幾何感知透視系統(tǒng)可以通過(guò)精確的深度感知來(lái)減輕暈動(dòng)癥

（中國(guó)AI網(wǎng) 2025年06月12日）傳統(tǒng)的VR頭顯限制用戶(hù)對(duì)虛擬世界的感知，將他們與現(xiàn)實(shí)世界隔離開(kāi)來(lái)。視頻透視（VST）頭顯則通過(guò)面向世界的攝像頭來(lái)創(chuàng)建增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)，以幫助人們感知現(xiàn)實(shí)世界。然而，直接顯示攝像頭畫(huà)面會(huì)導(dǎo)致視覺(jué)不適和暈動(dòng)癥，這是由于對(duì)尺度的感知不準(zhǔn)確和運(yùn)動(dòng)視差的夸大。

在一項(xiàng)研究中，斯坦福大學(xué)和谷歌團(tuán)隊(duì)展示了幾何感知透視系統(tǒng)將如何通過(guò)精確的深度感知來(lái)減輕暈動(dòng)癥。研究人員首先提出了一種基準(zhǔn)測(cè)試和比較透視算法的方法。另外，他們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)協(xié)議來(lái)定量測(cè)量用戶(hù)在VST頭顯中經(jīng)歷的暈動(dòng)癥。

使用所述協(xié)議，他們進(jìn)行了用戶(hù)研究，以比較直接透視和幾何感知透視系統(tǒng)。研究人員指出，這是第一個(gè)揭示幾何感知透視顯著減少惡心、定向障礙和暈動(dòng)癥總分的研究。

VR頭顯利用高分辨率近眼顯示器和多感官輸入系統(tǒng)，令用戶(hù)完全沉浸在虛擬環(huán)境中。高度的沉浸感將用戶(hù)與他們的物理環(huán)境隔離開(kāi)來(lái)。為了實(shí)現(xiàn)真實(shí)世界和虛擬世界之間的無(wú)縫集成，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)頭顯將數(shù)字內(nèi)容覆蓋到用戶(hù)周?chē)匦峦队暗奈锢硎澜纭?/p>

因此，諸如Apple Vision Pro1和Meta Quest 3等視頻透視（VST）頭顯越來(lái)越受歡迎。VST頭顯利用攝像頭捕獲的圖像，為用戶(hù)提供在A(yíng)R和VR模式之間轉(zhuǎn)換的能力，在完整的現(xiàn)實(shí)-虛擬連續(xù)體中提供身臨其境的體驗(yàn)。

與VST頭顯并行，諸如微軟HoloLens這樣的光學(xué)透明（OST）系統(tǒng)同樣開(kāi)發(fā)出來(lái)。相關(guān)系統(tǒng)使用戶(hù)能夠通過(guò)可變透明度的面板看到真實(shí)世界，而面板同時(shí)可以顯示虛擬內(nèi)容。隨著VST頭戴式顯示器的普及，一系列的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用已經(jīng)出現(xiàn)，包括教育、交互式現(xiàn)實(shí)世界游戲，特別是生產(chǎn)力任務(wù)，如打字、參加會(huì)議、媒體消費(fèi)，以及在室內(nèi)場(chǎng)景中與物理世界交互。

隨著空間計(jì)算設(shè)備的應(yīng)用越來(lái)越多，有必要對(duì)VST技術(shù)帶來(lái)的用戶(hù)不適和相關(guān)暈動(dòng)癥進(jìn)行研究。

盡管人們?cè)谶^(guò)去的幾十年里對(duì)VR暈動(dòng)癥進(jìn)行了廣泛的研究，但致力于增強(qiáng)AR設(shè)備使用的舒適性和安全性的研究有限。來(lái)自VR研究的見(jiàn)解是有益的，但VST的獨(dú)特性質(zhì)，即用戶(hù)可以看到物理世界并與之交互，這表明需要專(zhuān)門(mén)的研究來(lái)指導(dǎo)VST頭戴式顯示器的設(shè)計(jì)，并優(yōu)先考慮用戶(hù)的舒適度。

斯坦福大學(xué)和谷歌團(tuán)隊(duì)的這項(xiàng)研究的目標(biāo)之一是定量測(cè)量用戶(hù)對(duì)透視系統(tǒng)的不適，并為減輕用戶(hù)體驗(yàn)的暈動(dòng)癥提供見(jiàn)解。

在VST頭顯中，由于硬件和物理的限制，攝像頭通常位于頭顯的外表面，遠(yuǎn)離用戶(hù)的眼睛位置。直接透視，即將原始攝像頭饋送到顯示器，會(huì)放大距離，從而放大物體的運(yùn)動(dòng)。根據(jù)感覺(jué)沖突理論，視覺(jué)和慣性信號(hào)之間的不匹配可能會(huì)導(dǎo)致不適。

為了減輕這種不匹配，過(guò)去的研究側(cè)重于利用深度信息將攝像頭圖像重新投影到眼睛視圖中。

團(tuán)隊(duì)引入了一個(gè)術(shù)語(yǔ)“幾何感知透視（Geometry Aware Passthrough/GAP）來(lái)描述基于深度的重投影算法。以前的研究假設(shè)，與直接透視相比，GAP減少了不適，但據(jù)研究人員所知，沒(méi)有實(shí)證研究直接調(diào)查了這一假設(shè)。

另外，深度不連續(xù)可能導(dǎo)致GAP算法中的翹曲偽影，這可能進(jìn)一步導(dǎo)致用戶(hù)體驗(yàn)到的整體暈動(dòng)癥。為了解決所述問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)提出了技術(shù)指標(biāo)，以估計(jì)在VST顯示器感知到的幾何不準(zhǔn)確性，以及可能改變物體形狀的翹曲偽影。

團(tuán)隊(duì)首先描述了直接和幾何感知透視系統(tǒng)之間的技術(shù)差異，并提出了控制增強(qiáng)幾何精度和減輕感知翹曲偽影之間權(quán)衡的指標(biāo)。他們演示了如何使用相關(guān)指標(biāo)來(lái)揭示幾何估計(jì)對(duì)用戶(hù)感知的幾何形狀的影響，并量化VST圖像中引入的扭曲。

然后，團(tuán)隊(duì)介紹了一個(gè)專(zhuān)注于關(guān)鍵VST用例的協(xié)議，以全面評(píng)估VST頭顯引起的不適和暈動(dòng)癥。使用所述協(xié)議，他們進(jìn)行了用戶(hù)研究，以比較直接透視和幾何感知透視系統(tǒng)。據(jù)研究人員所知，這是第一個(gè)揭示幾何感知透視顯著減少惡心、定向障礙和暈動(dòng)癥總分的研究。

研究包括VST中的三個(gè)活動(dòng)：

在物理鍵盤(pán)上打字

繞過(guò)障礙物導(dǎo)航

近場(chǎng)物體交互

通過(guò)所提出的研究，研究人員首先表明，VST系統(tǒng)在執(zhí)行相同的任務(wù)時(shí)，會(huì)引起數(shù)種正常情況下不會(huì)經(jīng)歷的特定癥狀。他們進(jìn)一步證明，與直接透視相比，幾何感知穿越顯著減少了惡心、定向障礙和暈動(dòng)癥的總分。通過(guò)將調(diào)查置于用戶(hù)舒適度的背景下，團(tuán)隊(duì)強(qiáng)調(diào)了GAP在增強(qiáng)VST頭戴式顯示器的整體用戶(hù)體驗(yàn)方面的實(shí)際意義。

相關(guān)論文：Geometry Aware Passthrough Mitigates Cybersickness

在這項(xiàng)研究中，團(tuán)隊(duì)研究了重投影算法對(duì)VST頭戴式顯示器用戶(hù)不適和暈動(dòng)癥的影響。他們首先提出了度量來(lái)評(píng)估幾何正確性和由幾何感知重投影產(chǎn)生的翹曲偽影，并展示了相關(guān)指標(biāo)如何允許不同的通過(guò)算法之間的比較，重點(diǎn)是感知場(chǎng)景幾何形狀和對(duì)象形狀。

他們提出了一項(xiàng)綜合方案，旨在通過(guò)關(guān)鍵用例評(píng)估VST頭戴式顯示器視覺(jué)引起的不適和暈屏。研究結(jié)果表明，與直接透視相比，GAP顯著減少了惡心、定向障礙、暈動(dòng)癥總分以及主觀(guān)不適評(píng)分。

值得注意的是，研究結(jié)果揭示了VST系統(tǒng)特有的特定癥狀。眼睛疲勞是導(dǎo)致VST暈動(dòng)癥的主要因素。這表明VST系統(tǒng)中的暈動(dòng)癥是一種復(fù)雜的現(xiàn)象，不同于VR暈動(dòng)癥。盡管觀(guān)察到的暈動(dòng)癥程度一般為低至中度，但相關(guān)癥狀會(huì)影響用戶(hù)的接受度和整體體驗(yàn)。從用戶(hù)收集的反饋揭示了進(jìn)一步研究和改進(jìn)VST頭顯舒適度的新途徑。