视野对虚拟现实中自我中心距离知觉的影响

文献标题

Effects of Field of View on Egocentric Distance Perception in Virtual Reality

文献信息

• 主题领域: 虚拟现实中视场（Field of View, FOV）对自我中心距离感知的影响
• 关键词: 虚拟现实, 视场, 距离感知, 自我中心, 室内环境, 室外环境, 虚拟环境, VR, 水平视场, 垂直视场

研究背景与问题

• 发现问题或挑战:

  • 研究表明，人们在使用虚拟现实头显（HMD）时倾向于低估距离。
  • 影响虚拟环境中距离感知的因素包括设备、环境属性和人的特性，其中视场（FOV）是重要变量，但其具体影响尚存争议。
  • 最新的高视场设备为探索视场对距离感知的影响提供了新的机会。

• 为何重要:

  • 虚拟现实技术的广泛应用（如产业、教育、娱乐）对环境表现的准确性提出了更高的要求。
  • 准确的距离感知是直观交互的关键，特别是在需要快速移动或操作的VR场景中。

• 研究动机与相关工作:

  • 早期研究对FOV和距离感知的影响存在分歧，一些研究表明水平视场（hfov）和垂直视场（vfov）的变化对感知有显著影响，而另一些研究未发现显著相关性。
  • 本研究旨在隔离FOV的影响，消除其他设备属性的干扰（如重量、分辨率等），以确定FOV的具体作用。

解决方案

• 研究方法:

  • 使用Pimax 5K Plus宽视场HMD，模拟不同水平视场（165°、110°和45°）及垂直视场（110°和35°），开展用户研究。
  • 在4种虚拟环境条件下（室内/室外，杂乱/整洁），让用户执行“盲走任务”以评估距离感知误差。

• 创新之处:

  • 首次通过隔离FOV影响，探讨其在高分辨率、宽视场HMD中的具体作用。
  • 不同环境条件下结合FOV变化的全面研究，以验证环境对用户距离感知的影响。

• 实施步骤与关键技术:

  1. 生成不同的虚拟环境：室内整洁、室内杂乱、室外整洁、室外杂乱。
  2. 程序化模拟不同FOV组合，并随机化每次试验的目标点和FOV设置。
  3. 利用盲走任务记录用户感知目标距离的误差。
  4. 采用背负式电脑避免传统有线设备的干扰，保证用户自由行动。

研究成果

• 具体成果:

  • 更宽的水平视场（hfov）显著降低距离感知误差。
  • 垂直视场（vfov）对距离感知的影响不显著。
  • 杂乱环境中的距离感知优于整洁环境；室内环境的距离感知优于室外环境。
  • 距离目标越远，误差越大。

• 与现有解决方案的优势:

  • 研究在硬件配置（分辨率、重量等）保持一致的情况下，将FOV的影响隔离，同步验证了环境的作用。
  • 提供了FOV和环境设计的建议，有助于优化实际VR系统中的距离感知设计。

• 实验或评估结果:

  • 水平视场（165°）下的距离误差显著小于较窄视场（110°和45°）。
  • 垂直视场（110°与35°）之间未表现出显著差异。
  • 室内杂乱环境效果最好，而室外整洁环境误差最显著。
  • 统计学分析支持主要结果显著性，如ANOVA表明hfov和环境类型的主效应显著。

• 局限性与未来方向:

  • FOV范围和环境类型有限，未来研究应进一步细化FOV间隔并测试更多环境变量。
  • 被试集中在大学生群体，未来需扩大样本范围以涵盖更多人口类型。
  • 研究未涉及真实环境与虚拟环境对比，此类比较将成为下一步研究重点。
  • 尚未研究FOV对远场和近场距离感知的影响，这将是未来工作的另一个方向。