Peripheral Teleportation: A Rest Frame Design to Mitigate Cybersickness During Virtual Locomotion

📄 arXiv: 2502.15227v2 📥 PDF

作者: Tongyu Nie, Courtney Hutton Pospick, Ville Cantory, Danhua Zhang, Jasmine Joyce DeGuzman, Victoria Interrante, Isayas Berhe Adhanom, Evan Suma Rosenberg

分类: cs.HC, cs.GR

发布日期: 2025-02-21 (更新: 2025-04-21)

备注: Accepted to IEEE VR 2025

DOI: 10.1109/TVCG.2025.3549568

💡 一句话要点

提出外围瞬移技术，通过稳定外围视觉减少VR虚拟移动中的眩晕感

🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control) 支柱三：空间感知与语义 (Perception & Semantics)

关键词: 虚拟现实 VR眩晕 外围视觉 瞬移技术 静止参考系

📋 核心要点

  1. 动态视场限制虽然能减轻VR眩晕，但牺牲了虚拟环境的可见性，用户体验受损。
  2. 外围瞬移技术通过在用户外围视觉中创建稳定的静止参考系，来减少视觉不协调，从而缓解眩晕。
  3. 实验结果表明，相比传统视场限制，外围瞬移显著降低了用户的不适感，并延长了沉浸时间。

📝 摘要（中文）

为了提高虚拟现实(VR)的可用性和普及率，减轻眩晕感至关重要。动态视场(FOV)限制是目前最常用的技术，它通过遮蔽用户FOV的外围区域来减轻眩晕感。然而，这种方法降低了虚拟环境的可见性。我们提出了一种新的技术，即外围瞬移，它利用从当前虚拟环境渲染的内容，在用户外围视觉中创建一个静止参考系(RF)。具体来说，外围区域由一对RF相机渲染，这些相机的变换通过用户的物理运动进行更新。在平移过程中，我们应用交替瞬移，或在旋转过程中进行快速转动，以使RF相机保持在当前视点变换附近。因此，RF相机生成的光流与用户的物理运动相匹配，从而创建一个稳定的外围视图。在一项受试者间研究(N = 90)中，我们将外围瞬移与传统的黑色FOV限制器和不受限制的控制条件进行了比较。结果表明，外围瞬移显著降低了不适感，并使参与者能够在虚拟环境中保持更长时间的沉浸感。总的来说，这些发现表明，外围瞬移是一种很有前途的技术，VR从业者可以考虑将其添加到他们的眩晕缓解工具集中。

🔬 方法详解

问题定义：论文旨在解决虚拟现实(VR)中，用户在使用虚拟移动方式时产生的眩晕感(cybersickness)问题。现有方法，如动态视场限制，虽然能缓解眩晕，但会遮挡部分视野，降低用户沉浸感和体验。因此，如何在不牺牲视野的情况下有效减轻眩晕感是一个关键问题。

核心思路：论文的核心思路是利用外围视觉对运动的敏感性较低的特点，通过在外围区域创建一个稳定的参考系(Rest Frame, RF)，来减少视觉运动与身体运动之间的不协调。该参考系通过渲染虚拟环境的内容，并使其与用户的物理运动相匹配，从而降低眩晕感。

技术框架：该方法主要包含以下几个步骤：1) 使用一对RF相机渲染用户外围区域的视图；2) 根据用户的物理运动更新RF相机的变换；3) 在平移过程中，交替瞬移RF相机，或在旋转过程中进行快速转动，以保持RF相机接近当前视点变换；4) 将渲染的外围视图呈现给用户。

关键创新：该方法的关键创新在于利用“外围瞬移”的概念，在外围视觉中创建一个稳定的参考系。与传统的视场限制方法不同，该方法没有直接遮挡视野，而是通过提供稳定的视觉信息来减少眩晕感。这种方法在保持视野的同时，有效地缓解了眩晕，提升了用户体验。

关键设计：RF相机的放置位置和视野范围是关键设计参数。论文中可能详细描述了如何选择这些参数以优化效果。瞬移或快速转动的频率和幅度也需要仔细调整，以避免引起新的不适感。此外，如何将渲染的外围视图无缝地融合到用户的整体视野中，也是一个重要的技术细节。

🖼️ 关键图片

fig_0
fig_1
fig_2

📊 实验亮点

实验结果表明，与传统的黑色FOV限制器相比，外围瞬移技术显著降低了用户的不适感，并延长了用户在虚拟环境中保持沉浸的时间。具体数据（例如，不适感降低的百分比，沉浸时间延长的百分比）需要在论文中查找。

🎯 应用场景

该研究成果可广泛应用于各种需要虚拟移动的VR应用场景，如VR游戏、虚拟旅游、远程协作、建筑设计等。通过降低眩晕感，可以提高VR的可用性和用户体验，促进VR技术的普及和应用。未来，该技术还可以与其他眩晕缓解技术相结合，进一步提升效果。

📄 摘要（原文）

Mitigating cybersickness can improve the usability of virtual reality (VR) and increase its adoption. The most widely used technique, dynamic field-of-view (FOV) restriction, mitigates cybersickness by blacking out the peripheral region of the user's FOV. However, this approach reduces the visibility of the virtual environment. We propose peripheral teleportation, a novel technique that creates a rest frame (RF) in the user's peripheral vision using content rendered from the current virtual environment. Specifically, the peripheral region is rendered by a pair of RF cameras whose transforms are updated by the user's physical motion. We apply alternating teleportations during translations, or snap turns during rotations, to the RF cameras to keep them close to the current viewpoint transformation. Consequently, the optical flow generated by RF cameras matches the user's physical motion, creating a stable peripheral view. In a between-subjects study (N = 90), we compared peripheral teleportation with a traditional black FOV restrictor and an unrestricted control condition. The results showed that peripheral teleportation significantly reduced discomfort and enabled participants to stay immersed in the virtual environment for a longer duration of time. Overall, these findings suggest that peripheral teleportation is a promising technique that VR practitioners may consider adding to their cybersickness mitigation toolset.