被动触觉和感知操作在受限乘客空间中扩展现实交互的人体工程学益处

文献标题

The Benefits of Passive Haptics and Perceptual Manipulation for Extended Reality Interactions in Constrained Passenger Spaces

文献信息

• 主题领域: 人机交互 (HCI)，扩展现实 (XR) 和虚拟现实 (VR)
• 关键词: 虚拟现实、狭小空间、被动触觉、3D用户界面、飞机、扩展现实、选择

研究背景与问题

• 发现的问题或挑战: 在飞机等狭小空间中使用扩展现实设备进行交互面临人体工程学问题。例如，触碰到实际表面的位置可能不方便，导致不舒适以及交互性能降低，长期使用也可能受限。
• 问题的重要性: 随着全球航空旅行量的恢复，这种狭窄的空间是扩展现实技术的重要应用场景之一，它可以让用户暂时逃离狭窄旅行环境，享受更丰富的虚拟体验。
• 研究动机与相关工作: 虽然被动触觉和视觉操控技术已被用于XR/VR领域，但在极度受限的空间中如何优化交互性能和用户体验仍然鲜有研究。飞机座位环境也是一个未被充分探索的高潜力应用场景。

解决方案

• 提出的解决方案: 作者提出结合使用被动触觉表面和视觉操控技术，通过重新映射物理表面的位置和旋转来优化体验及舒适度。
• 创新之处:
  • 运用了中度平移和旋转操控技术，将实际表面视觉化为用户感知到的更舒适的位置。
  • 开发了在有限空间内的触觉表面使用技术，与中空交互技术进行了定量和质性对比。
• 实施步骤和关键技术:
  • 使用真实环境中飞机座椅的托盘和座位背面作为被动触觉表面，以保证实验的生态效度。
  • 利用Oculus Quest 2的手部跟踪技术进行实验界面操作，同时使用准确校准的物理表面来进行虚拟映射。
  • 设计两个研究：第一个研究比较被动触觉与中空交互的任务性能；第二个研究重新映射物体的位置和旋转以提高人机工程学舒适性。

研究成果

• 具体成果:
  • 被动触觉比中空交互具有显著优势，包括较低的工作负荷、较快的选择和拖动时间，以及更低的手臂疲劳。
  • 中度重新映射（45°和60°）可在性能和舒适度之间达到有效平衡，显著减少了颈部疲劳。
• 优势:
  • 与仅使用中空交互技术相比，被动触觉显著提升了用户体验及交互性能。
  • 中度重新映射策略优化了人机工程学，使用户在狭小空间内长时间使用XR成为可能。
• 实验或评估结果:
  • 在参与者反馈中，45°和60°的重新映射条件优于更多极端的重新映射（如90°）。
  • 数据支持被动触觉表面是互动案例中更有效的方案，特别是在水平配置中。
• 局限性与未来方向:
  • 局限性包括实验室环境可能未完全模拟飞机真实环境，例如没有考虑飞机运动对交互影响。
  • 未来工作建议研究不同交通工具的具体约束，并进一步优化与多种场景相关的表面映射模型。
  • 在实际使用场景中（例如飞机或汽车后座）验证研究成果，且进一步探索与社交接受度相关的因素。

设计指南

作者总结了为设计适用于受限空间内的XR交互提出了三条设计准则：

1. 利用附近的物理表面进行被动触觉交互：适当地将托盘桌和座位背面作为交互表面来提高精确度和舒适度。
2. 采用适中的视觉重新映射技术：通过45°或60°的表面旋转和位置调整优化用户体验和长时间使用的舒适性。
3. 考虑虚拟与真实手的距离：避免视效上的虚拟手位置与真实手位置过于接近所导致的混淆感。

这些准则为未来的XR交互设计提供了实用指南，同时也为适配狭小空间中的XR应用提供了明确方向。