从自拍杆到虚拟拐杖: 通过移动虚拟现实赋能盲人探索

文献标题

From Selfie Stick to Virtual Cane: Enabling Blind Exploration through Mobile Virtual Reality

出版信息

• 主题领域: 面向盲人或低视力（BLV）人群的虚拟现实可访问性。
• 关键词: 移动VR、可访问性、盲人导航、虚拟手杖、空间音频、触觉反馈、认知地图、定向与移动、伪触觉、虚拟环境。

背景与问题

• 问题/挑战: 传统的VR系统高度依赖视觉输入，对BLV人群基本不可访问。现有的可访问VR系统通常需要专用硬件，缺乏便携性，且无法支持基于手杖的沉浸式探索。
• 意义: 让VR对BLV用户可访问可以实现安全的空间探索，支持定向与移动（O&M）训练，并促进其参与主流VR应用。
• 动机与相关工作: 之前的研究探索了非视觉的移动方式、触觉和听觉反馈，以及用于O&M训练的VR系统，但这些系统通常依赖头戴式显示器或定制设备，限制了可访问性。尽管移动设备已被BLV用户广泛采用，但尚未充分利用于基于手杖的VR探索。

解决方案

• 提出的方法: Virtual Cane——一种移动VR系统，使用安装在自拍杆上的智能手机，结合空间音频和振动反馈，为BLV用户模拟白手杖技术。
• 创新点:
  1. 开发了用于伪触觉反馈的双层虚拟对象模型。
  2. 集成了空间音频和振动提示，用于检测物体边界和导航。
  3. 使用消费级设备（智能手机、耳机、自拍杆），提高可访问性和便携性。
  4. 通过用户研究评估认知地图的形成及其现实世界的迁移。
• 流程与关键技术:
  • 智能手机通过AR Foundation跟踪手杖的运动。
  • 耳机提供物体方向和距离的空间音频提示。
  • 双层虚拟对象通过听觉和振动反馈模拟触觉阻力。
  • 训练模块教授虚拟手杖技术，包括持续接触、两点触碰和沿边导航。

结果

• 具体发现:
  • 参与者几乎识别出虚拟环境（VE）中的所有结构组件（M=6.92/7）和物体（M=7.77/8）。
  • 在VE中的认知地图表现与现实场景相当，参与者回忆起大部分结构组件（M=6.31/7）和物体（M=5.46/8）。
  • 现实世界迁移任务显示，基于VE获得的心理地图，参与者准确识别了结构组件（M=6.31/7）和物体（M=5.38/9）。
• 相较基线的优势:
  • 探索速度更快（0.26分钟/平方米 vs. 之前研究的0.70分钟/平方米）。
  • 物体识别准确率更高（87.5% vs. 之前研究的75%）。
  • 沉浸感和真实感评分与现有方法相比具有可比性或更优。
• 实验/评估:
  • 对13名盲人成人（年龄23–72岁）进行实验，包括现实、虚拟和模拟环境中的任务。
  • 指标包括探索时间、认知地图准确性和心理地图迁移。
  • 通过访谈和问卷收集反馈。
• 局限性与未来工作:
  • 参与者样本有限，环境为静态。
  • 虚拟手杖与真实手杖的力学差异。
  • 需要在更复杂、动态和大规模环境中进行评估。
  • 潜在改进包括在真实手杖上安装传感器、提高触觉精度，以及支持多层或拥挤空间。

总结

本文介绍了Virtual Cane，这是一种移动VR系统，利用消费级设备的多模态反馈，使BLV用户能够探索虚拟环境。该系统有效支持基于手杖的导航、认知地图构建以及空间知识的现实世界迁移。对13名盲人参与者的用户研究表明，其在识别结构和物体方面的准确性高，与现实探索相当。尽管系统具有可访问性和便携性，但未来工作将解决触觉精度、参与者多样性和环境复杂性方面的局限性。该方法在O&M训练、教育和娱乐领域具有应用潜力。