擴展現實產品的舒適度研究

劉毓煒 傅蓉蓉 董千州

關鍵詞：擴展現實；舒適度；暈動；視覺；佩戴舒適

1引言

擴展現實為元宇宙提供基礎設備支持，成為現實世界和虛擬世界的連接人口。繼2016年產業元年后，擴展現實產業開始進入迅速發展階段，其中光學顯示技術、云渲染技術、環境感知技術、人機交互以及人工智能技術都經歷了迭代更新。擴展現實產業在前些年因為缺乏內容與應用，更多地在深耕企業商家端市場，在醫療、教育、房產以及軍事等方面都有相關的解決方案推出，服務于各類行業。隨著2020年Valve公司開發的游戲《半衰期：艾利克斯》飽受好評，拉動了個人消費端用戶市場的滲透率。但同時，由于擴展現實較其他產品具有更好的沉浸感，長日寸間佩戴使用，會出現不適等癥狀。擴展現實技術是一個涉及多學科交叉的技術，出現的舒適度問題也很多元化。

本文將從擴展現實體驗中比較突出的三個問題人手，梳理擴展現實舒適度問題的現狀，以及主流的研究方法。在此基礎上總結了存在的問題以及提出了可行性建議。

2擴展現實舒適度問題研究現狀

2.1擴展現實設備存在的舒適度問題

本文中提到的擴展現實產品主要指虛擬現實（VR）頭顯設備和增強現實（AR）眼鏡。在使用擴展現實頭戴式顯示器（HMD）時，會出現很多不舒適的問題。最早受到關注的問題就是暈動癥，近些年，隨著擴展現實關鍵技術的不斷提高，暈動癥的問題有所緩解，但同時，研究者也越來越關注數字眼疲勞以及佩戴舒適的問題。

擴展現實暈動癥，主要指VR暈動癥，會帶來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暈動癥嚴重制約了擴展現實技術的發展，不僅是擴展現實面臨的一大難題，也是立體顯示、各種模擬器、3D視頻游戲等面臨的問題。

數字眼疲勞（digital eye strain，DES），即觀看電腦屏幕后出現的與眼部相關的不適癥狀，是20多年來公認的眼健康問題。2016年的數據顯示，使用數字終端的人群中DES的發生率約65%。按此計算，全球有數以十億計的人處于DES風險中。DES的長期存在會給患者帶來顯著頻繁的不適，并因工作效率的降低而造成經濟損失。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；二是眼脹惡心頭痛與調節或集合異常有關。與此相對應，DES的干預措施包括治療干眼，矯正屈光不正、改善調節或集合異常。

擴展現實設備作為一種可穿戴設備，佩戴舒適性直接影響用戶體驗。因為設備的光學顯示方案，受光學設計以及其他問題的制約，頭戴設備偏重影響可穿戴性。除此之外，如材料，發熱和散熱、面部貼合度和透氣性，佩戴方式等，都將影響擴展現實可穿戴設備的用戶體驗。

2.2國內外舒適度研究現狀

國內擴展現實面向用戶端的商業化落地普及度并不高，所以對于用戶體驗的研究并不多，本文在中國知網和萬方等學術搜索平臺上通過關鍵詞進行搜索，對2013年1月～2022年5月期間被學術期刊收錄的有關擴展現實舒適度研究的文獻進行了匯總、分類、統計，通過篩查，其中有36篇關于暈動癥的研究，14篇關于視覺舒適的研究，5篇關于佩戴舒適的研究。

國外擴展現實設備舒適度研究工作的規模和成果要多于國內，文獻[3]基于對近十年來的大量論文進行篩選，其中關于運動研究的論文有352篇，文獻[4]基于對IEEE和ACM數據庫中的大量論文進行篩選，其中關于數字眼疲勞的論文有173篇。通過在IEEE學術搜索平臺對近10年論文上搜索可穿戴等關鍵詞進行篩選，其中關于佩戴舒適研究的論文有59篇。

2.2.1擴展現實暈動癥的研究

從搜索篩選的文獻來看，一半以上的文獻研究集中在暈動癥（Motion Sickness，MS），又叫暈屏癥（Cybersickness，CS），由于其主要是在虛擬環境下受到視覺的刺激引起，又叫視覺誘導暈動癥（VIMS），本文統一叫做擴展現實暈動癥，簡稱暈動癥。暈動癥的發病機制較為復雜，尚無統一定論，研究者普遍認同的一個觀點為人的前庭系統和視覺系統接收的運動信息不匹配。對于暈動癥的研究，文獻主要集中在引起的發病機制以及預測模型和預防對策。

2.2.2眼部舒適研究

擴展現實眼部舒適的研究主要是指除了視覺刺激引起暈動的其他眼部不適問題，即數字眼疲勞。數字眼疲勞問題主要原因為長時間觀看屏幕，主要因素包括眼球運動、視知覺因素以及運動視差引起的視覺疲勞。對于這一部分的研究，文獻主要通過應用專門的醫學精密儀器或者眼動儀來評估眼部舒適的癥狀。

2.2.3佩戴舒適度研究

佩戴舒適性體驗雖然是智能設備最直觀的用戶體驗，但是在搜集的論文中目前占比最小。原因可能是，在智能硬件發展的初期，研究者更關注于功能的實現，從而犧牲可穿戴設備的舒適性。未來擴展現實隨著設備終端功能和性能的不斷提高，佩戴舒適度的研究也會有所增加。目前論文研究包括頭盔的發熱和散熱舒適度，重量，尺寸，面部貼合以及耳機佩戴的舒適性。

3研究方法

3.1主觀評價法

目前，舒適度的評估方法主要以主觀評價為主，即調查問卷和實驗心理學量表法。問卷能夠有效地評估用戶對不同規模產品的主觀體驗，設計時需要遵循單一針對性、形象性、簡潔性等原則。

在擴展現實設備中，SSQ（Simulator SicknessQuestionnaire）模擬器調查問卷被做為擴展現實暈動癥的評估標準，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練。文獻[8]指出，VRSQ具有更好的心理學特性，可用于評估基于頭戴式顯示器（HMD）的VR應用中的暈動癥，并且提供了一種全面的方法來測量暈動癥的癥狀和用戶主觀方面感受到的暈動癥的嚴重程度。

針對眼部舒適度的評估方法，現在普遍公認的是Sheedy針對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，同時考慮了多種誘發視疲勞癥狀的條件，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部癥狀因子兩大類。

在佩戴舒適度的研究中，經常采用李克特量表來評估佩戴的舒適性。李克特量表是社會調查和心理測驗等領域中最常使用的一種態度量表形，可根據用戶體驗感受具體分為5級量表、7級量表和10級量表等不同的表現形式。比如，在熱舒適研究中，可使用李克特量表評價用戶的主觀熱舒適感受。

另外，對于佩戴舒適性體驗，也有論文采用BorgCR-10量表和視覺模擬量表。前者是人因工程學中經常用來檢測人體運動疲勞的方法之一，量表分為6～20級，通過測量被試者在使用后呼吸困難程度來評估佩戴舒適性。佩戴頭顯設備有可能引起頭、臉和頸部的疲勞和疼痛，視覺模擬量表是臨床醫學中常用于評估疼痛的心理量表。采用一條10com的游標卡尺為被試者測量，被試者根據疼痛程度來滑動卡尺刻度，從而評估舒適性程度?！?”表示無痛，“10”表示劇烈疼痛。

3.2客觀生理數據監測法

問卷調查的方式一般帶有很強的主觀性以及個體差異，收集方式主要來源于試驗后，不能實時地對用戶體驗進行評估。近年來，一部分學者通過對被試人員的生理信號，如腦電波、心率、眼球運動、皮膚電等生理信號進行檢測，來評估用戶的情緒，在暈動和佩戴舒適的研究中均有應用。有實驗表明，心率監測通常被認為是測量用戶情緒狀態的一種有效方法。

視覺疲勞在臨床上會有比較顯著的癥狀，如眼睛灼燒、眼干、發紅、干澀以及對光的敏感度增加，醫學上會用醫學精密儀器測量眼部健康功能，包括視力、眼壓的測量，雙眼調節輻輳功能指標（AC/A和調節反應）、淚膜功能指標（首次淚膜破裂時間）。相關文獻提出了一種對于研究者可以更加廣泛采用的方法，即利用眼動儀實日寸監測眼動數據，如眨眼頻率、注視次數、注視時長等，通過數據的增加或者減少來評估視覺疲勞程度。

總體來看，對于舒適度問題的研究依然以主觀評估方法為主，客觀生理數據監測方法為輔。

4總結與展望

擴展現實終端舒適度研究是一個非常復雜多學科交叉問題。涉及聽覺、視覺、體感等方方面面。因空間音頻技術身臨其境的特點，越來越受多擴展現實終端關注，目前正在普及這一體驗，所以在未來關于聽覺舒適的研究，音畫協作舒適的研究等也將會不斷受到關注，本文就針對現階段擴展現實終端體驗關注度較高，相對明顯的問題進行總結。

（1）受個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查問卷和心理量表法，一是存在體質差異，例如，擴展現實的某些特性使用場景，對用戶的體能消耗具有一定挑戰，可能影響疲勞程度的評估。二是存在溫度感知差異，例如，人體的熱舒適感覺在很大程度上受到自身自主性體溫調節活動的影響，帶有較大的主觀性。三是有實驗表明經常使用產品的用戶，對暈動癥狀有耐受力。實驗在招募測試對象時可能會忽略經常使用和不經常使用人群的區別。四是性別差異也可能對實驗結果造成影響，有論文表明女性對暈動有更高的易感性。下一步在進行樣本收集時，需考慮以上情況，避免評估結果的不平衡性。

（2）研究方法相對擴展現實技術發展革新滯后。隨著擴展現實相關技術的不斷發展，沉浸式體驗已經變得普及，而檢測和預防工作依然十分艱巨。在暈動研究測試方面，因為暈動癥的產生原因比較綜合，選取不同的測試場景和內容，都可能影響客觀測試結果的一致性。必須從硬件技術、軟件技術以及交互技術整體系統地進行考慮。在佩戴舒適研究方面，熱舒適的客觀生理指標排汗率可作為熱舒適與不適的關鍵指標，但因其不能直接測量而很難量化評估。擴展現實設備熱舒適度的研究還很初期，擴展現實終端的重量、戴上時對面部的壓力以及終端材質、尺寸大小主觀熱舒適的影響都需要在未來進行嚴格的量化控制研究。

擴展現實舒適度研究客觀科學性的提升，依賴相關領域研究方法和檢測技術的進步。

擴展現實舒適度的研究可采用產學研結合的創新方式，作為企業從業者，可與科研機構共建實驗基地．包括聯合實驗、用戶體驗中心等。將理論與實際體驗相結合，提高舒適度研究的科學性，從而提高擴展現實產品質量水平。