使用保真度存在感量表研究虚拟现实系统保真度对存在感的影响

文献标题

Effects of Virtual Reality System Fidelity on Presence using the Fidelity-based Presence Scale

出版信息

• 主题领域: 使用基于保真度的临场感量表（Fidelity-based Presence Scale, FPS）研究虚拟现实（VR）系统保真度组件对临场感的影响。
• 关键词: 虚拟现实，系统保真度，临场感，基于保真度的临场感量表，交互保真度，场景保真度，显示保真度，运动，用户研究。

背景与问题

• 问题/挑战: 现有的临场感问卷未能基于VR系统的保真度组件（交互、场景和显示）系统地测量临场感。很少有研究单独探讨这些组件如何影响临场感。
• 意义: 理解系统保真度如何影响临场感可以指导VR环境的设计，从而增强用户体验和沉浸感。
• 动机与相关研究: 先前研究表明，VR环境中的高保真度通常会增加临场感，但很少有研究同时考察所有三个保真度组件。基于保真度的临场感量表（FPS）提供了一种基于系统保真度测量临场感的新方法，弥补了传统临场感测量工具的不足。

解决方案

• 提出的方法: 设计一个2 × 2 × 2的被试内实验，使用FPS评估交互、场景和显示保真度在运动任务中对临场感的影响。
• 创新点:
  1. 将FPS应用于运动任务，扩展其使用范围至物体操控任务之外。
  2. 在单一研究中全面评估所有三个系统保真度组件（交互、场景、显示）。
  3. 报告临场感指标的效应量，以便在研究之间进行更广泛的比较。
  4. 提供参与者对保真度差异和幻觉触觉感知的见解。
• 实验流程与关键技术:
  • 参与者（n=50）在VR中完成一个运动任务，尝试在八种条件下捕捉蝴蝶，这些条件在交互、场景和显示保真度上有所不同。
  • 交互保真度：真实行走（高）与点对点传送（低）。
  • 场景保真度：连续飞行的蝴蝶（高）与传送的蝴蝶（低）。
  • 显示保真度：高多边形纹理和环境音效（高）与低多边形纹理和无音效（低）。
  • 每次试验后，参与者完成FPS问卷，计算总临场感、交互临场感、场景临场感和显示临场感的得分。

结果

• 具体发现:
  • 高保真度的交互、场景和显示均提高了总临场感得分（交互：F = 62.776, p < 0.001；场景：F = 4.677, p = 0.03；显示：F = 70.549, p < 0.001）。
  • 交互保真度（真实行走）显著提升了交互临场感（F = 67.94, p < 0.001）。
  • 显示保真度（高视听保真度）显著提升了显示临场感（F = 75.689, p < 0.001）。
  • 场景保真度（连续飞行的蝴蝶）对场景临场感无显著影响（F = 2.64, p = 0.105）。
• 相较基线的优势:
  • 交互保真度（f = 1.133）和显示保真度（f = 1.199）对总临场感的效应量较大，表明这些组件的强大影响。
  • 场景保真度对总临场感的效应量为中等（f = 0.309）。
• 实验/评估:
  • 参与者（n=50，平均年龄=23.48）在使用Meta Quest 3的VR环境中完成了八次试验。
  • 使用对齐秩变换（Aligned Rank Transform）对非参数数据进行ANOVA分析。
  • 结果与先前研究进行了比较，并计算效应量以提高适用性。
• 局限性与未来工作:
  • 对场景保真度中的行为一致性研究有限。
  • 未包含嗅觉和味觉反馈等感官模态。
  • 未使用参与者化身以避免混杂效应。
  • 未来工作可探索幻觉触觉感知、基于FPS的迭代设计，以及LLM支持的虚拟代理对临场感的影响。

总结

本研究使用基于保真度的临场感量表（FPS）探讨了交互、场景和显示保真度如何影响VR中的临场感。结果表明，交互和显示保真度显著增强了临场感，而场景保真度在此情境下无显著影响。研究强调了FPS在系统评估VR设计决策中的实用性，并引入效应量报告以便跨研究比较。未来研究可进一步探索其他感官模态、行为一致性以及幻觉触觉感知现象，以进一步优化VR设计和临场感测量。