虛擬環境下自我中心距離感知影響因素研究綜述

袁小建 浙江理工大學

距離知覺一直是認知心理學的熱門領域，自我中心距離是近年來研究較多的方向，自我中心距離是指目標物體到觀察者之間的距離。在真實環境中，與距離知覺相關的生理線索（雙眼輻合、雙眼視差和運動視差等）和光學線索（對象重疊、線條透視、對象的紋理梯度等）已經有大量的研究成果。與真實環境不同，在虛擬環境中，自我中心距離常常被低估，并且存在很多因素影響自我中心距離知覺。本文將這些因素總結成4個方面，分別是測量自我中心距離的方法、虛擬現實技術因素、虛擬場景特征因素以及用戶自身相關的因素。在測量方法分類中，本文收集了用于測量自我中心距離感知的方法。在技術分類中，本文關注于虛擬現實設備的技術和參數對于距離感知的影響。在虛擬場景因素中，本文關注虛擬現實設備渲染出的虛擬環境的特征對距離知覺的影響。在用戶自身的因素分類中，主要關注用戶的心理特征（個體差異和適應等）對距離知覺的影響。

一、測量方法

在以往的研究中，已經開發出了很多種用來測量主觀距離知覺的方法。這些方法分別適用于不同的虛擬現實硬件系統和具體的研究場景。

口頭報告法是一種常見的測量方法，該方法要求被試報告呈現的目標物體到達用戶自己身體的距離，有些研究者還要求用戶閉上眼睛后口頭報告，或者閉上眼睛并向指定方向旋轉一定角度后進行口頭報告?？陬^報告法操作起來比較簡單，適用的目標物體的距離范圍也比較廣[1]。

知覺匹配法是近年常被使用的測量方法，該方法要求被試調節參考物體，使參考物體與目標物體的自我中心距離相等，也有研究者要求被試指出目標物體與自我身體距離的中點。這種方法受到手臂長度的限制，無法測量距離被試較遠的目標物體[2]。

另外一種比較常用的方法是盲走法，被試觀察到目標物體后，要求被試閉上眼睛，走到目標出現的位置。因為被試閉上眼睛行走具有一定的危險性，需要被試多次練習并提供相應的引導才能完成。這種方法適用于較遠的距離[3]。

二、技術相關的因素

虛擬環境需要通過虛擬現實硬件系統實現，不同的硬件系統或者硬件系統的不同參數可能會對自我中心距離知覺產生一些影響。絕大數虛擬現實場景是通過頭戴顯示設備實現的。雖然頭戴顯示設備的FOV并不是距離低估的原因，但是綜合了頭戴現實設備的重量、轉動慣量以及戴上頭盔的感覺確實對距離產生影響。

在虛擬環境中，只有虛擬現實設備追蹤用戶的移動后才能提供運動視差。在真實環境中，非圖形深度線性（如運動視差）對距離感知很重要。但是在虛擬環境下，較弱或者扭曲的運動視差不是距離低估的原因。在短距離的研究中，發現雙眼視差對距離估計有影響，而在長距離的研究中沒有發現有相關影響。

枕形失真不影響距離感知，偏角失真或者因為放大和縮小圖像引起的失真對距離感知有影響。仔細校準虛擬環境后，距離依然會被低估，所以這些失真不能解釋虛擬環境下距離低估現象。

雖然目前還不能證實虛擬圖形質量對于距離知覺有顯著影響，但是更好的視覺顯示效果增強了用戶存在感，并且提高了用戶的使用體驗。

三、虛擬環境特征因素

與真實環境相比，虛擬環境相對簡陋，很多研究中只包含呈現的對象物體和有紋理的地面，缺乏圖形深度線索。在用戶使用頭戴顯示設備的虛擬場景中，用戶缺少用于大小比較的對象，特別是用戶看不到自己的身體。在真實環境中，用戶體驗到不同環境之間的連續切換，例如穿過門從室內環境轉換到室外環境，但是在虛擬環境中，通常直接向用戶呈現新的環境。另外在虛擬環境中，如果用戶獲知物體的大小，用戶就能夠獲得絕對的距離信息。因此改善距離估計一個方法就是將熟悉的物體添加到虛擬環境中。但是添加少數熟悉物體并沒有改善虛擬環境下的距離估計。當將全部虛擬環境設置成與用戶看過的真實環境相一致時，用戶能夠準確的估計距離。

在虛擬環境中添加虛擬人像，研究表明在當用戶感知到虛擬人像位于自己身體的相同位置，并且能夠自由控制虛擬人像的情況下，才能有效改善距離估計。

四、用戶自身的影響因素

與其他類型的影響因素不同，該因素來自于用戶自身。例如對虛擬現實缺乏經驗可能影響虛擬現實下的距離感知。有研究表明，通過反饋和練習使用戶適應虛擬環境有利于提高距離知覺水平。性別不會對虛擬環境下的距離產生影響。10歲兒童距離估計比12歲兒童距離估計更短，在20歲到30歲之間，用戶的年齡不會對距離知覺產生影響。

在一些虛擬現實的應用中，準確的空間知覺至關重要。因此，在虛擬環境下，哪些是影響自我中心距離知覺的因素非常重要。該綜述在查閱了大量相關研究后，將影響因素分成4類，包括自我中心距離測量方法、技術因素、虛擬環境特征因素以及與用戶自身相關的因素。在未來的研究中首先推薦的研究方向是，用戶的虛擬人像對于距離知覺的影響，特別是虛擬肢體、虛擬肢體替代物和真實肢體對于距離知覺的影響。第二個研究方向是虛擬環境下的距離知覺偏差的有利影響?？傊?，盡可能使用高質量的圖片，仔細調整虛擬現實設備的設置和呈現包含有規則的結構化的地理紋理的豐富環境，有利于提高虛擬環境下的自我中心距離知覺。