Facebook VR研究：力反馈手套比手柄控制器更具代入感、真实感

　　随着虚拟现实技术和应用的日益普及，开发者和研究人员必须了解人们是如何与虚拟现实环境交互。虚拟现实中最常见的交互控制方法是使用控制器，如Oculus Touch，但基于实时手部追踪的裸手交互等先进技术已经出现，并在Oculus Quest等商用虚拟现实头显中提供。

　　随着手部追踪在虚拟现实中的应用越来越广泛，对其如何影响虚拟现实体验的研究同样越来越多。尽管在虚拟现实中使用手部追踪比控制器感觉更自然，但它通常缺乏触觉反馈，并且手指容易与虚拟对象的几何体相交，以及穿模。由于缺乏触觉反馈，用户很难知道自己是否已经抓握住物体。另外，与虚拟对象的交叉点看起来不逼真则可能会减少沉浸感。

　　抓取时的视觉反馈有助于缓解所述问题。VR应用中使用的一个可视化示例是，只要抓住一个对象，就隐藏虚拟手部，并在此期间将对象约束到手的位置。基于这一观察，克莱姆森大学、布林莫尔学院和Facebook Reality Labs组成的团队研究了两种控制模式(控制器与手部追踪)和两种抓取可视化(连续追踪的手与抓取时消失的虚拟手)对代入感、真实感、效率、享受感和临场感的影响。

　　先前的研究已经探索过非常类似的效果，但它们大多使用更为典型的实验设计，并在多个条件下重复难以反映VR体验的短任务。在名为《Evaluating Grasping Visualizations and Control Modes in a VR Game》的论文中，研究人员的目标是探索更接近于典型虚拟现实体验的影响，其中用户的注意力不是集中在交互条件，而是集中在游戏性方面。所以，团队设计了一款虚拟现实密室逃生游戏。

　　当研究被试不知道实验的目的，当被试不能比较不同的条件，当被试可能分心甚至没有注意到自己正在采用的交互时，我们将会观察到什么效果呢?这种设计允许团队研究在重复性任务中难以检验的效果，例如控制模式和抓取可视化对享受感的影响。

　　在实验中，研究人员采用了2×2被试实验设计，比较了控制模式(控制器与追踪手套)和抓取可视化(追踪手与消失手)的自变量。

　　在控制模式条件下，被试要么使用Oculus Touch控制器与场景交互，要么戴着追踪手套。对于后者，每个手指关节和手背上都有19个动捕标记，然后使用15台Optitrack Prime 17W摄像头以120fps的速度追踪标记，并使用基于光学标记的手部追踪算法实时标记。被试可以自由移动双手，而虚拟化身的双手动作能够模拟映照。在控制器状态下，手指由按钮和扳机键引导。如果不触碰按钮，手指会伸出;触碰则会造成手指会部分伸出;如果完整按下按钮，手指则捏紧。虚拟化身的手臂根据手的位置使用反向运动学设置动画。

　　在进入虚拟环境之前，被试从六种不同的尺寸中选择最适合自己手的手套。然后相应地调整虚拟化身的双手大小。研究人员创建了两种抓取可视化：追踪手和消失手。在追踪手的情况下，虚拟手始终可见，并跟随玩家的手或控制器的动作。在消失手情况下，一旦被试抓起物品，虚拟手就会消失，并在释放时重新出现。实现起来非常简单，因为手的姿势不需要根据对象进行调整，这可能就是为什么它是一种流行的方法。

　　经过一番研究，团队总结了不同情况对不同项目的影响。

　　如图表所示，手套条件的代入感和真实感要高于控制器，而追踪手部的代入感和真实感要高于消失手部，但不太明显。

　　另外，在享受感方面，手套条件要高于控制器，追踪手高于消失手。

　　在临场感方面，手套条件同样要高于控制器，而追踪手同样要高于消失手。

　　至于效率方面，尽管没有发现显著的感知效率差异，但研究人员发现追踪手部条件的完成时间要稍微短于消失手部。

　　总的来说，团队在这篇论文中提出了一项研究，以调查两种控制模式(手套与控制器)和两种抓取可视化(追踪手与消失手)对代入感、真实感、效率、享受感和临场感的影响。实验结果表明，与控制器相比，当使用手部追踪(手套)作为输入模式时，代入感、真实感、享受感和临场感显著增加。团队同时发现，与消失手相比，尽管追踪手可以增加代入感和享受感，但效果并不明显。因此，团队建议在创建虚拟现实应用程序时，可以将手部追踪作为一种输入模式，而不是控制器，并继续改进这项技术。

　　相关论文：Evaluating Grasping Visualizations and Control Modes in a VR Game

　　当然，研究人员承认需要进一步的研究以验证所述结果。这项研究的另一个局限性是，用户的手部由一个真实感较低的机器人模型来表示，所以与更真实的手部模型相比，结果可能会有所不同。另外，抓取表示不够逼真。针对这一情况，团队接下来将继续优化研究过程。