设计初步问卷。
  • 借助探索性因子分析（EFA）对问卷进行验证和调整。

• 该解决方案的创新之处：

  • 创建首个以“真实感”为核心并通过专家共识设计的临场感问卷。
  • 将系统真实感框架应用到临场感测量工具中，突破了传统以用户主观体验为主但无法明确哪些特定技术组件影响临场感的瓶颈。
  • 开发了一种可以通过各真实感维度对VR系统进行独立分析的工具，从而为设计和优化提供了具体指导。

• 实施步骤：

  1. 德尔菲法问卷设计：
     • 招募16位行业专家，分两轮对现有问卷中的题目进行重要性评级。
     • 修改问项语言以符合VR场景，同时确保一致性和清晰性。
  2. 探索性因子分析（EFA）：
     • 设计VR实验（包括8个条件：真实感维度的高/低组合），对55名参与者进行FPS测试。
     • 使用探索性因子分析验证问卷的可靠性和因子结构，最终确定三个因子（interaction presence, scenario presence, display presence）和10题目组成的问卷。
  3. 实验实施和评分标准设计：
     • 在实验中，对真实感的不同维度进行操控，参与者完成特定任务并回答FPS问卷。
     • 计算总分和各子指标分数，揭示系统不同真实感方面对临场感的影响。

研究成果

• 具体成果：

  • 确立了Fidelity-based Presence Scale (FPS)，包含10个最终问项并被分为三个子维度（interaction presence, scenario presence, display presence）。
  • 验证FPS能够显著区分和评估不同真实感维度对临场感的独立贡献。

• 与现有解决方案相比的优势：

  • 明确区分了互动、场景和显示真实感对临场感的不同影响，相比传统临场感问卷（如SUS、IPQ）提供更精细的分析能力。
  • 专家共识驱动设计增强了量表内容的科学性与一致性。
  • 提供开源问卷模板（PDF, Word, Qualtrics格式），以促进研究者使用和跨研究比较。

• 实验或评估结果：

  • 高交互真实感（如虚拟手直接操作）比低真实感（如射线投掷技术）显著提升了临场感评分。
  • 高场景真实感（如一致的重力物理）也显著增强了参与者的场景临场感。
  • 高显示真实感（如高多边形模型和背景音效）在实验中同样表现出对临场感的积极影响，但强度较其他维度略低。

• 局限性与未来方向：

  • 专家样本代表性：参与德尔菲方法的专家主要来自于北美和欧洲，未能完全涵盖全球多样性。
  • 应用场景范围：FPS验证研究局限于单一任务和环境，需在更多任务与场景下验证。
  • 化身（Avatar）的潜在影响：当前实验未包含虚拟化身体化身对临场感的影响，未来可进一步探讨这种交互的潜在贡献。
  • 任务复杂性：未来可引入更多维度的修改（如场景行为或更多视觉/听觉变化）以验证FPS更广的适用性。

总结

FPS的开发和验证为VR研究中的临场感测量提供了重要工具，通过其系统真实感框架和专家共识设计，让研究者和开发者能够更清晰地理解系统组件对用户沉浸和临场感的贡献，同时这一工具也为未来更深层次的研究和应用优化铺平了道路。