GazeZoom：探索用于平移和缩放的注视辅助多模态技术

文献标题

GazeZoom: Exploration of Gaze-Assisted Multimodal Techniques for Panning and Zooming

出版信息

• 主题领域: 基于头戴显示设备（HMD）的凝视辅助多模态交互技术，用于缩放和平移。
• 关键词: 凝视交互、头戴显示设备、缩放和平移、多模态界面、眼动追踪、免手操作、虚拟现实可用性、交互技术、可访问性、用户体验。

背景与问题

• 问题与挑战: 当前的头戴显示设备系统在缩放和平移操作上严重依赖手势交互，这种方式效率低下、容易引发疲劳，并且在双手被占用的场景中不适用。针对缩放和平移的凝视辅助技术尚未得到充分探索。
• 重要性: 高效的缩放和平移对于地图探索、设计以及头戴显示设备中的精确物体操作等任务至关重要。解决这些限制能够提升多种应用场景中的可用性和可访问性。
• 动机与相关研究: 先前研究表明，凝视作为一种指向机制具有潜力，并且与其他输入方式结合可用于选择任务。然而，现有的缩放和平移技术通常依赖固定的缩放中心或需要双手操作，限制了实际场景中的灵活性和可用性。

解决方案

• 提出的方法: GazeZoom，包含三种凝视辅助的缩放和平移技术，利用眼动追踪控制缩放中心，并结合双手、单手或基于头部的输入方式。
• 创新点:
  1. 实现三种不同的凝视辅助技术：BiGaze（双手操作）、UniGaze（单手操作）和HeadGaze（免手操作）。
  2. 对这些技术与基线双手方法进行系统评估。
  3. 设计考虑了将凝视控制集成到头戴显示设备交互中的方法。
  4. 在模拟的PCB焊接任务中展示了实际应用的可行性。
• 流程与关键技术:
  • BiGaze: 将凝视用于缩放中心，结合双手手势控制缩放级别和平移。
  • UniGaze: 使用凝视控制缩放中心，并通过单手手势控制缩放和平移。
  • HeadGaze: 将凝视用于缩放中心，结合头部旋转控制缩放，并通过眼部手势实现平移。
  • 评估包括任务完成时间、错误率以及24名参与者在受控对齐任务中的主观工作负荷。

结果

• 具体发现:
  • BiGaze实现了最快的任务完成时间和最低的错误率，比基线方法快17%-36%。
  • UniGaze提供了可比的精度，同时减少了身体负担。
  • HeadGaze实现了免手操作，但需要更高的认知努力，并且学习曲线更陡峭。
• 相较基线的优势:
  • 所有凝视辅助技术均减少了手动平移操作，并提高了效率。
  • BiGaze和UniGaze的NASA-TLX工作负荷评分显著低于基线方法。
• 实验与评估:
  • 在受控对齐任务中，24名参与者进行了336次试验。
  • 测量指标包括任务完成时间、错误率、累计缩放/平移变化以及主观工作负荷（NASA-TLX）。
  • 后续的演示研究中，12名参与者验证了其在PCB焊接场景中的实际应用。
• 局限性与未来工作:
  • 当前技术依赖预定义参数，这可能不适合所有用户。
  • 商业头戴显示设备中的眼动追踪可靠性限制了精度，尤其是对HeadGaze。
  • 未来工作应探索个性化参数优化、先进传感器融合以及纵向研究以评估学习效果。

总结

本文提出了GazeZoom，一套用于头戴显示设备中缩放和平移的凝视辅助技术，解决了现有基于手势方法的局限性。BiGaze、UniGaze和HeadGaze分别利用眼动追踪控制缩放中心，并结合双手、单手或基于头部的输入方式。实验结果表明，凝视辅助技术提高了效率和可用性，其中BiGaze在速度和精度方面表现最佳，UniGaze在控制与身体负担之间实现了平衡，HeadGaze则支持免手操作。后续在PCB焊接任务中的演示验证了其实际应用的可行性。这些发现为多模态头戴显示设备交互设计提供了重要贡献，特别是在需要免手操作或可访问性解决方案的场景中。