HoloBar：利用视野外交互实现头戴式AR的快速命令执行

文献标题

HoloBar: Rapid Command Execution for Head-Worn AR Exploiting Around the Field-of-View Interaction

文献信息

• 主题领域: 增强现实 (AR)、人机交互设计
• 关键词: 增强现实, 智能手机交互, 菜单交互, HoloLens, 微交互

研究背景与问题

• 发现的问题或挑战:

  • 当前头戴显示器（HMD）上的菜单界面效率较低，导致命令执行繁琐。
  • 菜单显示在HMD的有限视野中，容易遮挡内容且限制菜单大小。
  • 基于空中手势的菜单交互难以精确操作，并且容易引发手臂疲劳。

• 重要性:

  • 提升HMD上的命令执行效率对于增强现实应用的用户体验至关重要。
  • 改善菜单交互能让操作更流畅，减少任务中断。

• 研究动机与相关工作:

  • 结合智能手机与HMD以托管交互流程，可利用智能手机的触摸屏和精确输入能力来弥补HMD的不足。
  • 现有研究多集中于单一任务如导航或3D探索，但对于如何完整执行命令（包括激活菜单、选择项目及验证）的研究较少。

解决方案

• 提出的方法或解决方案:

  • HoloBar是一种新型的两级菜单交互工具，将菜单体系分布于HMD的视野底部与智能手机屏幕上。
  • 通过智能手机在HMD周围的交互进行菜单激活与项目选择，并通过触摸屏验证命令。

• 创新之处:

  • 通过围绕视野的交互方式快速激活菜单，无需暂停当前HMD应用。
  • 通过智能手机的水平移动实现隐式顶级菜单项选择，缩短选择时间。
  • 在智能手机屏幕上预览二级菜单项，减少HMD内容遮挡并提升视觉搜索效率。

• 实施步骤与关键技术:

  1. 菜单布局: 顶级菜单作为菜单栏固定于HMD视野下部，二级菜单显示于智能手机屏幕。
  2. 菜单激活: 用户通过将智能手机提到HMD视野底部激活菜单。
  3. 项目选择与验证: 用户移动智能手机选择顶级菜单项，触摸智能手机选择并验证二级菜单项。
  4. 技术实现: 使用准确的红外光学跟踪系统检测智能手机相对HMD的姿态。

研究成果

• 具体成果:

  • HoloBar在命令执行的所有步骤上（激活菜单、选择顶级菜单项、选择二级菜单项、验证命令）表现出更高效率。
  • 用户体验表明HoloBar的成功率达99%以上，有效支持最多80个命令项。
  • 用户执行一个完整命令的时间平均为2.4秒，符合微交互需求。

• 优势:

  • 与现有HoloLens菜单相比，HoloBar具备29%的时间节约优势。
  • 在用户体验和命令执行流畅度方面表现更优。

• 实验或评估结果:

  • 实验表明，20°的菜单激活距离是性能与疲劳之间的最佳平衡点。
  • 不同菜单设计的对比显示，HoloBar在效率与准确性上显著优于基于头部或手部交互的菜单。
  • HoloBar的触摸验证方式比HoloLens的空中手势或点击器验证方式更高效。

• 局限性与未来方向:

  • 用户偏好较低与智能手机重量相关，可通过采用更轻设备解决。
  • 为系统级命令和应用内命令设计多个HoloBar切换方式。
  • 未来可扩展菜单条布局，增加鱼眼技术或网格形式以容纳更多菜单项。
  • 在工业增强维护任务中，验证HoloBar的长期适应性与使用效果。