微软和西交利物浦大学团队探索用于XR的棍棒状交互控制器
基棒状对象的有形用户界面设计
（映维网Nweon 2024年09月03日）在一项研究中，微软和西交利物浦大学团队探索了用于XR的棒状有形用户界面的设计。
虽然棒状设计广泛应用于日常物品中，但它们作为XR有形用户界面的应用尚未得到系统研究。所以，团队与12位XR和人机交互专家进行了一次参与式设计会议，以调查基于棒状对象的可用性以及如何在XR中利用它们。
然后，研究人员根据功能和握持手势开发了基棒状对象的可视性分类。接下来，团队提出了四种类型的棒状XR控制器形式，并讨论了它们的优点和局限性。
拐杖，游戏控制器摇杆，羽毛球拍，钓鱼竿，棒状设计广泛应用于日常物品中。有形用户界面TUI能够允许用户通过物理对象和材料来与数字信息进行交互。TUI扩展了人机交互的范围，而研究学者一直在探索形状和握把之间的关系。
现在，微软和西交利物浦大学研究了形状设计和握持手势，具体探索了棒状，以及如何将这种形式应用到XR的UI设计之中。
研究人员将棒状对象定义为长、细、圆柱形的物体。他们对棒状对象特别感兴趣，因为棒状对象不仅可以握持在用户手中，而且可以接触或连接到其他物体、地面或墙壁。我们都知道，棒状是日常用品中常用的形状，这种形状可以在各种各样的环境中找到，包括办公（钢笔），运动（球拍）和一般的家庭用品（厨房用具和工具）等等。
另外，棒状图形在HCI和XR中作为TUI存在广泛采用。大多数商业VR控制器的形状都有棒状握把。
然而，目前没有研究系统地探索基于棒状的UI设计。棒状设计在日常使用中有更多的用法，但XR则不然。例如，棒状对象用于支持和平衡身体的特性可能有助于XR中的稳定操作，利用这一特性可能可以节省或减少工作量。
所以，团队的目标是探索和理解基于棒状对象的XR UI设计。指导这项研究的三个研究问题：
- 基于棒状的对象的功能：哪些日常物品是基于棍棒的，它们的功能和使用时的手势是什么？
- XR TUI中基于棒状的设计见解：哪些基于棒状的界面可以集成到XR TUI中，它们的优点和局限性是什么？
- 设计机会：哪些潜在的设计尚未得到研究？
为了解决上述问题，研究人员与12位XR和HCI专家进行了一次参与式设计会议。参与者集思广益，讨论日常棒式对象的性能，并在纸上设计棒式XR控制器。
团队收集了参与者的头脑风暴、设计和访谈反应。
第一个研究问题关注的是基于棒状对象的能力，特别是哪些日常对象是基于棒状，它们的功能和握持手势。所以，团队首先在图2中展示参与者列出的基于棒状的对象。
被提及最多的物品包括“手杖”、“球拍或球棒”、“笔”和“变速杆”。通过对棒类对象和参与者对棒类对象的感知能力的分析，团队从功能和握持手势两方面对棍棒类对象的感知能力进行了分类，并总结了棒类对象的功能、手势和形式设计之间的关系。
为了回答第二个问题，亦即XR图形界面中基于棒状设计的见解，团队分析了参与者对XR棒状控制器的设计。其中，他们概述了来自相关设计的明显模式。总的来说，他们将参与者的设计分为四种形式：标准棒状、长棒、细棒和模块化设计。
图7示出了XR控制器中基于棒状的设计形式，它们的手势模式（表示为g#）和变化（表示为v#)）以及设计起源的参与者（表示为p#）。红色、绿色和蓝色区域分别表示拇指、食指和中指可以放置控件的区域。未开发的设计以*为前缀。
对于第三个问题，团队将商业和学界基于棒状的XR控制器与参与者设计的表单并置。这种比较旨在揭示在XR控制器设计领域中尚未探索的机会。
上面的图7同时标记了未充分开发的设计。首先，团队认为图7-B1的拐杖式接地棒设计在XR TUI中具有非常大的潜力。尽管特定控制器确实表现出长棒形式，但它们用于触控对象而不是为用户提供支持。
研究人员很少观察到任何现有的XR控制器设计采用了拐杖式接地棒形式。尽管这种设计对用户的运动灵活性施加了限制，但随着时间的推移，它可能能够缓解手持XR设备带来的手臂疲劳，而这可能会延长使用时间，并促进更大的运动稳定性。
至于运动限制，考虑到灵活支持设计是值得的，它可以使用特定机制来提供支持和自由度。另外，接地棒同时提供了一个帮助存在站立或行走挑战的用户更容易访问XR内容的机会。它同时可以改造成一根增强现实徒步手杖，在旅行中为徒步旅行者提供增强信息。
其次，尽管一系列的研究已经检查了在XR中使用笔形界面的机会，但大多数都以相同的方式握持。目前的研究尚没有充分利用细棒的灵活性，如图7-C，G1，G2和C.G3所示。正如P12所提出，这是一根细棒，可以在手指之间操纵并实现多种手势。这种设计可能有利于用户需要工具来执行动态手势和精确操作的场景，例如在模拟医疗器械时。
另一个探索的途径是模块化设计。这种多功能设计可能用于需要模拟各种工具的情况。另外，团队认为模块化的思想可以应用于将多种形式组合在一起，从而整合各种形式的优势。例如，可以设计一个手杖接口，上面有一根细棒作为组件，这样它既可以提供手臂支撑，又可以精确指向。
相关论文：Stick-To-XR: Understanding Stick-Based User Interface Design for Extended Reality
总的来说，团队探讨了基于棒状的设计在XR UI设计中的应用。通过参与式设计会议研究日常棍棒状对象的能力，团队提出了一种分类法，详细介绍了棒式对象在功能和手势方面的能力。随后，他们提出了四种基于棒的XR控制器形式，即标准棒、长棒、细棒和模块化设计，并讨论了它们的优点和局限性。
最后，研究人员将现有的棒式XR控制器与所提出的形式并置，并确定了基于棒状的XR TUI设计尚未得到探索的机会，包括拐杖式接地棒、模块化设计、更灵活的细棒设计、长度变化设计和可扩展绳式设计等等。
