VR中物理过程的预期：环境类型与规模改变时间预期

文献标题

Anticipating Physical Processes in VR: Environment Type and Scale Alter Temporal Expectations

出版信息

• 主题领域: 虚拟现实（VR）中的时间预期与物理过程建模
• 关键词: 虚拟现实，时间预期，重力驱动运动，空间尺度，心理表象，内部模型，沉浸式环境，时间感知，物理动力学，用户体验

背景与问题

• 问题/挑战: 尚不清楚用于指导现实世界时间预期的内部模型是否能够不变地转移到沉浸式VR中。先前研究表明，VR中的时间感知可能与现实不同，但影响这些差异的机制和因素，特别是针对物理过程的研究，仍未得到充分探索。
• 意义: 理解VR中的时间预期对于设计连贯且可预测的VR系统至关重要，尤其是涉及时间关键交互、培训和基于物理模拟的应用。
• 动机与相关工作: 先前研究表明，VR可能会扭曲时间感知（如时间压缩）并改变对物理过程的预期，但这些发现仅限于特定情境，缺乏对重力等基本物理规律的系统探索。此外，研究表明VR中的空间尺度会影响时间判断，但其对动态物理过程的影响尚不明确。

解决方案

• 提出的方法: 通过两个实验研究沉浸式VR及其空间尺度如何影响对重力驱动运动的时间预期。参与者在现实和虚拟环境中想象小球沿斜坡滚动，并产生预期的持续时间。
• 创新点:
  1. 证明VR相比现实环境会改变对重力驱动运动的时间预期。
  2. 显示VR中的空间缩放会偏移时间预期，较大的虚拟空间会引发更长的想象持续时间。
  3. 揭示参与者在心理模拟中纳入了重力加速度，但其量化程度被低估。
• 实验过程与关键技术:
  • 实验1: 参与者在现实实验室、1:1比例的VR复制环境以及放大比例的VR房间中想象小球沿斜坡滚动，并产生想象的持续时间，分析环境类型和空间尺度的影响。
  • 实验2: 参与者对斜坡前后半部分的想象持续时间进行标示，以评估其心理模拟中是否纳入了重力加速度。

结果

• 具体发现:
  • 在VR中的想象持续时间比现实实验室中更短（例如，VRnormal: 1.02 vs. RE: 1.07 平均比值）。
  • 较大的虚拟空间（VRlarge）相比较小的虚拟空间（VRnormal）引发更长的想象持续时间。
  • 参与者在心理模拟中纳入了重力加速度，但加速度程度始终被低估（加速度指数 < 2.4）。
• 相较基线的优势: 本研究系统比较了现实与虚拟环境中的时间预期，包括空间尺度对动态物理过程的全新影响。
• 实验/评估:
  • 实验1: 41名参与者在三个环境（RE, VRnormal, VRlarge）中想象小球运动。结果显示环境类型和空间尺度对想象持续时间有显著影响。
  • 实验2: 同一批参与者对斜坡前后半部分的想象持续时间进行标示，结果显示在所有环境中均一致纳入了重力加速度，但程度被低估。
• 局限性与未来工作:
  • 心理表象的可变性导致个体间差异；未来研究可增加样本量和试验次数。
  • 缺乏大规模现实环境限制了对中等和尺度相关效应的解释。
  • 未来研究应探索VR物理实现和先前VR经验如何影响时间预期。

总结

本研究探讨了沉浸式VR及其空间尺度如何影响用户对重力驱动运动的时间预期。两项实验结果表明，VR会改变这些预期，与现实环境相比，VR中的想象持续时间更短，而较大的虚拟空间会导致更长的持续时间。参与者在心理模拟中纳入了重力加速度，但其程度被低估。这些发现表明，VR中的时间预期受媒介和空间背景的影响，为设计连贯且可预测的VR体验提供了重要见解。未来研究应探索VR中物理实现和用户经验如何在交互式场景中影响这些预期。