實(shí)時(shí)跟蹤暈動(dòng)癥水平

（中國AI網(wǎng) 2025年07月10日）虛擬現(xiàn)實(shí)提供了沉浸式體驗(yàn)，但在交互過程中產(chǎn)生暈動(dòng)癥的固有風(fēng)險(xiǎn)會(huì)嚴(yán)重降低樂趣和采用。暈動(dòng)癥的特征是頭暈和惡心等癥狀，而以前的研究主要是通過主觀的沉浸后問卷調(diào)查和運(yùn)動(dòng)受限的控制裝置來評(píng)估。

在一項(xiàng)研究中，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院調(diào)查了用戶在虛擬現(xiàn)實(shí)中體驗(yàn)和自由交互時(shí)暈動(dòng)病的動(dòng)態(tài)性質(zhì)，并提出了一種從腦電圖EEG和頭部運(yùn)動(dòng)信號(hào)中識(shí)別和定量測(cè)量暈動(dòng)癥水平的新方法。相關(guān)解決方案從腦電圖中估計(jì)多錐度頻譜，整合專門的腦電圖處理技術(shù)來對(duì)抗運(yùn)動(dòng)偽影，從而實(shí)時(shí)跟蹤暈動(dòng)癥的水平。與以前的方法不同，所提出方案不需要用戶特定的校準(zhǔn)或個(gè)性化來檢測(cè)暈動(dòng)癥。團(tuán)隊(duì)表示：“我們的研究解決了暈動(dòng)癥研究中可重復(fù)性和主觀性的重大挑戰(zhàn)。”

虛擬現(xiàn)實(shí)提供沉浸式體驗(yàn)，允許用戶參與從娛樂到醫(yī)療保健的各種活動(dòng)。VR可以高保真地模擬環(huán)境和場(chǎng)景，允許用戶參與模擬現(xiàn)實(shí)世界交互的活動(dòng)。從醫(yī)療專業(yè)人員的培訓(xùn)模擬到恐懼癥或創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙（PTSD）患者的治療干預(yù)，VR可以有效地支持體驗(yàn)式學(xué)習(xí)和治療。

盡管虛擬現(xiàn)實(shí)在各個(gè)領(lǐng)域都有非常大的潛在幫助，但一個(gè)重要的障礙是暈動(dòng)癥。缺乏緩解暈動(dòng)癥的手段對(duì)VR設(shè)備的廣泛采用和長期可用性構(gòu)成了障礙。暈動(dòng)癥狀表現(xiàn)為頭暈、惡心、胃部不適等，持續(xù)時(shí)間可以長達(dá)一周。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷發(fā)展，我們需要一種有效的方法來檢測(cè)、監(jiān)控，尤其是防止運(yùn)動(dòng)珍貴的發(fā)生。

所以，持續(xù)監(jiān)測(cè)參與者的暈動(dòng)癥水平對(duì)于提高用戶體驗(yàn)和滿意度以及確保VR中的安全和健康至關(guān)重要。通過實(shí)時(shí)響應(yīng)暈動(dòng)癥程度的變化，干預(yù)措施可以迅速減輕不良影響。

以前的暈動(dòng)癥研究通常只收集VR后的暈動(dòng)癥主觀測(cè)量。這種方法無法估計(jì)感知到的暈動(dòng)癥程度的持續(xù)和即時(shí)變化，而它們對(duì)于促進(jìn)預(yù)防暈動(dòng)癥癥狀發(fā)生的干預(yù)措施至關(guān)重要。

大多數(shù)現(xiàn)有的方法通常是基于立體圖像，并進(jìn)一步假設(shè)相同的幀和聲音序列總是對(duì)不同的參與者產(chǎn)生相同的效果。然而，暈動(dòng)癥在很大程度上依然是高度主觀的，個(gè)體在VR中對(duì)相同的幀序列表現(xiàn)出不同的反應(yīng)。

更復(fù)雜的方法收集了生物生理測(cè)量來估計(jì)暈動(dòng)癥，同時(shí)限制參與者在VR中的運(yùn)動(dòng)，以盡量減少運(yùn)動(dòng)偽影并獲得合適的生物信號(hào)。它們表明，從測(cè)量中提取的特征（例如皮電活動(dòng)EDA、心率HR、瞳孔大小和大腦活動(dòng)等）與參與者報(bào)告的暈動(dòng)癥程度有關(guān)。

限制運(yùn)動(dòng)與記錄腦電圖信號(hào)特別相關(guān)，這在暈動(dòng)癥檢測(cè)中顯示出非常大的希望。遺憾的是，這種約束并不代表VR中的用戶行為。所以，我們需要更強(qiáng)大的方法來持續(xù)檢測(cè)暈動(dòng)癥。

在這項(xiàng)研究中，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)首先介紹了一個(gè)新的數(shù)據(jù)集。其中，數(shù)據(jù)集來自16名參與者在VR循環(huán)模擬過程中的腦電圖記錄。然后，他們提出了一種實(shí)時(shí)持續(xù)估計(jì)暈動(dòng)癥水平的方法，延遲最小，無需用戶特定微調(diào)即可及時(shí)干預(yù)。研究人員強(qiáng)調(diào)了持續(xù)監(jiān)測(cè)暈動(dòng)癥對(duì)于優(yōu)化VR體驗(yàn)的重要性。

研究人員用所提出的方法設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)揭示了有關(guān)VR環(huán)境中暈動(dòng)癥的多個(gè)問題。首先，研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)了在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中評(píng)估和檢測(cè)暈動(dòng)癥時(shí)兼顧主觀和客觀測(cè)量的重要性。

具體來說，研究結(jié)果表明，當(dāng)采用正確的預(yù)處理步驟來消除噪點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)偽影時(shí)，腦電圖信號(hào)可以提供有關(guān)用戶暈動(dòng)癥程度的信息。相比之下，立體圖像和僅基于運(yùn)動(dòng)學(xué)的技術(shù)可能無法檢測(cè)和估計(jì)暈動(dòng)癥水平的突然變化，特別是考慮到用戶對(duì)VR的主觀反應(yīng)。因此，團(tuán)隊(duì)相信未來的系統(tǒng)有很大的空間來設(shè)計(jì)和優(yōu)先考慮不同的模式，以滿足不同的VR交互需求。

另外，VR技術(shù)的進(jìn)步應(yīng)該旨在解決與內(nèi)向外追蹤相關(guān)的挑戰(zhàn)，例如自遮擋和有限的追蹤準(zhǔn)確性，以確保在不同的VR設(shè)置中保持一致和可靠的用戶體驗(yàn)。同時(shí)，研究強(qiáng)調(diào)了神經(jīng)生理標(biāo)志物作為虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中暈動(dòng)癥水平的有價(jià)值指標(biāo)的潛力。通過將暈動(dòng)癥與已建立的神經(jīng)生理學(xué)標(biāo)志物聯(lián)系起來，這彌合了暈動(dòng)癥對(duì)大腦活動(dòng)的影響與現(xiàn)有神經(jīng)生理學(xué)研究之間的差距。

團(tuán)隊(duì)提出的方法利用量身定制的腦電圖處理技術(shù)，在持續(xù)估計(jì)暈動(dòng)癥水平方面顯示出卓越的準(zhǔn)確性和可靠性，為更有效的干預(yù)鋪平了道路，并改善了VR體驗(yàn)中的用戶幸福感。另外，綜合評(píng)估和燒蝕研究表明所提出方法的有效性，并超越了目前最先進(jìn)的方法，同時(shí)減少了傳感器的模式，可獲得更好的續(xù)航和增強(qiáng)的用戶體驗(yàn)。

然而，相對(duì)較小的樣本量（N=16）和較窄的年齡范圍意味著需要進(jìn)一步研究更大、更多樣化的參與者群體，以調(diào)查暈動(dòng)癥與人口因素（包括性別、年齡和潛在的其他特征）之間的潛在相關(guān)性。另外，受控制的虛擬環(huán)境限制了所述方法在更復(fù)雜VR場(chǎng)景中的評(píng)估，因?yàn)楦鼜?fù)雜場(chǎng)景可能會(huì)對(duì)暈動(dòng)癥產(chǎn)生不同的影響。

同時(shí)，研究的一個(gè)主要限制在于使用相對(duì)有限的虛擬環(huán)境。為了解決這個(gè)問題，未來的研究應(yīng)該致力于在更廣泛的虛擬環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，包括不同程度的復(fù)雜性、交互方式和感官刺激。通過在不同的虛擬環(huán)境中探索暈動(dòng)癥的檢測(cè)，包括物體操作和不同的運(yùn)動(dòng)方式，團(tuán)隊(duì)相信神經(jīng)生理標(biāo)志物的重要性可以更全面地理解，同時(shí)改進(jìn)檢測(cè)和監(jiān)測(cè)方法，從而開發(fā)更好的干預(yù)技術(shù)。

例如，研究人員在VR的初始非交互階段納入了基線測(cè)量，參與者被動(dòng)地暴露在沒有主動(dòng)交互的環(huán)境中。然而，結(jié)合非VR腦電圖測(cè)量可以提供有價(jià)值的比較，通過神經(jīng)生理標(biāo)記更好地了解VR引起的暈動(dòng)癥。另外，研究視覺保真度、交互性和空間布局等環(huán)境因素對(duì)暈動(dòng)病易感性的影響，可以為設(shè)計(jì)更舒適和沉浸式的VR體驗(yàn)提供有價(jià)值的見解。

總的來說，擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)環(huán)境的范圍將有助于開發(fā)強(qiáng)大且適應(yīng)性強(qiáng)的暈動(dòng)癥檢測(cè)技術(shù)，以滿足VR用戶的不同需求和偏好。研究的一個(gè)重要方面是每個(gè)會(huì)話之間有10 - 15分鐘的休息時(shí)間，其中包括一段放松時(shí)間。所述持續(xù)時(shí)間的選擇是基于研究結(jié)果表明這通常足以從暈動(dòng)癥中恢復(fù)。然而，這段時(shí)間可能不能完全消除所有參與者的殘余疲勞或暈動(dòng)癥。未來的研究可以探索使用更長的休息時(shí)間或在不同的日子，以進(jìn)一步減少遺留影響。

相關(guān)論文：Beyond Subjectivity: Continuous Cybersickness Detection Using EEG-based Multitaper Spectrum Estimation

https://arxiv.org/pdf/2503.22024

概括而言，研究人員引入了一種新穎的處理方法來從VR環(huán)境中的腦電圖信號(hào)中提取有意義的特征，從而可以連續(xù)估計(jì)暈動(dòng)癥。與傳統(tǒng)方法不同，他們處理腦電圖和頭部運(yùn)動(dòng)信號(hào)的方法利用基于多錐體的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)卓越的光譜分辨率和減少方差，以消除噪點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)偽影。

實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明，這可以更準(zhǔn)確、更可靠地預(yù)測(cè)暈動(dòng)癥程度。他們同時(shí)在參與者的動(dòng)態(tài)暈動(dòng)癥水平和神經(jīng)生理學(xué)中常用的生理標(biāo)記之間建立了有價(jià)值的聯(lián)系，這揭示了暈動(dòng)癥對(duì)大腦活動(dòng)的影響。通過多次評(píng)估，包括對(duì)記錄的暈動(dòng)癥數(shù)據(jù)集的消融研究，團(tuán)隊(duì)證明所提出方法優(yōu)于當(dāng)前最先進(jìn)的暈動(dòng)病檢測(cè)和估計(jì)方法。

重要的是，相關(guān)解決方案通過減少所需傳感器模式的數(shù)量和計(jì)算需求來增強(qiáng)整體用戶體驗(yàn)和電池續(xù)航。團(tuán)隊(duì)希望可以加速暈動(dòng)癥檢測(cè)和支持技術(shù)的發(fā)展，最終甚至可以預(yù)測(cè)和預(yù)防暈動(dòng)癥病及其癥狀在更廣泛的虛擬現(xiàn)實(shí)和混合現(xiàn)實(shí)中出現(xiàn)。