通过他们的视角和站在他们的立场：在虚拟现实和桌面平台协作过程中提供团队意识

文献标题

透过“他们的眼睛”和“他们的鞋子”：为跨虚拟现实与桌面平台协作提供组感知

文献信息

• 主题领域: 人机交互与协作式数据可视化
• 关键词: 非对称协作、虚拟现实、沉浸式分析、无处不在的分析、跨虚拟性

研究背景与问题

• 问题与挑战:

  • 不同设备用户协作产生的问题：桌面用户和虚拟现实（VR）用户在物理设备、显示模式和交互模型上的差异会减少“共同背景”，导致协作变得复杂。例如，桌面用户和VR用户可能对同一数据的理解存在显著差异。
  • 特别是在现实–虚拟连续体（RVC）上的协作中，桌面与头戴式VR设备间常缺乏“组感知”能力(即了解团队其他成员活动的能力)，如无法看到对方用户的操作或视角状态。

• 重要性:

  • 没有组感知的跨设备协作会降低工作效率，增加误解或交互延迟。
  • 随着沉浸式分析（Immersive Analytics）的兴起，VR和混合现实（MR）越来越多地用于支持复杂的数据分析工作，需要更具普适性和有效性的协作解决方案。

• 研究动机与相关工作:

  • 先前研究已经探讨了协作可视化在同步与异步、同地与远程环境下的角色，但对跨设备协作（尤其是跨虚拟性分析系统）中如何维持组感知研究尚不足。
  • 尽管已有研究提出了特定的组感知机制（如远程触碰、光标跟踪等），但缺乏统一的设计哲学与全面的研究评估。

解决方案

• 提出方法或解决方案:

  • 提出了“眼睛与鞋子（Eyes-and-Shoes）”的设计原则，用于支持跨异构设备的组感知。包含从最低到最高的四个层级：
    1. 地标与类比视图（L1）: 配对的类似视觉隐喻及交互使参考更直观。
    2. 信息提示（L2）: 例如共享的光标位置、眼动焦点等信息提示，用于强调成员间工作内容。
    3. 交互共享（L3）: 同步交互与可视化状态，允许用户在设备之间共享操作过程。
    4. 视角共享（L4）: 实现更高水平的协作，通过屏幕共享等方式，查看协作者的实时视角和操作。

• 创新之处:

  • 提出了统一的“眼睛与鞋子”模型，整合了输入（Interaction）和输出（View）作为协作组感知的核心。
  • 在跨虚拟性协作的框架下，具体化了这些原则，并首次在沉浸与非沉浸环境中系统性地进行了实验性验证。

• 实施步骤与关键技术:

  • 开发了实验平台 VRxD：支持桌面与VR的同步协作分析，支持实时数据同步、交互状态共享及视频流传输。
  • 审视两种科学情景：抽象数据可视化（如多维坐标图）与自然空间映射可视化（如真实的棒球运动数据轨迹），分别进行交互实验。

研究成果

• 成果与优势:

  1. 设计原则验证:
     • “眼睛与鞋子”原则被证明有效，参与者使用该方法实现了良好的组感知水平。
     • 当协作中设备和视图间差异较大时，需要更高级别的组感知支持（L3 或 L4）。
  2. 用户研究发现:
     • L1 与 L2 技术可满足快速参照和简单任务，而 L3 与 L4 更适合高需求协作，例如在复杂任务中建立或重建组感知。
     • 尽管 L4（视角共享）更加全面，但 L3（交互共享）被认为更适合短期任务需求。
     • 不同视图类型（如抽象 vs. 自然空间映射）对协作行为产生显著影响。抽象任务中更多依赖 L3，而自然任务则更多依赖 L1。

• 实验与评估结果:

  • 在棒球数据的抽象与自然空间映射任务中，参与者在解决复杂问题时表现出互动与协作方式的差异。
  • 视角共享功能使 VR 用户能更有效进行数据探索，而桌面用户利用交互共享进行数据输入与准确定位。

• 局限性与未来方向:

  • 局限性:
    • 实验中的设计原则与数据可视化方案不一定通用于所有领域，需要领域特定测试。
    • 个体差异（如使用设备的熟练程度、不对称的 domain 专业知识等）可能影响实验结果。
  • 未来设计:
    • 增强信息提示层级（L2）：例如采用更强的视角“标注”功能。
    • 调研新的视角共享技术（如多设备 3D-2D 映射设备更紧密集成）。
    • 在真实的域任务环境下（如医疗或工程设计）进行长期使用测试。