擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品的舒適度研究

劉毓煒 傅蓉蓉 董千州

關(guān)鍵詞：擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)；舒適度；暈動(dòng)；視覺(jué)；佩戴舒適

1引言

擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)為元宇宙提供基礎(chǔ)設(shè)備支持，成為現(xiàn)實(shí)世界和虛擬世界的連接人口。繼2016年產(chǎn)業(yè)元年后，擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)開(kāi)始進(jìn)入迅速發(fā)展階段，其中光學(xué)顯示技術(shù)、云渲染技術(shù)、環(huán)境感知技術(shù)、人機(jī)交互以及人工智能技術(shù)都經(jīng)歷了迭代更新。擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)在前些年因?yàn)槿狈?nèi)容與應(yīng)用，更多地在深耕企業(yè)商家端市場(chǎng)，在醫(yī)療、教育、房產(chǎn)以及軍事等方面都有相關(guān)的解決方案推出，服務(wù)于各類行業(yè)。隨著2020年Valve公司開(kāi)發(fā)的游戲《半衰期：艾利克斯》飽受好評(píng)，拉動(dòng)了個(gè)人消費(fèi)端用戶市場(chǎng)的滲透率。但同時(shí)，由于擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)較其他產(chǎn)品具有更好的沉浸感，長(zhǎng)日寸間佩戴使用，會(huì)出現(xiàn)不適等癥狀。擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一個(gè)涉及多學(xué)科交叉的技術(shù)，出現(xiàn)的舒適度問(wèn)題也很多元化。

本文將從擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)中比較突出的三個(gè)問(wèn)題人手，梳理擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)舒適度問(wèn)題的現(xiàn)狀，以及主流的研究方法。在此基礎(chǔ)上總結(jié)了存在的問(wèn)題以及提出了可行性建議。

2擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)舒適度問(wèn)題研究現(xiàn)狀

2.1擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)設(shè)備存在的舒適度問(wèn)題

本文中提到的擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品主要指虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）頭顯設(shè)備和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）眼鏡。在使用擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)頭戴式顯示器（HMD）時(shí)，會(huì)出現(xiàn)很多不舒適的問(wèn)題。最早受到關(guān)注的問(wèn)題就是暈動(dòng)癥，近些年，隨著擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)關(guān)鍵技術(shù)的不斷提高，暈動(dòng)癥的問(wèn)題有所緩解，但同時(shí)，研究者也越來(lái)越關(guān)注數(shù)字眼疲勞以及佩戴舒適的問(wèn)題。

擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)暈動(dòng)癥，主要指VR暈動(dòng)癥，會(huì)帶來(lái)許多令人不適的癥狀，包括惡心、皮膚蒼白、出冷汗、嘔吐、頭暈、頭痛、唾液分泌增多、疲勞等。在早期，VR暈動(dòng)癥嚴(yán)重制約了擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，不僅是擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)面臨的一大難題，也是立體顯示、各種模擬器、3D視頻游戲等面臨的問(wèn)題。

數(shù)字眼疲勞（digital eye strain，DES），即觀看電腦屏幕后出現(xiàn)的與眼部相關(guān)的不適癥狀，是20多年來(lái)公認(rèn)的眼健康問(wèn)題。2016年的數(shù)據(jù)顯示，使用數(shù)字終端的人群中DES的發(fā)生率約65%。按此計(jì)算，全球有數(shù)以十億計(jì)的人處于DES風(fēng)險(xiǎn)中。DES的長(zhǎng)期存在會(huì)給患者帶來(lái)顯著頻繁的不適，并因工作效率的降低而造成經(jīng)濟(jì)損失。DES的癥狀主要分為兩大類：一是眼部燒灼感、刺激感，流淚與干眼密切相關(guān)；二是眼脹惡心頭痛與調(diào)節(jié)或集合異常有關(guān)。與此相對(duì)應(yīng)，DES的干預(yù)措施包括治療干眼，矯正屈光不正、改善調(diào)節(jié)或集合異常。

擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)設(shè)備作為一種可穿戴設(shè)備，佩戴舒適性直接影響用戶體驗(yàn)。因?yàn)樵O(shè)備的光學(xué)顯示方案，受光學(xué)設(shè)計(jì)以及其他問(wèn)題的制約，頭戴設(shè)備偏重影響可穿戴性。除此之外，如材料，發(fā)熱和散熱、面部貼合度和透氣性，佩戴方式等，都將影響擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)可穿戴設(shè)備的用戶體驗(yàn)。

2.2國(guó)內(nèi)外舒適度研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)面向用戶端的商業(yè)化落地普及度并不高，所以對(duì)于用戶體驗(yàn)的研究并不多，本文在中國(guó)知網(wǎng)和萬(wàn)方等學(xué)術(shù)搜索平臺(tái)上通過(guò)關(guān)鍵詞進(jìn)行搜索，對(duì)2013年1月～2022年5月期間被學(xué)術(shù)期刊收錄的有關(guān)擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)舒適度研究的文獻(xiàn)進(jìn)行了匯總、分類、統(tǒng)計(jì)，通過(guò)篩查，其中有36篇關(guān)于暈動(dòng)癥的研究，14篇關(guān)于視覺(jué)舒適的研究，5篇關(guān)于佩戴舒適的研究。

國(guó)外擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)設(shè)備舒適度研究工作的規(guī)模和成果要多于國(guó)內(nèi)，文獻(xiàn)[3]基于對(duì)近十年來(lái)的大量論文進(jìn)行篩選，其中關(guān)于運(yùn)動(dòng)研究的論文有352篇，文獻(xiàn)[4]基于對(duì)IEEE和ACM數(shù)據(jù)庫(kù)中的大量論文進(jìn)行篩選，其中關(guān)于數(shù)字眼疲勞的論文有173篇。通過(guò)在IEEE學(xué)術(shù)搜索平臺(tái)對(duì)近10年論文上搜索可穿戴等關(guān)鍵詞進(jìn)行篩選，其中關(guān)于佩戴舒適研究的論文有59篇。

2.2.1擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)暈動(dòng)癥的研究

從搜索篩選的文獻(xiàn)來(lái)看，一半以上的文獻(xiàn)研究集中在暈動(dòng)癥（Motion Sickness，MS），又叫暈屏癥（Cybersickness，CS），由于其主要是在虛擬環(huán)境下受到視覺(jué)的刺激引起，又叫視覺(jué)誘導(dǎo)暈動(dòng)癥（VIMS），本文統(tǒng)一叫做擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)暈動(dòng)癥，簡(jiǎn)稱暈動(dòng)癥。暈動(dòng)癥的發(fā)病機(jī)制較為復(fù)雜，尚無(wú)統(tǒng)一定論，研究者普遍認(rèn)同的一個(gè)觀點(diǎn)為人的前庭系統(tǒng)和視覺(jué)系統(tǒng)接收的運(yùn)動(dòng)信息不匹配。對(duì)于暈動(dòng)癥的研究，文獻(xiàn)主要集中在引起的發(fā)病機(jī)制以及預(yù)測(cè)模型和預(yù)防對(duì)策。

2.2.2眼部舒適研究

擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)眼部舒適的研究主要是指除了視覺(jué)刺激引起暈動(dòng)的其他眼部不適問(wèn)題，即數(shù)字眼疲勞。數(shù)字眼疲勞問(wèn)題主要原因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間觀看屏幕，主要因素包括眼球運(yùn)動(dòng)、視知覺(jué)因素以及運(yùn)動(dòng)視差引起的視覺(jué)疲勞。對(duì)于這一部分的研究，文獻(xiàn)主要通過(guò)應(yīng)用專門的醫(yī)學(xué)精密儀器或者眼動(dòng)儀來(lái)評(píng)估眼部舒適的癥狀。

2.2.3佩戴舒適度研究

佩戴舒適性體驗(yàn)雖然是智能設(shè)備最直觀的用戶體驗(yàn)，但是在搜集的論文中目前占比最小。原因可能是，在智能硬件發(fā)展的初期，研究者更關(guān)注于功能的實(shí)現(xiàn)，從而犧牲可穿戴設(shè)備的舒適性。未來(lái)擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)隨著設(shè)備終端功能和性能的不斷提高，佩戴舒適度的研究也會(huì)有所增加。目前論文研究包括頭盔的發(fā)熱和散熱舒適度，重量，尺寸，面部貼合以及耳機(jī)佩戴的舒適性。

3研究方法

3.1主觀評(píng)價(jià)法

目前，舒適度的評(píng)估方法主要以主觀評(píng)價(jià)為主，即調(diào)查問(wèn)卷和實(shí)驗(yàn)心理學(xué)量表法。問(wèn)卷能夠有效地評(píng)估用戶對(duì)不同規(guī)模產(chǎn)品的主觀體驗(yàn)，設(shè)計(jì)時(shí)需要遵循單一針對(duì)性、形象性、簡(jiǎn)潔性等原則。

在擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)設(shè)備中，SSQ（Simulator SicknessQuestionnaire）模擬器調(diào)查問(wèn)卷被做為擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)暈動(dòng)癥的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，被廣泛采用，主要癥狀包括惡心，眼部不適和定向障礙。但是，本身適用范圍具有一定局限性。SSQ問(wèn)卷的樣本是基于1199名男性飛行員樣本得出，目的是用于飛行員訓(xùn)練。文獻(xiàn)[8]指出，VRSQ具有更好的心理學(xué)特性，可用于評(píng)估基于頭戴式顯示器（HMD）的VR應(yīng)用中的暈動(dòng)癥，并且提供了一種全面的方法來(lái)測(cè)量暈動(dòng)癥的癥狀和用戶主觀方面感受到的暈動(dòng)癥的嚴(yán)重程度。

針對(duì)眼部舒適度的評(píng)估方法，現(xiàn)在普遍公認(rèn)的是Sheedy針對(duì)視疲勞研究制作的量表，羅列了多種可能影響人眼視疲勞的因素，同時(shí)考慮了多種誘發(fā)視疲勞癥狀的條件，并采用正交最大方差輪換的主要因素分析方法將各種視疲勞癥狀分為了外部癥狀因子以及內(nèi)部癥狀因子兩大類。

在佩戴舒適度的研究中，經(jīng)常采用李克特量表來(lái)評(píng)估佩戴的舒適性。李克特量表是社會(huì)調(diào)查和心理測(cè)驗(yàn)等領(lǐng)域中最常使用的一種態(tài)度量表形，可根據(jù)用戶體驗(yàn)感受具體分為5級(jí)量表、7級(jí)量表和10級(jí)量表等不同的表現(xiàn)形式。比如，在熱舒適研究中，可使用李克特量表評(píng)價(jià)用戶的主觀熱舒適感受。

另外，對(duì)于佩戴舒適性體驗(yàn)，也有論文采用BorgCR-10量表和視覺(jué)模擬量表。前者是人因工程學(xué)中經(jīng)常用來(lái)檢測(cè)人體運(yùn)動(dòng)疲勞的方法之一，量表分為6～20級(jí)，通過(guò)測(cè)量被試者在使用后呼吸困難程度來(lái)評(píng)估佩戴舒適性。佩戴頭顯設(shè)備有可能引起頭、臉和頸部的疲勞和疼痛，視覺(jué)模擬量表是臨床醫(yī)學(xué)中常用于評(píng)估疼痛的心理量表。采用一條10com的游標(biāo)卡尺為被試者測(cè)量，被試者根據(jù)疼痛程度來(lái)滑動(dòng)卡尺刻度，從而評(píng)估舒適性程度?！?”表示無(wú)痛，“10”表示劇烈疼痛。

3.2客觀生理數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)法

問(wèn)卷調(diào)查的方式一般帶有很強(qiáng)的主觀性以及個(gè)體差異，收集方式主要來(lái)源于試驗(yàn)后，不能實(shí)時(shí)地對(duì)用戶體驗(yàn)進(jìn)行評(píng)估。近年來(lái)，一部分學(xué)者通過(guò)對(duì)被試人員的生理信號(hào)，如腦電波、心率、眼球運(yùn)動(dòng)、皮膚電等生理信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，來(lái)評(píng)估用戶的情緒，在暈動(dòng)和佩戴舒適的研究中均有應(yīng)用。有實(shí)驗(yàn)表明，心率監(jiān)測(cè)通常被認(rèn)為是測(cè)量用戶情緒狀態(tài)的一種有效方法。

視覺(jué)疲勞在臨床上會(huì)有比較顯著的癥狀，如眼睛灼燒、眼干、發(fā)紅、干澀以及對(duì)光的敏感度增加，醫(yī)學(xué)上會(huì)用醫(yī)學(xué)精密儀器測(cè)量眼部健康功能，包括視力、眼壓的測(cè)量，雙眼調(diào)節(jié)輻輳功能指標(biāo)（AC/A和調(diào)節(jié)反應(yīng)）、淚膜功能指標(biāo)（首次淚膜破裂時(shí)間）。相關(guān)文獻(xiàn)提出了一種對(duì)于研究者可以更加廣泛采用的方法，即利用眼動(dòng)儀實(shí)日寸監(jiān)測(cè)眼動(dòng)數(shù)據(jù)，如眨眼頻率、注視次數(shù)、注視時(shí)長(zhǎng)等，通過(guò)數(shù)據(jù)的增加或者減少來(lái)評(píng)估視覺(jué)疲勞程度。

總體來(lái)看，對(duì)于舒適度問(wèn)題的研究依然以主觀評(píng)估方法為主，客觀生理數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)方法為輔。

4總結(jié)與展望

擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)終端舒適度研究是一個(gè)非常復(fù)雜多學(xué)科交叉問(wèn)題。涉及聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)、體感等方方面面。因空間音頻技術(shù)身臨其境的特點(diǎn)，越來(lái)越受多擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)終端關(guān)注，目前正在普及這一體驗(yàn)，所以在未來(lái)關(guān)于聽(tīng)覺(jué)舒適的研究，音畫(huà)協(xié)作舒適的研究等也將會(huì)不斷受到關(guān)注，本文就針對(duì)現(xiàn)階段擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)終端體驗(yàn)關(guān)注度較高，相對(duì)明顯的問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)。

（1）受個(gè)人因素局限性制約較明顯。目前，舒適度研究的主流方法為調(diào)查問(wèn)卷和心理量表法，一是存在體質(zhì)差異，例如，擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)的某些特性使用場(chǎng)景，對(duì)用戶的體能消耗具有一定挑戰(zhàn)，可能影響疲勞程度的評(píng)估。二是存在溫度感知差異，例如，人體的熱舒適感覺(jué)在很大程度上受到自身自主性體溫調(diào)節(jié)活動(dòng)的影響，帶有較大的主觀性。三是有實(shí)驗(yàn)表明經(jīng)常使用產(chǎn)品的用戶，對(duì)暈動(dòng)癥狀有耐受力。實(shí)驗(yàn)在招募測(cè)試對(duì)象時(shí)可能會(huì)忽略經(jīng)常使用和不經(jīng)常使用人群的區(qū)別。四是性別差異也可能對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響，有論文表明女性對(duì)暈動(dòng)有更高的易感性。下一步在進(jìn)行樣本收集時(shí)，需考慮以上情況，避免評(píng)估結(jié)果的不平衡性。

（2）研究方法相對(duì)擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展革新滯后。隨著擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，沉浸式體驗(yàn)已經(jīng)變得普及，而檢測(cè)和預(yù)防工作依然十分艱巨。在暈動(dòng)研究測(cè)試方面，因?yàn)闀瀯?dòng)癥的產(chǎn)生原因比較綜合，選取不同的測(cè)試場(chǎng)景和內(nèi)容，都可能影響客觀測(cè)試結(jié)果的一致性。必須從硬件技術(shù)、軟件技術(shù)以及交互技術(shù)整體系統(tǒng)地進(jìn)行考慮。在佩戴舒適研究方面，熱舒適的客觀生理指標(biāo)排汗率可作為熱舒適與不適的關(guān)鍵指標(biāo)，但因其不能直接測(cè)量而很難量化評(píng)估。擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)設(shè)備熱舒適度的研究還很初期，擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)終端的重量、戴上時(shí)對(duì)面部的壓力以及終端材質(zhì)、尺寸大小主觀熱舒適的影響都需要在未來(lái)進(jìn)行嚴(yán)格的量化控制研究。

擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)舒適度研究客觀科學(xué)性的提升，依賴相關(guān)領(lǐng)域研究方法和檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)步。

擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)舒適度的研究可采用產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的創(chuàng)新方式，作為企業(yè)從業(yè)者，可與科研機(jī)構(gòu)共建實(shí)驗(yàn)基地．包括聯(lián)合實(shí)驗(yàn)、用戶體驗(yàn)中心等。將理論與實(shí)際體驗(yàn)相結(jié)合，提高舒適度研究的科學(xué)性，從而提高擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品質(zhì)量水平。