马里兰大学与普渡大学研究VR重定向行走与生理信号关联性
为了开发更稳定和有效的重定向行走系统，持续评估不同的系统因素是如何影响用户对重定向的敏感性十分重要
（映维网Nweon 2025年06月26日）为了开发更稳定和有效的重定向行走系统，持续评估不同的系统因素是如何影响用户对重定向的敏感性十分重要。在一项研究中，马里兰大学和普渡大学团队研究了重定向行走旋转增益与用户在虚拟现实移动过程中的姿势和注视数据模式之间的相关性。他们进行了心理物理实验来测量用户对重定向行走旋转增益的敏感性，并在实验过程中收集注视和姿势数据。
采用多层次模型，团队研究了虚拟现实系统和不同因素对生理信号的影响。特别地，他们探索了重定向增益、试验持续时间、试验次数和参与者性别对姿势摇摆、注视速度、以及扫视和眨眼频率的影响。
结果表明，一般来说，生理信号与重定向增益的强度、试验持续时间和试验次数显著正相关。注视速度与试验持续时间呈负相关。另外，他们测量了用户在光线充足和昏暗的虚拟照明条件下对旋转增益的敏感度。结果表明，重定向行走检测阈值无显著差异。
在虚拟环境中自然行走对于为用户提供舒适的沉浸式虚拟现实体验非常重要。重定向行走是一种非常有前景的自然移动界面，允许用户探索比可用物理环境更大的虚拟空间。重定向行走的工作原理是，当用户在物理环境中移动时，通过虚拟环境向虚拟camera的轨迹添加难以察觉的旋转和平移（由增益控制）。
为了令重定向行走最为有效，通常更希望添加的运动足够小，以使用户无法察觉。如果不是这样，用户通常会感到晕动症的症状，或者在虚拟环境中难以控制自己的运动。为了避免这种情况，研究人员测量了在用户能够可靠地感知到重定向之前可以注入的最大强度。通常建议增益不应超过这个阈值，以避免给用户带来不适。
对于重定向行走阈值在不同系统配置和不同测量方法下的变化规律，业内已有大量的研究。从先前研究中可以得出的一个主要结论是，重定向行走的感知阈值高度可变，取决于系统和用户因素：阈值的变化取决于性别、视场、实现水平、重定向行走暴露量、音频反馈和用户个人情况。
随着科学的进步，头显的技术能力越来越好；例如，先进的头显可以支持高动态范围成像、变焦光学元件和视网膜分辨率显示等功能。所以，为了开发更稳定和有效的重定向行走系统，持续评估不同的系统因素是如何影响用户对重定向的敏感性十分重要。在这项研究中，马里兰大学和普渡大学团队评估和测量了显示亮度如何影响用户对旋转增益的敏感性。
通常，重定向行走阈值是通过心理物理实验来测量。对于一个参与者来说，这通常需要几个小时，并且可能非常重复和疲劳，而不同的心理物理拟合方法在相同的实验条件下会产生不同的结果，或者可能对感知失误非常敏感。
重定向行走阈值的高度可变性与用于测量它们的心理物理方法不兼容，系统配置的微小变化可能产生不同的阈值，需要重新运行漫长的心理物理校准过程，以确保应用的重定向增益保持在用户的检测阈值以下。因此，为了使重定向行走在现实世界的消费者设置中成为一个更可用的界面，我们必须开发更好的方法来快速准确地估计虚拟移动期间重定向行走增益的不可感知性。
生理信号可能是这个问题的一个潜在解决方案。大量研究表明，用户在VR中的感知体验与其生理信号之间存在联系。同样，人类视觉界的研究人员已经表明，注视行为可以为估计观察者对场景内容的参与程度提供信息。然而，尽管越来越多的证据表明生理信号可以用于推断用户的主观体验和内部状态，但研究人员尚未证明重定向行走增益与任何生理信号之间的直接关联。
所以在这项研究中，研究人员同时测量了生理信号（注视和姿势数据）如何与重定向强度相关，以及系统因素如何影响相关信号。研究人员对研究显示亮度特别感兴趣，因为头显的出现和先前的研究表明，亮度可以影响感知，注视模式和姿势控制。
在这项研究中，团队通过研究重定向行走增益强度与各种系统因素中用户生理信号模式之间的相关性，向更有效和准确地估计重定向行走增益可感知性迈出了第一步。他们进行了一项心理物理实验，以测量用户在明亮和昏暗显示亮度水平下对重定向行走旋转增益的感知阈值，并在实验过程中记录生理信号（注视和姿势数据）。
团队第一个主要贡献是测量了旋转增益阈值如何作为虚拟内容亮度的函数而变化。他们测量了不同亮度条件下的感知阈值，以观察旋转增益的可感知性如何根据虚拟内容的光照水平而变化。
团队第二个主要贡献是对重定向行走旋转增益强度与注视和姿势数据模式之间的相关性进行了初步调查。为了提高研究结果的适用性，研究人员选择注视和姿势数据，因为所述生理信号在大多数现代消费者头戴式设备中都很容易获得，而其他信号通常需要集成额外的传感器。他们将研究局限于旋转增益，因为与曲率和平移增益相比，旋转增益允许在用户开始感知它们之前应用更大范围的增益。研究结果表明，注视和姿势稳定性与重定向行走系统的特性显著相关，并且在光敏条件下检测阈值没有显著变化。
具体来说，他们观察到：
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在光照良好和光照不足的虚拟照明条件下，重定向行走旋转增益的检测阈值没有显著差异。
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旋转增益强度与姿势和注视的生理信号之间存在微小但显著的相关性。
相关论文：Sensitivity to Redirected Walking Considering Gaze, Posture, and Luminance
在这项研究中，团队研究了生理信号（注视和姿势）与重定向行走增益之间的相关性，同时探索照明条件对用户对重定向行走敏感度的影响。根据第一个假设，团队发现姿势稳定性、注视速度、眨眼和扫视频率与重定向过程中VR环境的各种因素显著相关。
与第二个假设相反，实验显示亮度对重定向行走阈值没有显著影响。这一结果有助于增加重定向行走阈值和影响因素的知识体系，以及以生理信号形式的重定向行走耐受性的潜在信号。
当然，这项研究存在一定的局限性。例如，很难确切地知道生理数据中的哪些模式是由于重定向行走或由于参与者在实验过程中自然感受到的晕动症造成。然而，重定向行走通常会增加用户的晕动症，所以在实践中，解开重定向行走和晕动症对生理信号模式的影响可能并不重要。
另外，参与者偏向于年轻人。最后，记录和分析的生理信号只是VR过程中可以记录的潜在可用信号的一个子集。研究仅限于姿势和注视数据，因为这是在大多数现代头戴式设备中很容易获得的生物信号，但心率或皮肤电导等其他信号同样可能是有用的相关信号。未来的工作应该研究重定向行走与其他信号的相关性，如皮肤电反应、瞳孔测量和心率。
