Exploring the Role of Expected Collision Feedback in Crowded Virtual Environments
作者: Haoran Yun, Jose Luis Ponton, Alejandro Beacco, Carlos Andujar, Nuria Pelechano
分类: cs.GR, cs.HC
发布日期: 2024-07-10
备注: Presented in IEEE VR 2024
DOI: 10.1109/VR58804.2024.00068
💡 一句话要点
探索预期碰撞反馈在拥挤虚拟环境中对用户行为和感知的影响
🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)
关键词: 虚拟现实 碰撞反馈 虚拟人群 用户行为 存在感
📋 核心要点
- 虚拟环境中缺乏真实的碰撞风险，导致用户行为与真实世界存在差异，影响虚拟环境的真实感和有效性。
- 通过引入预期碰撞反馈，例如听觉提示、触觉振动以及模拟真实碰撞风险，来研究其对用户行为和感知的影响。
- 实验结果表明，预期碰撞反馈显著影响用户的全局导航策略、局部运动、存在感和共存感，不同反馈方式效果不同。
📝 摘要（中文）
越来越多的虚拟现实应用需要模拟真实世界的环境。这些环境通常包含表现出真实行为的动态虚拟人。理解用户在这些虚拟人之间感知和导航的方式，对于设计逼真且有效的虚拟人群环境至关重要。虽然碰撞风险在现实世界中显著影响人类的运动，但在虚拟环境中这种风险很大程度上是不存在的。本文研究了预期碰撞反馈对用户感知以及与虚拟人群交互的影响。我们考察了常用的碰撞反馈技术（听觉提示和触觉振动）的有效性，以及诱导参与者预期可能与真人发生身体碰撞，就好像一些虚拟人实际上对应于嵌入其中的真人并共享相同的物理空间一样。结果表明，预期的碰撞反馈显著影响参与者的行为（包括全局导航和局部运动）以及对存在感和共存感的主观感知。具体而言，引入实际碰撞的感知风险被发现显著影响全局导航策略并增加存在感。听觉提示对全局导航有类似的影响，并额外增强了共存感。相比之下，触觉振动反馈主要有效地影响局部运动。
🔬 方法详解
问题定义：该论文旨在解决虚拟环境中用户与虚拟人群交互时，由于缺乏真实碰撞反馈而导致的行为不自然和感知失真问题。现有方法通常忽略了碰撞风险对用户行为的影响，使得虚拟环境的真实感和沉浸感不足。
核心思路：论文的核心思路是通过引入不同的预期碰撞反馈机制，模拟真实世界中的碰撞风险，从而影响用户的行为和感知。通过让用户预期可能发生碰撞，促使他们采取更自然的导航策略和运动方式。
技术框架：该研究采用实验设计，将参与者置于包含虚拟人群的虚拟环境中。实验中，研究者操纵三种类型的碰撞反馈：听觉提示（Auditory cues）、触觉振动（Tactile vibrations）和预期真实碰撞（Expected real collision）。参与者需要在虚拟环境中导航，同时记录他们的运动轨迹和主观感知数据（例如存在感和共存感）。
关键创新：该研究的关键创新在于引入了“预期真实碰撞”的概念，即让参与者相信某些虚拟人实际上对应于真实的人，从而诱导他们产生真实的碰撞风险意识。这种方法能够更有效地模拟真实世界中的碰撞风险，并对用户的行为和感知产生更显著的影响。
关键设计：实验中，听觉提示采用碰撞声音模拟，触觉振动通过振动器实现，预期真实碰撞则通过告知参与者部分虚拟人是真人扮演来实现。研究者记录了参与者的全局导航路径、局部运动速度和方向变化，以及通过问卷调查收集了他们的存在感和共存感数据。实验数据采用统计分析方法进行处理，以评估不同碰撞反馈机制的效果。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
实验结果表明，预期真实碰撞显著影响了参与者的全局导航策略，并增加了存在感。听觉提示对全局导航有类似影响，并增强了共存感。触觉振动主要影响局部运动。这些发现表明，不同类型的碰撞反馈机制对用户行为和感知的影响不同，应根据具体应用场景选择合适的反馈方式。
🎯 应用场景
该研究成果可应用于各种虚拟现实应用中，例如虚拟社交、虚拟培训、游戏和模拟驾驶等。通过引入更真实的碰撞反馈机制，可以提高虚拟环境的真实感和沉浸感，改善用户体验，并提升虚拟培训的有效性。例如，在虚拟交通场景中，可以利用该技术提高驾驶员对潜在碰撞风险的感知，从而降低事故发生的概率。
📄 摘要（原文）
An increasing number of virtual reality applications require environments that emulate real-world conditions. These environments often involve dynamic virtual humans showing realistic behaviors. Understanding user perception and navigation among these virtual agents is key for designing realistic and effective environments featuring groups of virtual humans. While collision risk significantly influences human locomotion in the real world, this risk is largely absent in virtual settings. This paper studies the impact of the expected collision feedback on user perception and interaction with virtual crowds. We examine the effectiveness of commonly used collision feedback techniques (auditory cues and tactile vibrations) as well as inducing participants to expect that a physical bump with a real person might occur, as if some virtual humans actually correspond to real persons embodied into them and sharing the same physical space. Our results indicate that the expected collision feedback significantly influences both participant behavior (encompassing global navigation and local movements) and subjective perceptions of presence and copresence. Specifically, the introduction of a perceived risk of actual collision was found to significantly impact global navigation strategies and increase the sense of presence. Auditory cues had a similar effect on global navigation and additionally enhanced the sense of copresence. In contrast, vibrotactile feedback was primarily effective in influencing local movements.