Facebook VR研究:力反馈手套比手柄控制器更具代入感、真实感

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对代入感、真实感、效率、享受感和临场感的影响

映维网 2021年10月28日)随着虚拟现实技术和应用的日益普及,开发者和研究人员必须了解人们是如何与虚拟现实环境交互。虚拟现实中最常见的交互控制方法是使用控制器,如Oculus Touch,但基于实时手部追踪的裸手交互等先进技术已经出现,并在Oculus Quest等商用虚拟现实头显中提供。

随着手部追踪在虚拟现实中的应用越来越广泛,对其如何影响虚拟现实体验的研究同样越来越多。尽管在虚拟现实中使用手部追踪比控制器感觉更自然,但它通常缺乏触觉反馈,并且手指容易与虚拟对象的几何体相交,以及穿模。由于缺乏触觉反馈,用户很难知道自己是否已经抓握住物体。另外,与虚拟对象的交叉点看起来不逼真则可能会减少沉浸感。

抓取时的视觉反馈有助于缓解所述问题。VR应用中使用的一个可视化示例是,只要抓住一个对象,就隐藏虚拟手部,并在此期间将对象约束到手的位置。基于这一观察,克莱姆森大学、布林莫尔学院和Facebook Reality Labs组成的团队研究了两种控制模式(控制器与手部追踪)和两种抓取可视化(连续追踪的手与抓取时消失的虚拟手)对代入感、真实感、效率、享受感和临场感的影响。

先前的研究已经探索过非常类似的效果,但它们大多使用更为典型的实验设计,并在多个条件下重复难以反映VR体验的短任务。在名为《Evaluating Grasping Visualizations and Control Modes in a VR Game》的论文中,研究人员的目标是探索更接近于典型虚拟现实体验的影响,其中用户的注意力不是集中在交互条件,而是集中在游戏性方面。所以,团队设计了一款虚拟现实密室逃生游戏。

当研究被试不知道实验的目的,当被试不能比较不同的条件,当被试可能分心甚至没有注意到自己正在采用的交互时,我们将会观察到什么效果呢?这种设计允许团队研究在重复性任务中难以检验的效果,例如控制模式和抓取可视化对享受感的影响。

在实验中,研究人员采用了2×2被试实验设计,比较了控制模式(控制器与追踪手套)和抓取可视化(追踪手与消失手)的自变量。

在控制模式条件下,被试要么使用Oculus Touch控制器与场景交互,要么戴着追踪手套。对于后者,每个手指关节和手背上都有19个动捕标记,然后使用15台Optitrack Prime 17W摄像头以120fps的速度追踪标记,并使用基于光学标记的手部追踪算法实时标记。被试可以自由移动双手,而虚拟化身的双手动作能够模拟映照。在控制器状态下,手指由按钮和扳机键引导。如果不触碰按钮,手指会伸出;触碰则会造成手指会部分伸出;如果完整按下按钮,手指则捏紧。虚拟化身的手臂根据手的位置使用反向运动学设置动画。

在进入虚拟环境之前,被试从六种不同的尺寸中选择最适合自己手的手套。然后相应地调整虚拟化身的双手大小。研究人员创建了两种抓取可视化:追踪手和消失手。在追踪手的情况下,虚拟手始终可见,并跟随玩家的手或控制器的动作。在消失手情况下,一旦被试抓起物品,虚拟手就会消失,并在释放时重新出现。实现起来非常简单,因为手的姿势不需要根据对象进行调整,这可能就是为什么它是一种流行的方法。

经过一番研究,团队总结了不同情况对不同项目的影响。

如图表所示,手套条件的代入感和真实感要高于控制器,而追踪手部的代入感和真实感要高于消失手部,但不太明显。

另外,在享受感方面,手套条件要高于控制器,追踪手高于消失手。

在临场感方面,手套条件同样要高于控制器,而追踪手同样要高于消失手。

至于效率方面,尽管没有发现显著的感知效率差异,但研究人员发现追踪手部条件的完成时间要稍微短于消失手部。

总的来说,团队在这篇论文中提出了一项研究,以调查两种控制模式(手套与控制器)和两种抓取可视化(追踪手与消失手)对代入感、真实感、效率、享受感和临场感的影响。实验结果表明,与控制器相比,当使用手部追踪(手套)作为输入模式时,代入感、真实感、享受感和临场感显著增加。团队同时发现,与消失手相比,尽管追踪手可以增加代入感和享受感,但效果并不明显。因此,团队建议在创建虚拟现实应用程序时,可以将手部追踪作为一种输入模式,而不是控制器,并继续改进这项技术。

相关论文Evaluating Grasping Visualizations and Control Modes in a VR Game

当然,研究人员承认需要进一步的研究以验证所述结果。这项研究的另一个局限性是,用户的手部由一个真实感较低的机器人模型来表示,所以与更真实的手部模型相比,结果可能会有所不同。另外,抓取表示不够逼真。针对这一情况,团队接下来将继续优化研究过程。

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