近眼顯示中光學(xué)畸變對(duì)視覺誘導(dǎo)暈動(dòng)癥的影響

馬鳳云，夏振平，程 成，彭子雄，張?jiān)?/p>

（蘇州科技大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215009）

1 引言

近年來(lái)，虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）技術(shù)在越來(lái)越多的領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。VR 技術(shù)對(duì)影視、游戲、教育、醫(yī)療等行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了極大的推進(jìn)作用［1-3］。該技術(shù)通過計(jì)算機(jī)模擬立體（Three Dimensions，3D）環(huán)境，用戶能夠借助近眼顯示（Near-Eye Display，NED）設(shè)備在虛擬世界中實(shí)現(xiàn)交互［4］，通過視覺、聽覺、觸覺等獲得與在真實(shí)世界中相同的感受［5］。VR 技術(shù)的核心就是沉浸感，大的視場(chǎng)是產(chǎn)生沉浸感［6-8］、讓人感覺身臨其境的重要因素。通常NED 設(shè)備需要高放大倍率的透鏡形成大視場(chǎng)來(lái)創(chuàng)建沉浸式虛擬環(huán)境，然而透鏡會(huì)導(dǎo)致虛擬空間產(chǎn)生光學(xué)畸變［9］，這在給使用者提供強(qiáng)烈沉浸體驗(yàn)的同時(shí)，還可能引起部分用戶在體驗(yàn)過程中產(chǎn)生視覺誘導(dǎo)暈動(dòng)癥（Visually Induced Motion Sickness，VIMS）［10-11］。

VIMS 通常被認(rèn)為是視覺和前庭知覺信息沖突引起的生理性反應(yīng)［12-13］，該癥狀在平面顯示和立體顯示中都存在，并且在立體顯示中反應(yīng)更為強(qiáng)烈。經(jīng)驗(yàn)理論認(rèn)為，當(dāng)一個(gè)人的感知系統(tǒng)接收到的信息與其經(jīng)驗(yàn)產(chǎn)生沖突時(shí)，VIMS 常常被誘發(fā)，伴有頭暈?zāi)X脹、視覺疲勞、惡心甚至嘔吐等癥狀［11-14］，該問題嚴(yán)重阻礙了VR 技術(shù)的推廣與應(yīng)用。在VR技術(shù)所呈現(xiàn)的虛擬場(chǎng)景中，用戶所感知到的虛擬空間由于NED 設(shè)備產(chǎn)生光學(xué)畸變，導(dǎo)致空間中物體的形狀、大小等發(fā)生變化，即虛擬世界出現(xiàn)扭曲［9］，使其感知到的虛擬場(chǎng)景與以往認(rèn)知積累的經(jīng)驗(yàn)不一致，導(dǎo)致感知上的沖突，這種沖突會(huì)引起用戶認(rèn)知上的疲勞與不適，進(jìn)而可能誘發(fā)VIMS［13］。

消除光學(xué)畸變，提高VR 技術(shù)的體驗(yàn)舒適度是眾多研究人員以及NED 設(shè)備生產(chǎn)廠家的共同追求目標(biāo)，并且如今也取得了一定的成效。Rolland等人［9］將圖像分割成小塊，將重建畸變的多邊形擴(kuò)展到多邊形中的像素點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)整體圖像重建。Pohl等人［15］采用像素著色器對(duì)已獲取的圖像預(yù)先調(diào)整顏色并且進(jìn)行反畸變處理，以此對(duì)抗NED設(shè)備產(chǎn)生的失真。此外，還有許多處理圖像或全景圖的軟件專門用于畸變校正［16］。然而由于目前立體影像顯示技術(shù)的局限性，NED 設(shè)備還存在一些無(wú)法完全校正的光學(xué)畸變，這給用戶帶來(lái)感知上的影響，用戶在使用的過程中容易出現(xiàn)頭暈、惡心等癥狀［16］。

針對(duì)上述現(xiàn)象，本文詳細(xì)分析了近眼立體顯示設(shè)備使用者感知立體影像的過程，模擬其VR 技術(shù)體驗(yàn)，再現(xiàn)虛擬場(chǎng)景的畸變情境。設(shè)計(jì)了不同畸變參數(shù)下VIMS 等級(jí)評(píng)價(jià)的視覺感知實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到各畸變等級(jí)對(duì)VIMS 癥狀的影響趨勢(shì)，明確立體空間畸變對(duì)VIMS 癥狀的影響機(jī)理。本文結(jié)果可為VR 技術(shù)體驗(yàn)的舒適度提升提供理論依據(jù)。

2 近眼顯示中的視覺誘導(dǎo)暈動(dòng)癥

人的左眼與右眼處于不同空間位置。在現(xiàn)實(shí)世界中，人眼看到的同一物體落在雙眼視網(wǎng)膜上的位置是不同的，因此兩只眼睛接收到的圖像略有不同，即具有一定的視差。目前的立體顯示技術(shù)基本都是在模擬人眼雙目視覺形成機(jī)制的基礎(chǔ)上進(jìn)行的［5］。

如圖1所示，在距離眼睛不遠(yuǎn)處放置一個(gè)顯示面板以填充用戶視野，并使用透鏡使圖像聚焦。由于透鏡會(huì)引起虛擬空間的扭曲，所以展示在顯示面板上的圖像需預(yù)先進(jìn)行反畸變處理以抵消這種扭曲［15］。處理后的左、右視差圖像在屏幕上連續(xù)交替顯示，送入雙眼產(chǎn)生立體感，模擬出人們觀看真實(shí)世界的方式［17］。

圖1 近眼顯示圖解1Fig.1 Near-eye display diagram 1

2.1 成像光學(xué)原理

NED 設(shè)備的鏡片可以看成兩個(gè)完全相同的放大透鏡。透鏡能夠修正晶狀體接收光源的角度，幫助人眼重新讀取信息，達(dá)到增大視場(chǎng)角，放大畫面的作用，從而為用戶提供更廣闊的視野，增強(qiáng)用戶的沉浸體驗(yàn)。如圖2 所示，人眼與光軸線交匯于焦點(diǎn)A 處，中間為透鏡，上方為顯示面板。人眼常規(guī)可觀看范圍為rs，由于透鏡折射光線的作用，給人的感覺則是沿著虛線從更高處位置進(jìn)入人眼，彷佛是將屏幕放大至rv范圍。視場(chǎng)的大小會(huì)直接影響VR 體驗(yàn)的沉浸感，小視場(chǎng)（＜50°）會(huì)削弱自我運(yùn)動(dòng)的感知，大視場(chǎng)（＞100°）能夠增強(qiáng)VR 的立體感與用戶的沉浸感。

圖2 近眼顯示圖解2Fig.2 Near-eye display diagram 2

為增強(qiáng)用戶的沉浸感，NED 設(shè)備通常采用高放大率的透鏡，這會(huì)導(dǎo)致觀看圖像的邊緣產(chǎn)生光學(xué)畸變［6-18］。畸變就是圖像扭曲，屬于光學(xué)像差（即光經(jīng)過透鏡后產(chǎn)生的圖像失真或模糊）的一種，是由于光線在真實(shí)光學(xué)系統(tǒng)中所遵循的路徑與理想光學(xué)系統(tǒng)中光線的路徑的不同造成的［19］。對(duì)于理想光學(xué)系統(tǒng)，透鏡放大率是常數(shù)，但是對(duì)于實(shí)際的光學(xué)系統(tǒng)而言，物像的放大率隨視場(chǎng)而定，如此會(huì)使物像相對(duì)物體失去相似性，從而產(chǎn)生畸變。對(duì)于球面鏡片，畸變是不可避免的，并且隨著視場(chǎng)的增大，邊緣圖像的畸變會(huì)更加明顯［20］。光學(xué)畸變會(huì)影響感知深度，進(jìn)而可能引發(fā)VIMS。

2.2 視覺誘導(dǎo)暈動(dòng)癥的產(chǎn)生機(jī)制

暈動(dòng)癥在日常生活中非常普遍，通常我們?cè)诔俗?、飛機(jī)、輪船等交通工具時(shí)，會(huì)出現(xiàn)頭暈、惡心、甚至嘔吐等癥狀，這些癥狀統(tǒng)稱為暈動(dòng)癥［11］。研究發(fā)現(xiàn)在虛擬場(chǎng)景當(dāng)中，通常人們處于靜止，但視覺處于刺激的狀態(tài)下，也會(huì)出現(xiàn)上述癥狀，因此被稱為視覺誘導(dǎo)暈動(dòng)癥。

關(guān)于VIMS 的產(chǎn)生原因，眾說(shuō)紛紜，當(dāng)前主流觀點(diǎn)主要有：（1）感官?zèng)_突理論；（2）姿態(tài)不穩(wěn)定理論；（3）經(jīng)驗(yàn)沖突理論。其中，感官?zèng)_突理論認(rèn)為引起VIMS 的關(guān)鍵在于我們的感知系統(tǒng)發(fā)出的信號(hào)在相互之間產(chǎn)生了矛盾。感知系統(tǒng)包括前庭系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)和體感系統(tǒng)。其中，前庭系統(tǒng)負(fù)責(zé)提供空間感和平衡感；體感系統(tǒng)是指自身對(duì)外界力的感知系統(tǒng)，包括觸覺、痛覺、溫覺以及自身運(yùn)動(dòng)的感知［12］。當(dāng)我們的前庭系統(tǒng)沒有感知到運(yùn)動(dòng)，而視覺系統(tǒng)感知到了運(yùn)動(dòng)時(shí)（如增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、VR、3D電影等），就會(huì)產(chǎn)生信號(hào)的沖突。此時(shí)，視覺系統(tǒng)與前庭系統(tǒng)傳遞給中樞神經(jīng)的信息不一致，大腦接收到的是相反的信號(hào)，底層決策系統(tǒng)無(wú)法做出合適的反應(yīng)，就會(huì)出現(xiàn)VIMS。例如在虛擬駕駛游戲當(dāng)中，視覺系統(tǒng)意識(shí)到自身正在隨汽車行駛，而前庭系統(tǒng)和體感系統(tǒng)感知到的信息卻表明自身是靜止不動(dòng)的，此時(shí)就可能引發(fā)VIMS。

姿態(tài)穩(wěn)定性理論主要強(qiáng)調(diào)人體的姿態(tài)穩(wěn)定性對(duì)VIMS 癥狀的影響［21］。研究表明，在一個(gè)人的姿態(tài)穩(wěn)定性受到挑戰(zhàn)而需要額外努力來(lái)維持的情況下，就會(huì)容易產(chǎn)生VIMS。此外，對(duì)自身穩(wěn)定性控制能力較弱的人相對(duì)來(lái)說(shuō)更容易產(chǎn)生VIMS。

經(jīng)驗(yàn)理論認(rèn)為，當(dāng)前感知到的信息和以往認(rèn)知積累的信息不匹配是引發(fā)VIMS 的重要因素［13］。在近眼顯示成像的過程當(dāng)中，透鏡畸變導(dǎo)致左眼與右眼圖像之間局部不對(duì)齊，尤其是視場(chǎng)周邊產(chǎn)生了扭曲，這些扭曲破壞立體融合，影響感知深度。用戶感知到的影像產(chǎn)生幾何畸變，與其預(yù)期場(chǎng)景不一致而發(fā)生沖突，可能引發(fā)VIMS。

當(dāng)前的立體影像顯示技術(shù)仍具有局限性，NED設(shè)備存在一些無(wú)法避免的光學(xué)畸變，導(dǎo)致人眼通過NED 設(shè)備感知到的虛擬空間場(chǎng)景與真實(shí)世界空間不一致。本文針對(duì)在近眼顯示過程中的虛擬空間畸變對(duì)VIMS 的影響展開研究。

3 主觀實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.1 影像畸變?cè)O(shè)計(jì)

NED 中所涉及到的畸變都是徑向畸變［20］，主要包括桶形畸變和枕形畸變兩種，如圖3 所示。圖像的像素點(diǎn)以畸變中心為中心點(diǎn)，沿著徑向產(chǎn)生位置偏差，導(dǎo)致成像發(fā)生形變，這種畸變?cè)谄胀畠r(jià)的鏡頭中表現(xiàn)得更加明顯。

圖3 徑向畸變效果示意圖。（a）原始圖像；（b）桶形畸變；（c）枕形畸變。Fig.3 Radial distortion examples. （a） Original images；（b） Barrel distortion；（c） Pincushion distortion.

成像儀光軸中心的畸變?yōu)?，沿透鏡半徑向邊緣移動(dòng)，畸變?cè)絹?lái)越嚴(yán)重?；兊臄?shù)學(xué)模型可以用主點(diǎn)周圍的泰勒級(jí)數(shù)展開式的前三項(xiàng)進(jìn)行描述［15］，本文取第一項(xiàng)：

其中：k為畸變參數(shù)，(x，y)是畸變點(diǎn)在成像儀上的原始坐標(biāo)，(x0，y0)是畸變后新的坐標(biāo)。距離光心越遠(yuǎn)，徑向位移越大，畸變也越嚴(yán)重。本文k取正數(shù)時(shí)為桶形畸變，取負(fù)數(shù)時(shí)為枕形畸變。

同一立體影像在不同的畸變等級(jí)下呈現(xiàn)，必然會(huì)產(chǎn)生不同的虛擬空間感知。本文模擬通常的NED 設(shè)備所產(chǎn)生的枕形畸變?yōu)閗=-0.4，為研究不同畸變等級(jí)對(duì)暈動(dòng)感知的影響，依據(jù)該枕形畸變，選取不同參數(shù)的桶形畸變分別與之匹配，對(duì)立體影像先后進(jìn)行桶形畸變和枕形畸變的處理，模擬出3 種不同等級(jí)的空間畸變效果（圖4）。經(jīng)過測(cè)試，k1=0.4 時(shí)的畸變校正效果最佳，幾乎可以實(shí)現(xiàn)無(wú)畸變；k1=0.2 時(shí)的校正效果為中等畸變；未采用桶形畸變校正的為嚴(yán)重畸變。對(duì)應(yīng)的3 組畸變參數(shù)分別為：k1=0.4，k2=-0.4；k1=0.2，k2=-0.4；k1=0，k2=-0.4。后續(xù)直接用無(wú)畸變、中等畸變和嚴(yán)重畸變的表述。

圖4 立體圖像不同等級(jí)畸變校正設(shè)計(jì)。（a）無(wú)畸變立體圖像；（b）中等畸變立體圖像；（c）嚴(yán)重畸變立體圖像。Fig.4 Design of distortion correction for stereo image at different levels. （a） Stereo images without distortion；（b） Moderately distorted stereo images；（c） Severely distorted stereo images.

與傳統(tǒng)研究通常選用的簡(jiǎn)單圖案不同，本文選用的主要是容易誘發(fā)VIMS 的高速運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景影像，例如虛擬過山車或第一視角駕駛、射擊游戲等。對(duì)每個(gè)影像抽幀并剪裁成獨(dú)立的左、右視圖，分別進(jìn)行上述3 組不同等級(jí)的畸變處理。為確保受測(cè)者觀看到的影像主體場(chǎng)景大小一致，對(duì)畸變處理后的影像進(jìn)行剪裁與填補(bǔ)黑邊，所有影像均是30 幀/s，分辨率為1 920 像素×1 080 像素。每組影像由15 個(gè)視頻片段組成，每段3 min，視頻片段順序唯一。

3.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

在近眼顯示過程當(dāng)中，NED 設(shè)備自身不完全的畸變校正會(huì)導(dǎo)致一定程度的空間畸變，這個(gè)“額外”的畸變使得在NED 設(shè)備上無(wú)法精確呈現(xiàn)畸變模擬效果。為了盡可能減少不必要的額外畸變，本文選用27 in（1 in=2.54 cm）偏光眼鏡式立體顯示器（PHILIPS 278G4DHSD），研究影響VIMS 的因素及其產(chǎn)生機(jī)理。準(zhǔn)確的測(cè)量和量化方法尤為重要，本文采用主觀與客觀相結(jié)合的方法來(lái)量化與分析VIMS。其中，客觀方法使用平衡板（Wii Balance Board，WBB）采集受測(cè)者的平衡能力數(shù)據(jù)；主觀數(shù)據(jù)通過受測(cè)者填寫模擬視覺誘導(dǎo)暈動(dòng)癥問卷（Simulator Sickness Questionnaire，SSQ）以及視覺誘導(dǎo)暈動(dòng)癥級(jí)別問卷（Visually Induced Motion Sickness Level，VIMSL）的形式記錄［22-23］。

WBB 通過Matlab 可視化程序控制，可實(shí)時(shí)采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。人體壓力中心（Center of Pressure，CoP）的坐標(biāo)位置通過4 個(gè)壓力傳感器的值計(jì)算得出［24］，假設(shè)傳感器的受力分別為fTL、fTR、fBL、fBR（單位：kg），WBB的尺寸是W×H（cm），其中，W和H的長(zhǎng)度分別為43.3 cm 和22.8 cm。CoP（x，y）的具體計(jì)算過程如式（4）所示：

3.3 實(shí)驗(yàn)流程

參與實(shí)驗(yàn)之前，參與者需要填寫一份視覺誘導(dǎo)暈動(dòng)癥易感性問卷（Motion Sickness Susceptibility Questionnaire，MSSQ）［25］，以確定其暈動(dòng)癥易感性。在影像觀看前，受測(cè)者首先根據(jù)自身狀態(tài)填寫一份SSQ［22］；接著站立于WBB 標(biāo)記處進(jìn)行姿勢(shì)穩(wěn)定性測(cè)試［26］，要求受測(cè)者分別在睜眼（先）和閉眼（后）的狀態(tài)下（雙臂自然下垂放在身體兩側(cè)），盡力保持身體的平衡，測(cè)量1 min；觀看后受測(cè)者需根據(jù)其當(dāng)下情況再填寫一份SSQ［22-26］（圖5）。

圖5 實(shí)驗(yàn)流程圖示Fig.5 Experimental flow diagram

在實(shí)驗(yàn)過程中，受測(cè)者端坐于屏前3 倍屏高的位置處以固定的視角觀看影像（圖6，圖中H為顯示屏高度）。3 組不同等級(jí)畸變的立體影像隨機(jī)呈現(xiàn)于顯示屏上，受測(cè)者每觀看完一段3 min 影像，對(duì)模擬VR 技術(shù)體驗(yàn)的立體影像進(jìn)行無(wú)時(shí)間限制的VIMSL 評(píng)分，采用0～4 分評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)［23］，具體分值對(duì)應(yīng)的視覺誘導(dǎo)暈動(dòng)癥等級(jí)如表1 所示。在整個(gè)影像觀看過程中，若受測(cè)者已經(jīng)達(dá)到4 分（非常嚴(yán)重）的VIMS 等級(jí)且無(wú)法堅(jiān)持繼續(xù)觀看，可立即停止本階段實(shí)驗(yàn)，該階段時(shí)長(zhǎng)根據(jù)受測(cè)者個(gè)人的VIMS 承受能力而定。包括初始評(píng)分，共計(jì)最多16 次評(píng)分。

表1 視覺感知實(shí)驗(yàn)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Grading standard of visual perception experiment

圖6 視覺感知實(shí)驗(yàn)設(shè)置Fig.6 Visual perception experiment settings

所有實(shí)驗(yàn)均在同一地點(diǎn)進(jìn)行，每位受測(cè)者每次實(shí)驗(yàn)時(shí)間點(diǎn)前后相差不超過0.5 h，且每次實(shí)驗(yàn)至少相隔48 h，以確保其不受上次實(shí)驗(yàn)影響。實(shí)驗(yàn)共邀請(qǐng)23 名受測(cè)者（人數(shù)達(dá)到視覺感知實(shí)驗(yàn)的最低要求，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，可排除個(gè)體間差異）［27］，男性18 名，女性5 名，包括來(lái)自不同專業(yè)的本科生、研究生以及教職員工。受測(cè)者年齡在19 歲～36 歲之間，平均年齡24 歲，視力均正?；虺C正至正常水平，且沒有影響平衡或姿勢(shì)控制相關(guān)疾病。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

數(shù)據(jù)分析表明，不同的MSSQ 評(píng)分并未對(duì)分析結(jié)果產(chǎn)生顯著性影響，因此最終未因MSSQ 評(píng)分刪除任何受測(cè)者。

4.1 客觀數(shù)據(jù)

每名受測(cè)者有4 種狀態(tài)下的WBB 數(shù)據(jù)：實(shí)驗(yàn)前睜眼、實(shí)驗(yàn)前閉眼、實(shí)驗(yàn)后睜眼以及實(shí)驗(yàn)后閉眼。圖7 展示了同一受測(cè)者在觀看不同畸變立體影像后閉眼狀態(tài)下的CoP 軌跡示例圖?？梢灾庇^地看出，隨著立體影像畸變程度增強(qiáng)，受測(cè)者的搖擺量變化明顯，CoP 軌跡范圍增大。然而實(shí)驗(yàn)前后具體狀態(tài)的變化無(wú)法根據(jù)簡(jiǎn)單的軌跡圖量化，本文采用WBB 的CoP 振幅標(biāo)準(zhǔn)偏差（Standard Deviation，SD）［24］以及95%置信橢圓（Confidence Ellipse Area，Area）［28］作為衡量受測(cè)者平衡能力的指標(biāo)。

圖7 一典型受測(cè)者觀看不同畸變立體影像后閉眼狀態(tài)的CoP 軌跡示例圖。（a）無(wú)畸變；（b）中等畸變；（c）嚴(yán)重畸變。Fig.7 Sample graphs of CoP track in closed eye state of a typical subject after viewing stereo images with different distortion. （a） No distortion；（b） Medium distortion；（c） Severe distortion.

CoP振幅的標(biāo)準(zhǔn)偏差SDCoP反映壓力中心點(diǎn)數(shù)據(jù)的離散程度，其數(shù)值越大，代表壓力中心點(diǎn)的波動(dòng)越大，即受測(cè)者擺動(dòng)幅度越大，表征受測(cè)者的VIMS 癥狀越嚴(yán)重。SDCoP的具體表達(dá)如式（5）～（7）所示：

95%置信橢圓面積是CoP 點(diǎn)所經(jīng)過區(qū)域的度量，它是通過取長(zhǎng)軸（式（9））和短軸（式（10））半徑，擬合成一個(gè)包含距離中心點(diǎn)約95%的CoP點(diǎn)的橢圓來(lái)確定的，其數(shù)值表征受測(cè)者壓力中心點(diǎn)軌跡所占用的面積［29］，計(jì)算方法如表達(dá)式（8）～（12）所示：

其中，F(xiàn)0.05[2，n-2]是在95%置信水平下的F統(tǒng)計(jì)量，F(xiàn)0.05[2，∞]的值為3，Sxy為協(xié)方差。

圖8（a）為受測(cè)者實(shí)驗(yàn)后較實(shí)驗(yàn)前SDCoP以及Area 的變化率，可知隨著立體影像畸變程度的增大，SDCoP和Area 的變化率越大，即受測(cè)者的不穩(wěn)定性越大，VIMS 癥狀越明顯。

圖8 不同等級(jí)畸變立體影像下客觀與主觀測(cè)量結(jié)果。（a） CoP 振幅標(biāo)準(zhǔn)偏差與95%置信橢圓面積變化率；（b）模擬視覺誘導(dǎo)暈動(dòng)癥問卷評(píng)分；（c）視覺誘導(dǎo)暈動(dòng)癥級(jí)別問卷評(píng)分。Fig.8 Mean values of objective and subjective measurement results under different levels of distortion stereo images. （a） SDCoP and 95% confidence ellipse area change rate；（b） SSQ score；（c） VIMS level.

4.2 主觀數(shù)據(jù)

主觀反饋也在一定程度上反映出不同畸變等級(jí)的立體影像對(duì)受測(cè)者VIMS 不同程度的影響。如圖8（b）所示，立體影像觀看后的SSQ 評(píng)分均高于觀看前，且隨立體影像畸變程度增大，受測(cè)者的不舒適程度增大。圖8（c）反映了受測(cè)者在觀看影像過程中VIMSL 的評(píng)分情況，能夠直觀地看出，隨著立體影像畸變程度增加，VIMSL 評(píng)分呈上升趨勢(shì)。整體而言，受測(cè)者VIMS 癥狀的嚴(yán)重程度與立體影像畸變等級(jí)趨勢(shì)一致。

4.3 主觀數(shù)據(jù)與客觀數(shù)據(jù)的相關(guān)性

生理指標(biāo)能夠客觀地描述VIMS 癥狀，主觀數(shù)據(jù)則是受測(cè)者根據(jù)其觀看立體影像前后的自身狀態(tài)的如實(shí)反饋，相對(duì)來(lái)說(shuō)可能更加貼合受測(cè)者的真實(shí)感受。

雖然數(shù)據(jù)的收集方式不同，但兩者都能夠反映受測(cè)者VIMS 癥狀的變化。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，當(dāng)主觀數(shù)據(jù)反映受測(cè)者的VIMS 癥狀增強(qiáng)時(shí)，客觀數(shù)據(jù)所反映出的VIMS 癥狀程度也具有相同的趨勢(shì)。但主觀感知有時(shí)也會(huì)發(fā)生混亂，這就需要我們將主觀數(shù)據(jù)與客觀數(shù)據(jù)相結(jié)合，從而更加精準(zhǔn)地分析出受測(cè)者實(shí)驗(yàn)前后的真實(shí)狀態(tài)。

整理所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，使用SPSS 軟件（IBM SPSS Statistics 26.0）對(duì)照不同實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下的指標(biāo)進(jìn)行分析。方差分析（ANOVA）（表2）結(jié)果表明，客觀數(shù)據(jù)SDCoP與Area、主觀數(shù)據(jù)VIMSL 以及SSQ 評(píng)分均與受測(cè)者VIMS 癥狀密切相關(guān)，立體影像畸變等級(jí)對(duì)受測(cè)者VIMS 癥狀程度具有顯著影響（p＜0.05），且立體影像畸變等級(jí)越大，受測(cè)者VIMS 癥狀越明顯。表2中，df是自由度，F(xiàn)為組方差值，Sig. 是顯著性檢驗(yàn)值。

表2 影像不同畸變量對(duì)受測(cè)者VIMS癥狀影響的ANOVA分析結(jié)果Tab.2 Results of ANOVA analysis of the effects of different video distortions on the VIMS symptoms of subjects

5 結(jié)論

VR 技術(shù)憑借其強(qiáng)烈的沉浸體驗(yàn)在娛樂、影視、醫(yī)療等行業(yè)有著極其廣闊的發(fā)展前景。用戶體驗(yàn)舒適度是VR 技術(shù)的基本需求。本文基于VR技術(shù)立體影像的獲取、顯示以及感知過程的分析，設(shè)計(jì)3 個(gè)不同畸變參數(shù)，進(jìn)行VIMSL 評(píng)價(jià)的視覺感知實(shí)驗(yàn)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明，虛擬空間畸變對(duì)VIMS 具有顯著影響。VR技術(shù)的使用感受與其能否順利發(fā)展直接相關(guān)，該研究對(duì)提高VR 體驗(yàn)的舒適度、推進(jìn)VR 技術(shù)的發(fā)展提供了理論參考。