眼动追踪在虚拟现实中的用户体验研究_赵文轩.pdf
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1、138创意2023/04常言道:“眼睛是人心灵的窗户。”眼睛不单单是人类获得视觉信息的方式,也是表达内心世界的窗口。眼动追踪技术正是通过对眼睛行为的捕捉,进而获得眼球的行为数据,是一种基于生理心理学的获取技术。近年来,眼动追踪技术在认知科学、心理行为学、神经科学等领域均有广泛研究与应用。本文将着重探讨眼动追踪在虚拟现实中交互体验的应用。虚拟现实技术因其可以带来沉浸式的体验、拟真的情景模拟现已广泛地应用于军工、医疗、教育、设计等领域,且发挥着不可估量的作用。同时虚拟现实技术也是一类集合了显示硬件技术、传感器感知技术等诸多高精尖技术知识为一体的集合1。随着虚拟现实技术发展,虚拟现实的使用属性也渐渐
2、从传统的观看转变为主动的交互。与此同时,虚拟现实对大众的吸引力也日益变高,大众不满足于简单的虚拟现实游览和游玩体验,而是期望得到更加新奇、更加自然和沉浸的感官体验2。面对各个领域的需求,虚拟现实以往的交互模式已无法满足深层次的应用情景需求,从而需要更为人性化、更为自然和主动的交互方式。随着感知技术的发展,眼动追踪技术应用也已渐成熟,通过对眼球行为的捕捉和分析可以进一步了解主体的思维方式和认知过程,从而理性判断主体的意识行为。眼动追踪技术目前已广泛应用于人机交互、行为评估、心理认知等领域,在早期,眼动追踪技术并不成熟,往往应用于对眼睛的识别、注视点的观测等,只作为简单的记录工具,但随着硬件识别精
3、度和准度的提升,眼动追踪技术现已可以应用于眼部动作的捕捉、记录眼跳和瞳孔的变化等更为细致、微观的眼部行为。眼动仪器也渐渐广泛应用于各类硬件显示设备之中,例如智能手机、显示器、虚拟现实头盔等。一、虚拟现实中的眼动追踪的技术原理眼动追踪实验原理可大致分为获取阶段、处理阶段。在获取阶段,虚拟现实硬件设备中大多内置光学传感器和内置摄像头,光学传感器以超高频率向眼睛发射人眼不可见的红外光,该红外光会在眼球上产生一个光点普尔钦斑。随后摄像机使用瞳孔角膜反射法(通过角膜中心和瞳孔中心的连线进行眼动追踪),定位瞳孔位置,获取瞳孔中心坐标,得到眼球的移动轨迹3。在处理阶段,计算机根据光点的移动进行计算机视觉分析
4、,得出人眼的行为数据,并实时记录。由于红外光人眼并不可见,所以眼动追踪的过程并不影响体验者正常的行为体验。二、虚拟现实中的眼动追踪体验应用(一)用户体验评测视觉获取的信息为人类主要获取信息的方式之一,眼动追踪与沉浸式虚拟现实结合将为视觉注意的研究方式带来转变并为专业研究领域带来新的可能性,如心理学、行为模式研究、学习和效能评估等。虚拟现实硬件内置的摄像机、陀螺仪传感器等感知仪器一起同时记录主体的 3D空间位置、注视时间、注视顺序、瞳孔大小、眨眼次数、眼跳、眼睑闭合度等数据,用来发现能够吸引人们注意力的因素,了解人们感知其周围事物的视觉方式以及驱使人们作出决策的因素,捕获不受被试者或主试者意识影
5、响的自然反应。例如,注视时长和注视顺序往往会反应出主体的兴趣程度,眨眼程度的变化可以反映出主题的注意力是否集中等。收集的数据可以二次导入虚拟情景进行可视化还原,并制作成热点图、透视图等更直观的观察方式,以供进行用户行为研究。眼动追踪在虚拟现实中的用户体验研究文/赵文轩 章 立摘 要:随着元宇宙时代的兴起,虚拟现实中交互体验也越来越受到重视,而显示硬件技术与感知技术的发展,使得眼动追踪技术应用也渐渐成熟,在虚拟现实交互系统中扮演着不可或缺的角色。文章着重对眼动追踪技术原理、应用案例进行分析,得出沉浸式自然交互、用户体验度量和拟真人眼显示三种眼动追踪应用于虚拟现实中的较为成熟且广泛的方向。最后总结
6、出眼动追踪在虚拟现实中的应用策略,并在此策略的基础之上对无锡“金莲桥”“御碑亭”及其周边环境进行虚拟现实眼动交互实践开发。关键词:虚拟现实;眼动追踪;用户体验;自然交互DOI:10.16129/ki.mysds.2023.04.014139数字艺术(二)沉浸式自然交互自然交互是指当交互主体在参与交互过程中可以根据以往经验与认知,进行无障碍交互,整个过程具有安全性、高效性、高可用性的特征。自然交互的介入,使得交互主体更加易于学习任务目标,且快速和正确地执行。感知技术的成熟使得人机交互更快速、更直观。如果设计完善,此技术可帮助用户在虚拟情景中进行自然行为操作,甚至根据潜意识进行交互。再者,自然交互
7、的加入可以极大程度抛弃虚拟情境中具有割裂感的二维交互界面。传统平面式的交互界面不符合体验者的现实认知,且缺乏交互的趣味性。眼动追踪的使用为 VR 用户提供一种全新的人机交互方式,通过凝视实现更自然的互动,打造出沉浸式虚拟体验。眼动追踪早在几十年前就已投入专项系统的使用。例如在医疗辅助设备方面,瘫痪患者能够通过目光的移动操控轮椅和通讯工具。此外,眼动追踪功能在智能手机和平板电脑上的应用也已广为人知。然而最能体现眼动追踪技术优势的还是 VR 和 AR 此类的应用场景。截止目前,已有 100 多款游戏加入了眼动追踪功能。Cineon 与 Aquila Jet Training 合作开发了针对航空机长
8、训练系统,利用 VR 眼动追踪技术提供反馈眼动训练(FBEMT)。该系统监视受训人员的视线,通过凝视、注视时长等模拟真实的航空飞行,从而提高训练者的洞察力。相似的案例还有NeosVR,这是一款在 VR 环境下提供给多人实时合作创造绘画、影像等作品的社交类游戏。眼动追踪技术使得玩家间在游戏中可以使用眼神进行交流,大大增加了用户交流信息的带宽以及用户体验,同时也增强了游戏的社交性。(三)拟真人眼显示人类眼睛的工作机制与照相机有很多的相似之处:光线在一个物体或场景产生的反射通过一个透镜进入眼睛。不过,由于人眼的视网膜在光线感知上的分布并不均衡,这使得眼球带有折衷性的特征。例如,将人眼视野范围的中央移
9、动至周边时,我们只能看到注视区域的细节,而我们视野中的较大部分周边区域则处于模糊不清的状态,该区域产生的图像模糊且色彩较少。在这两个区域之间,存在着一个叫做副中央区域的过渡区域。在此区域,当我们从中央窝向周边区域移动时,图像的模糊程度会逐渐增加。虚拟现实给体验者身临其境的沉浸感需要满足诸多条件,例如逼真的画面、高赫兹的刷新率等,而快速渲染以假乱真的画面给计算机算力带来了极大挑战。与传统屏幕相比,虚拟现实硬件多为高刷新率的双屏幕显示方式,两块屏幕分别对应人的两个眼睛,如此一来,进一步加剧了算力的负担4。以 HTC VIVE PRO 硬件为例,该硬件的单眼分辨率为 1400*1600,双眼分辨率达
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