动态虚拟环境中头动控制的移动操作研究

发布时间：2020-06-04 12:32

【摘要】：随着虚拟现实和增强现实等技术的发展,传统的交互方式已经不能完全满足需求,新型交互方式的研究迫在眉睫。除了眼动控制和多通道交互这两种常见的新型交互方式之外,头动控制的交互方式也有良好的应用前景,也是本研究的研究对象。至于具体的研究内容,一方面,虚拟现实和增强现实环境相比于传统的二维交互界面更加复杂,而且常常是动态的;另一方面,最常用的交互任务为移动操作。因此,本研究聚焦于动态虚拟环境中用头的转动控制物体移动的操作。本研究采用伍德沃斯的人类移动操作两阶段思想和传统费茨定律相关研究的方法,研究动态虚拟环境下用头的转动控制物体移动这一操作的影响因素和速度准确性权衡。实验1中,被试佩戴沉浸式虚拟现实头盔,进行移动操作,将一个小球放入一个运动的大球之中。小球和大球的深度固定为3m,运动速度固定为1.5m/s,移动方向为远离小球或靠近小球(远离运动和相向运动)。研究移动距离,目标物容差(大球和小球的直径差),被移动的物体(小球)的大小和小球初始移动方向(从左向右或从右向左)对完成时间,错误率的影响。实验2选择实验1中的关键变量移动距离和目标物容差作为自变量,大球的移动速度被设定为第三个自变量,大球的移动方向依然是远离小球或者靠近小球。研究移动距离,目标物容差和目标物移动速度对任务完成时间,错误率以及小球落点分布的影响。主要的实验结果包括:(1)与静态条件下的移动操作类似,大球和小球的初始距离,目标物容差是影响移动操作的两个关键因素;作为本研究重点研究的目标物移动速度,也对移动操作有重要影响。(2)远离运动和相向运动在错误率、完成时间和峰值速度这三项指标上存在显著差异,应该分别研究。(3)远离运动可以根据其速度时间曲线分为快速移动阶段和慢速调整阶段,快速移动阶段的时间主要受到移动距离和目标物移动速度的影响,慢速调整阶段时间主要受到目标物容差和目标物移动速度的影响,而相向运动无法用此方法分为两个阶段。(4)无论是对于远离运动或是相向运动,目标物移动速度的增加都会导致最终落点的分布更加分散,体现在落点标准差增大,有效宽度/容差增大。本研究通过对移动操作影响操作的探究,了解人类在移动操作中的空间知觉、动作感知和视觉等心理机能的使用情况,为相关交互设备的设计和应用提供了一些参考。
【图文】：

标尺,增强现实

一个增强现实系统应该：1.在同一个环境中同时包含虚拟的和真实的物体；2.将真实的和虚拟的物体整合在一起；3.是交互的，三维的，实时的(VanKrevelen & Poelman, 2007)。在许多增强现实系统中，使用者佩戴一个头盔（Head-mountedDisplay,HMD）。使用者可以从透明的显示板中看到真实的世界，同时，虚拟的情境也在同一个显示板上显示。Henderson 和 Feiner 在 2009 年的文章中描述了一个增强现实应用系统。一名工程师佩戴头盔在装甲车中进行维修，他可以直接从头盔中看到炮塔配件，但同时也能看到头盔显示器上的帮助他进行维修的虚拟工具和物品(Henderson & Feiner, 2009)。但是需要注意的是，增强现实技术并不局限于头戴式设备，也不局限于视觉辅助，包括听觉、嗅觉在内的所有感觉都有不错的应用潜力。

示意图,运动模型,示意图,落点

该模型认为由于运动系统的随机噪音，主要子运动之后的落点应该是以目标物中点为中心的正态分布（如图 1.3）。当主要子运动的落点在目标物之外时，则需要一个调整性的第二子运动（如图1.3中的带箭头的虚线）来正确完成任务。当第二子运动的落点依然在目标物之外时，则需要第三子运动，以此类推。由于该模型即包括了单次调整模型，，又包括了冲动变异性模型，所以既可以解释时间较短的运动过程，又可以解释时间较长的运动过程。
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：B841.4

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