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Facebook VR研究:力反饋手套比手柄控制器更具代入感、真實感

AR/VR

2021年10月28日

  隨著虛擬現實技術和應用的日益普及,開發者和研究人員必須了解人們是如何與虛擬現實環境交互。虛擬現實中最常見的交互控制方法是使用控制器,如Oculus Touch,但基于實時手部追蹤的裸手交互等先進技術已經出現,并在Oculus Quest等商用虛擬現實頭顯中提供。

  隨著手部追蹤在虛擬現實中的應用越來越廣泛,對其如何影響虛擬現實體驗的研究同樣越來越多。盡管在虛擬現實中使用手部追蹤比控制器感覺更自然,但它通常缺乏觸覺反饋,并且手指容易與虛擬對象的幾何體相交,以及穿模。由于缺乏觸覺反饋,用戶很難知道自己是否已經抓握住物體。另外,與虛擬對象的交叉點看起來不逼真則可能會減少沉浸感。

  抓取時的視覺反饋有助于緩解所述問題。VR應用中使用的一個可視化示例是,只要抓住一個對象,就隱藏虛擬手部,并在此期間將對象約束到手的位置?;谶@一觀察,克萊姆森大學、布林莫爾學院和Facebook Reality Labs組成的團隊研究了兩種控制模式(控制器與手部追蹤)和兩種抓取可視化(連續追蹤的手與抓取時消失的虛擬手)對代入感、真實感、效率、享受感和臨場感的影響。

  先前的研究已經探索過非常類似的效果,但它們大多使用更為典型的實驗設計,并在多個條件下重復難以反映VR體驗的短任務。在名為《Evaluating Grasping Visualizations and Control Modes in a VR Game》的論文中,研究人員的目標是探索更接近于典型虛擬現實體驗的影響,其中用戶的注意力不是集中在交互條件,而是集中在游戲性方面。所以,團隊設計了一款虛擬現實密室逃生游戲。

  當研究被試不知道實驗的目的,當被試不能比較不同的條件,當被試可能分心甚至沒有注意到自己正在采用的交互時,我們將會觀察到什么效果呢?這種設計允許團隊研究在重復性任務中難以檢驗的效果,例如控制模式和抓取可視化對享受感的影響。

  在實驗中,研究人員采用了2×2被試實驗設計,比較了控制模式(控制器與追蹤手套)和抓取可視化(追蹤手與消失手)的自變量。

  在控制模式條件下,被試要么使用Oculus Touch控制器與場景交互,要么戴著追蹤手套。對于后者,每個手指關節和手背上都有19個動捕標記,然后使用15臺Optitrack Prime 17W攝像頭以120fps的速度追蹤標記,并使用基于光學標記的手部追蹤算法實時標記。被試可以自由移動雙手,而虛擬化身的雙手動作能夠模擬映照。在控制器狀態下,手指由按鈕和扳機鍵引導。如果不觸碰按鈕,手指會伸出;觸碰則會造成手指會部分伸出;如果完整按下按鈕,手指則捏緊。虛擬化身的手臂根據手的位置使用反向運動學設置動畫。

  在進入虛擬環境之前,被試從六種不同的尺寸中選擇最適合自己手的手套。然后相應地調整虛擬化身的雙手大小。研究人員創建了兩種抓取可視化:追蹤手和消失手。在追蹤手的情況下,虛擬手始終可見,并跟隨玩家的手或控制器的動作。在消失手情況下,一旦被試抓起物品,虛擬手就會消失,并在釋放時重新出現。實現起來非常簡單,因為手的姿勢不需要根據對象進行調整,這可能就是為什么它是一種流行的方法。

  經過一番研究,團隊總結了不同情況對不同項目的影響。

  如圖表所示,手套條件的代入感和真實感要高于控制器,而追蹤手部的代入感和真實感要高于消失手部,但不太明顯。

  另外,在享受感方面,手套條件要高于控制器,追蹤手高于消失手。

  在臨場感方面,手套條件同樣要高于控制器,而追蹤手同樣要高于消失手。

  至于效率方面,盡管沒有發現顯著的感知效率差異,但研究人員發現追蹤手部條件的完成時間要稍微短于消失手部。

  總的來說,團隊在這篇論文中提出了一項研究,以調查兩種控制模式(手套與控制器)和兩種抓取可視化(追蹤手與消失手)對代入感、真實感、效率、享受感和臨場感的影響。實驗結果表明,與控制器相比,當使用手部追蹤(手套)作為輸入模式時,代入感、真實感、享受感和臨場感顯著增加。團隊同時發現,與消失手相比,盡管追蹤手可以增加代入感和享受感,但效果并不明顯。因此,團隊建議在創建虛擬現實應用程序時,可以將手部追蹤作為一種輸入模式,而不是控制器,并繼續改進這項技術。

  相關論文:Evaluating Grasping Visualizations and Control Modes in a VR Game

  當然,研究人員承認需要進一步的研究以驗證所述結果。這項研究的另一個局限性是,用戶的手部由一個真實感較低的機器人模型來表示,所以與更真實的手部模型相比,結果可能會有所不同。另外,抓取表示不夠逼真。針對這一情況,團隊接下來將繼續優化研究過程。

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來源:映維網

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