穿过还是绕行？研究带有世界锚定混合现实物体的行走路径

文献标题

Walking Through or Detour? Investigating Walking Paths with World‑Anchored Mixed Reality Objects

出版信息

• 主题领域: 混合现实（MR）中的行走行为与避碰机制
• 关键词: 混合现实, 行走路径, 虚拟障碍物, 避碰, 动态效果, 用户行为, 头戴显示器, 绕行行为, 穿越率, 空间交互

背景与问题

• 问题 / 挑战: 关于用户在MR环境中如何绕过或穿越虚拟物体的知识有限，尤其是关于行走路径以及影响穿越与绕行行为的因素。现有研究主要集中于绕行路径，未充分分析穿越场景或动态虚拟物体行为的影响。
• 重要性: 理解MR环境中的行走行为对于设计更安全、更高效的MR系统至关重要，尤其是在MR逐渐融入日常生活的背景下。
• 动机与相关工作: 先前的研究探讨了碰撞风险、绕行路径以及影响穿越率的因素，但大多忽略了物体形状、动态效果和个体差异的影响。本文通过研究静态和动态消失的虚拟障碍物的行走路径来填补这些空白。

解决方案

• 提出的方法: 本研究调查了MR环境中用户针对静态和动态虚拟障碍物的行走行为，重点分析影响穿越率和行走路径的因素。
• 创新点:
  1. 确定影响静态虚拟障碍物穿越与绕行行为的因素。
  2. 开发了三种动态效果（Fade, Wipe, Door），使虚拟障碍物在用户接近时消失。
  3. 分析了静态和动态虚拟障碍物的行走路径。
  4. 提供了关于设计更安全的基于世界锚定虚拟物体的MR环境的见解。
• 研究流程与关键技术:
  1. 进行了两项研究，共58名参与者（28人参与静态障碍物实验，30人参与动态效果实验）。
  2. 使用HTC VIVE Focus Vision头戴显示器和运动追踪器记录行走路径。
  3. 实验设计包含变量如障碍物宽度、深度、不透明度、类型及动态效果的时间。
  4. 分析指标包括穿越率、侧向偏移、峰值位置以及主观印象（RPQ和CAQ）。

结果

• 具体发现:
  • 静态障碍物的穿越率随着障碍物宽度增加而提高（0.4 m为17.1%，1.2 m为39.2%），但不受深度、不透明度或高度的影响。
  • 动态效果相比静态障碍物显著减少了侧向偏移，其中Wipe和Door效果优于Fade。
  • 大多数参与者最初绕过动态障碍物，但随着障碍物消失逐渐转向直接路径。
  • 穿越率在个体间差异较大，有些参与者在超过80%的试验中穿越障碍物。
• 相较基线的优势: 动态效果（Fade, Wipe, Door）显著减少了侧向偏移和碰撞焦虑，相比静态障碍物更为有效。其中Wipe和Door在最小化绕行方面表现尤为突出。
• 实验 / 评估:
  • 研究1：分析了针对静态障碍物的4,032次试验，变量包括宽度、深度、不透明度和类型。
  • 研究2：分析了针对动态效果（Fade, Wipe, Door）的3,120次试验，变量包括时间和宽度。
  • 指标包括穿越率、侧向偏移、峰值位置、RPQ和CAQ评分。
• 局限性与未来工作:
  • 参与者群体单一（大学生）且设备类型有限（视频透视头戴显示器）。
  • 障碍物外观受限且行走场景简化（单一障碍物、直线路径）。
  • 未来研究应探索多样化的环境、障碍物设计以及包含行人和障碍物的真实场景。

总结

本研究探讨了MR环境中静态和动态虚拟障碍物的行走路径与穿越行为。主要发现包括障碍物宽度和个体差异对穿越率的影响，动态效果（Wipe和Door）在减少绕行方面的有效性，以及接触消失障碍物后绕行时间的延迟。这些洞见通过强调个性化虚拟物体的放置、适当的动态效果时间以及虚拟物体交互的监管指南，为设计更安全的MR系统提供了指导。