Effects of Realism and Representation on Self-Embodied Avatars in Immersive Virtual Environments
作者: Rafael Kuffner dos Anjos, João Madeiras Pereira
分类: cs.HC, cs.GR
发布日期: 2024-05-04
💡 一句话要点
研究具身化身在沉浸式虚拟环境中真实度和视角对用户体验的影响
🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)
关键词: 虚拟现实 具身化身 真实度 视角 用户体验
📋 核心要点
- 现有VR环境中，化身表示的真实度和视角选择缺乏系统性研究，可能影响用户体验和存在感。
- 通过对比第一/三人称视角和不同真实度化身，研究视角和真实度对用户在VR环境中导航的影响。
- 实验评估了不同化身表示在行走避障任务中的表现，为VR应用中化身设计提供指导。
📝 摘要（中文）
虚拟现实(VR)技术随着越来越多经济实惠的设备发布而备受关注。这种交互模式的日益普及催生了新的应用，并吸引了普通消费者体验VR。在共享虚拟空间中提供用户全身的具身化身表示可以改善VR体验，并使新老用户都更投入。这在完全沉浸式系统中尤其重要，因为设备完全遮挡了现实世界，使得自我感知变得困难。用户的存在感受到其虚拟表示的强烈影响，即使是小的缺陷也可能导致恐怖谷效应。本文评估了第三人称视角是否可以通过改善用户对虚拟环境的空间感知来提升VR体验。研究在行走和避障等自然任务中，具身化身表示的真实度和视角对VR体验的影响。比较了第一人称和第三人称视角，以及化身表示的三个不同真实度级别：抽象化身、逼真的人形网格表示和点云渲染。后者使用深度传感器捕获的数据映射到虚拟环境中的虚拟自我。对这些不同的表示进行了全面的评估和比较，并描述了一系列具身化VR应用的指南。还在导航和基于反射的任务中讨论了恐怖谷效应。
🔬 方法详解
问题定义：论文旨在研究在沉浸式虚拟环境中，化身（avatar）的真实度（realism）和视角（perspective）对用户体验的影响。现有方法缺乏对不同真实度和视角的化身进行系统性的比较，并且没有充分考虑恐怖谷效应在导航和反射任务中的影响。
核心思路：论文的核心思路是通过实验对比不同真实度和视角的化身，评估它们在自然任务（如行走和避障）中的表现，从而为VR应用中化身的设计提供指导。通过分析用户在不同化身表示下的表现和主观感受，揭示真实度和视角对用户存在感、空间感知和恐怖谷效应的影响。
技术框架：论文采用实验研究方法，构建了一个沉浸式虚拟环境，并设计了行走和避障等自然任务。实验中，用户佩戴VR设备，并在虚拟环境中控制不同的化身进行任务。化身分为三种真实度级别：抽象化身、逼真的人形网格表示和点云渲染。视角分为第一人称和第三人称。通过记录用户的行为数据（如行走速度、避障成功率）和收集主观反馈（如存在感、舒适度），评估不同化身表示的效果。
关键创新：论文的关键创新在于系统性地研究了化身真实度和视角对VR体验的影响，并考虑了恐怖谷效应。通过对比不同真实度级别的化身，揭示了真实度与用户体验之间的复杂关系。此外，论文还探讨了第三人称视角在VR环境中的应用，为改善用户空间感知提供了新的思路。
关键设计：实验中，化身的真实度分为三个级别：抽象化身采用简单的几何形状表示，逼真的人形网格表示采用高精度的3D模型，点云渲染则使用深度传感器捕获的数据生成。视角分为第一人称和第三人称，第一人称视角下，用户从化身的眼睛观察世界，第三人称视角下，用户可以从外部观察整个化身。实验任务包括行走和避障，用户需要在虚拟环境中行走并避开障碍物。实验数据包括行走速度、避障成功率、存在感问卷和舒适度问卷。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
实验结果表明，化身的真实度和视角对用户在VR环境中的表现和主观感受有显著影响。具体来说，逼真的人形化身在一定程度上提高了用户的存在感，但同时也更容易引起恐怖谷效应。第三人称视角可以改善用户的空间感知，但可能会降低用户的沉浸感。研究结果为VR应用中化身的设计提供了重要的参考依据。
🎯 应用场景
该研究成果可应用于各种VR应用场景，如虚拟社交、远程协作、游戏和培训等。通过选择合适的化身表示，可以提高用户的存在感和沉浸感，改善用户体验。例如，在虚拟社交应用中，可以使用逼真的人形化身来增强社交互动；在远程协作应用中，可以使用抽象化身来降低计算成本。该研究还有助于避免恐怖谷效应，提高VR应用的可用性和接受度。
📄 摘要（原文）
Virtual Reality (VR) has recently gained traction with many new and ever more affordable devices being released. The increase in popularity of this paradigm of interaction has given birth to new applications and has attracted casual consumers to experience VR. Providing a self-embodied representation (avatar) of users' full bodies inside shared virtual spaces can improve the VR experience and make it more engaging to both new and experienced users . This is especially important in fully immersive systems, where the equipment completely occludes the real world making self awareness problematic. Indeed, the feeling of presence of the user is highly influenced by their virtual representations, even though small flaws could lead to uncanny valley side-effects. Following previous research, we would like to assess whether using a third-person perspective could also benefit the VR experience, via an improved spatial awareness of the user's virtual surroundings. In this paper we investigate realism and perspective of self-embodied representation in VR setups in natural tasks, such as walking and avoiding obstacles. We compare both First and Third-Person perspectives with three different levels of realism in avatar representation. These range from a stylized abstract avatar, to a "realistic" mesh-based humanoid representation and a point-cloud rendering. The latter uses data captured via depth-sensors and mapped into a virtual self inside the Virtual Environment. We present a throughout evaluation and comparison of these different representations, describing a series of guidelines for self-embodied VR applications. The effects of the uncanny valley are also discussed in the context of navigation and reflex-based tasks.