利用头部运动在大曲率显示屏上导航屏外内容

文献标题

Leveraging Head Movement for Navigating Off-Screen Content on Large Curved Displays

出版信息

• 主题领域: 基于头部运动的大型曲面显示器导航
• 关键词: 头部运动, 曲面显示器, 工作空间导航, 多项式映射, 速率控制, 区域控制, VR晕动症, 用户研究, 360°内容, 导航技术

背景与问题

• 问题/挑战: 大型曲面显示器非常适合沉浸式360°内容，但用户仅能看到180°的视窗，导致大量内容处于屏幕外。传统导航技术（如鼠标平移、操纵杆控制）对身体要求较高且会打断用户的流畅体验。此前关于头部运动导航的研究尚未应用于墙面大小的曲面显示器。
• 重要性: 高效地导航屏幕外内容对于沉浸式分析、培训模拟和协作决策等应用至关重要。解决这一挑战可以减少疲劳、提升用户体验并提高生产力。
• 动机与相关工作: 先前的研究探讨了在各种设备上的速率控制和区域控制映射，以及VR和CAVE环境中的基于头部的导航。然而，这些技术在大型曲面显示器上的头部导航效果尚未被研究。

解决方案

• 提出的方法: 提出一种基于头部运动的导航系统，利用速率控制和区域控制映射访问大型曲面显示器的屏幕外内容。
• 创新点:
  1. 引入多项式速率控制作为头部导航最有效的映射方式。
  2. 系统性比较七种映射函数（三种速率控制，四种区域控制）在头部到工作空间导航中的表现。
  3. 在现实地图导航任务中验证头部多项式技术与行业标准方法（拖拽与滑动、推送与释放）的效果。
  4. 提供在大型曲面显示器上实现基于头部导航的设计指南。
• 步骤与关键技术:
  • 研究1: 评估三种速率控制（线性、S型、多项式）和四种区域控制（连续型、摩擦型、叠加型、中断型）映射在头部导航中的表现。
  • 研究2: 比较表现最佳的头部映射（多项式）与拖拽与滑动、推送与释放在地图导航任务中的效果。
  • 指标: 试验时间、头部旋转、工作负荷（NASA TLX）、VR晕动症（VRSQ）和用户偏好。

结果

• 具体发现:
  • 在研究1中，多项式速率控制是最快的（平均试验时间: 3.70秒）且最受欢迎的映射方式，同时工作负荷和VR晕动症评分最低。
  • 在研究2中，头部多项式技术在试验时间（19.57秒 vs. 27.07秒和20.87秒）和感知工作负荷上优于拖拽与滑动和推送与释放。
  • 头部多项式技术所需的运动时间更少（5.31秒），并被18名参与者中的12人评为最受欢迎的技术。
• 相较基线的优势:
  • 头部多项式技术更快、身体负担更小且更受欢迎，相较之下拖拽与滑动效率最低，工作负荷和VR晕动症最高。
• 实验/评估:
  • 研究1: 28名参与者在三种显示窗口大小（400cm、600cm、800cm）和三种目标距离（500cm、750cm、1000cm）下评估七种映射函数。
  • 研究2: 18名参与者在包含两个国家集群和不同角度分离的地图导航任务中比较头部多项式技术与拖拽与滑动、推送与释放。
• 局限性与未来工作:
  • 结果仅适用于半径为3.27米的180°曲面显示器，其他配置可能需要重新校准。
  • 参与者性别多样性有限（研究1: 20名男性，8名女性；研究2: 14名男性，4名女性）。
  • 短暂的洗脱期可能影响了VR晕动症评分。
  • 未来工作: 扩展到2D/3D导航，探索多用户场景，研究自适应映射函数，并与注视或语音输入进行比较。

总结

本文提出了一种基于头部运动的导航系统，用于访问大型曲面显示器的屏幕外内容，并确定多项式速率控制是最有效的映射方式。两项用户研究表明，头部多项式技术在速度、效率和用户偏好方面优于传统方法（拖拽与滑动和推送与释放），同时保持高精度。这些发现为在沉浸式环境中实现基于头部导航提供了可操作的设计指南，具有在分析、培训和协作决策中的潜在应用价值。