一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的評(píng)估框架

（中國(guó)AI網(wǎng) 2025年07月16日）研究虛擬現(xiàn)實(shí)中的暈動(dòng)癥通常需要大量的資源來創(chuàng)建VR環(huán)境和管理其他與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的方面。另外，不同研究中虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容的細(xì)微差異可能導(dǎo)致相互矛盾的結(jié)果。

為了應(yīng)對(duì)所述挑戰(zhàn)，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)提出了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的評(píng)估框架，以促進(jìn)暈動(dòng)癥的研究。團(tuán)隊(duì)的主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)一致和可比較的暈動(dòng)癥相關(guān)實(shí)驗(yàn)。通過建立這個(gè)共同的基礎(chǔ)，研究人員可以更好地評(píng)估和比較各種因素對(duì)暈動(dòng)癥的影響。

暈動(dòng)癥已經(jīng)成為阻礙虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)廣泛采用的一個(gè)重要障礙。暈動(dòng)癥的不良影響，如惡心、頭暈和全身不適，不僅會(huì)降低沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)，而且會(huì)限制用戶接觸虛擬現(xiàn)實(shí)的時(shí)間。

暈動(dòng)癥研究領(lǐng)域面臨著一個(gè)持續(xù)的挑戰(zhàn)：是在眾多研究中發(fā)現(xiàn)了相互矛盾的結(jié)果。盡管已經(jīng)發(fā)表了大量研究暈動(dòng)癥影響因素、減少暈動(dòng)癥技術(shù)和預(yù)測(cè)模型的論文，但不一致的結(jié)果使得未來研究的前景復(fù)雜化，阻礙了獲得清晰的見解和指導(dǎo)。例如，在研究性別對(duì)暈動(dòng)癥的影響時(shí)，研究得出了不同的結(jié)果。有的研究表明，女性比男性更容易暈動(dòng)癥。但其他研究表明，性別之間的易感性沒有顯著差異。類似的沖突同樣出現(xiàn)在年齡、過去的經(jīng)歷和對(duì)暈動(dòng)癥的可控性等因素的影響方面。

在瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)的調(diào)查中，他們發(fā)現(xiàn)在采用相同的生理測(cè)量方法的研究中會(huì)出現(xiàn)不同的結(jié)果。例如，一項(xiàng)研究報(bào)告稱暈動(dòng)癥更嚴(yán)重的人心率更低。但其他研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)歷暈動(dòng)癥的參與者心率會(huì)增加。有趣的是，有人觀察到，在不同的受試者中，心率既有增加的，又有減少的。

相比之下，一項(xiàng)研究沒有發(fā)現(xiàn)心率和暈動(dòng)癥之間的顯著相關(guān)性。同樣，對(duì)于評(píng)估暈動(dòng)癥減少技術(shù)的研究，如視場(chǎng)減少等，同樣呈現(xiàn)出不一致的報(bào)告結(jié)果。

暈動(dòng)癥研究結(jié)果的不一致性可歸因于三個(gè)關(guān)鍵方面：實(shí)驗(yàn)設(shè)置、人為因素和硬件設(shè)置。首先，實(shí)驗(yàn)環(huán)境的變化，例如使用不同的虛擬現(xiàn)實(shí)刺激，會(huì)導(dǎo)致不同程度的暈動(dòng)癥。VR體驗(yàn)中呈現(xiàn)的內(nèi)容對(duì)誘發(fā)暈動(dòng)癥的程度有很大影響。然而，由于缺乏一個(gè)成熟的框架或全面的VR游戲數(shù)據(jù)庫(kù)，研究人員往往不得不開發(fā)自己的VR游戲或從現(xiàn)有的VR游戲中進(jìn)行選擇，從而導(dǎo)致研究之間的差異。

其次，由于個(gè)體易感性的差異，入選研究的參與者之間的個(gè)體差異顯著影響最終結(jié)果。性別、過去經(jīng)歷和暈動(dòng)癥史等因素可能在決定暈動(dòng)癥的程度方面起著至關(guān)重要的作用。然而，以前的研究論文要么缺乏對(duì)個(gè)體因素的詳細(xì)報(bào)告，要么沒有充分控制它們，這對(duì)結(jié)果的解釋或比較增加了另一層復(fù)雜性。最后，硬件設(shè)置的差異，例如使用的VR頭顯類型，生理傳感器的質(zhì)量和定位，都會(huì)對(duì)研究結(jié)果產(chǎn)生影響。

在以前的研究中遇到的一個(gè)重大挑戰(zhàn)是，關(guān)于所使用的虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用和收集的數(shù)據(jù)的細(xì)節(jié)和透明度提供不足。大多數(shù)論文只提供VR游戲的視頻或截圖，很少提供他們定制游戲的開放訪問。這種透明度的缺乏極大地阻礙了研究結(jié)果的可重復(fù)性，并進(jìn)一步阻礙了跨多項(xiàng)研究結(jié)果的綜合。

舉個(gè)例子，有一項(xiàng)研究認(rèn)為，在暈動(dòng)癥方面缺乏性別差異可能是因?yàn)閂R內(nèi)容不夠強(qiáng)大，不足以引起相當(dāng)程度的暈動(dòng)癥。認(rèn)識(shí)到科學(xué)研究透明度的重要性，解決這一限制并促進(jìn)VR應(yīng)用的開放訪問至關(guān)重要。因此，通過建立VR刺激的標(biāo)準(zhǔn)化框架，確保詳細(xì)報(bào)告和控制人為因素，以及保持一致的硬件設(shè)置來解決相關(guān)問題，對(duì)于提高我們對(duì)暈動(dòng)癥的理解和促進(jìn)更可靠和可類比的研究成果至關(guān)重要。

考慮到研究人員對(duì)參與者的選擇和硬件應(yīng)用具有獨(dú)家控制權(quán)，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)的主要目標(biāo)是承擔(dān)標(biāo)準(zhǔn)化框架的設(shè)計(jì)。所述框架旨在減輕VR內(nèi)容的顯著差異，促進(jìn)研究成果之間的改進(jìn)比較，更重要的是，減少延長(zhǎng)的開發(fā)周期。通過這樣做，團(tuán)隊(duì)希望提高結(jié)果的一致性和可靠性，使得能夠更全面地了解暈動(dòng)癥及其相關(guān)因素。

抽象：隱藏不必要的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，只暴露相關(guān)的接口。這允許框架的用戶在更高的層次上與它交互，簡(jiǎn)化了使用并減少了潛在的復(fù)雜性。模塊化和關(guān)注點(diǎn)分離：促進(jìn)可重用性和可維護(hù)性。每個(gè)組件都應(yīng)該有定義良好的職責(zé)，以便在不影響系統(tǒng)其他部分的情況下更容易添加或更新功能?？蓴U(kuò)展性：適應(yīng)未來的需求或變更。設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到靈活性，允許開發(fā)人員添加新的特性或功能，而無需進(jìn)行重大的重寫或中斷。先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)控制：在科學(xué)研究或測(cè)試環(huán)境中設(shè)計(jì)復(fù)雜和全面的實(shí)驗(yàn)條件，參數(shù)和變量管理。最小編碼：促進(jìn)快速和容易的新功能的創(chuàng)建。

實(shí)驗(yàn)設(shè)置包括一個(gè)用戶界面（UI）控制面板，用于實(shí)驗(yàn)設(shè)置，內(nèi)置語音快速暈動(dòng)癥問卷和數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)，用于數(shù)據(jù)分析?？蚣艿哪J(rèn)功能包括兩個(gè)不同主題的基本游戲，在虛擬環(huán)境中控制運(yùn)動(dòng)的選項(xiàng)，減少視覺暈動(dòng)癥的技術(shù)，以及測(cè)試不同場(chǎng)景安排的靈活性。它適用于不同版本的Unity游戲引擎，并支持各種當(dāng)前的頭顯設(shè)備，允許研究設(shè)置的多功能性。另外，框架設(shè)計(jì)為可擴(kuò)展，具有合并新特性的能力，優(yōu)先考慮用戶友好性，并維護(hù)易于維護(hù)和未來增強(qiáng)的可讀代碼。

圖1總結(jié)了框架結(jié)構(gòu)。團(tuán)隊(duì)同時(shí)列出了一系列的術(shù)語來幫助理解技術(shù)背景。

Extension：在這個(gè)框架中，Extension是一個(gè)抽象類，通過將其作為組件添加到“GameObject”中，為現(xiàn)有的“Monobehaviour”添加新功能。這是一個(gè)通用類型，它將“Monobehaviour”擴(kuò)展為類型參數(shù)，允許它綁定到一個(gè)特定的“Monobehaviour”，并在場(chǎng)景中顯示游戲?qū)ο蟮乃锌捎脭U(kuò)展。Preset：在這個(gè)框架中，“Preset”與每個(gè)擴(kuò)展直接關(guān)聯(lián)，并作為類型參數(shù)給出，主要是為了創(chuàng)建自定義編輯器。Preset的目的是包含可能希望為相關(guān)擴(kuò)展共享或保存的所有參數(shù)。“Preset”本質(zhì)上是“Script- ableObjects”，它們具有與各自擴(kuò)展相匹配的類型參數(shù)，允許簡(jiǎn)單地創(chuàng)建預(yù)設(shè)的各種變體。Presettable：在這個(gè)框架中，“Presettable”指的是能夠定義為“Preset”的對(duì)象。ScriptableObjects：“ScriptableObjects”在Unity是數(shù)據(jù)容器，允許開發(fā)者創(chuàng)建自定義的，可重用的，可序列化的數(shù)據(jù)對(duì)象，可以很容易地在Unity編輯器中共享和修改。

團(tuán)隊(duì)同時(shí)提出了設(shè)置窗口的全面概念設(shè)計(jì)，其中包括CSAF 2.0的四個(gè)主要類別，即實(shí)驗(yàn)，環(huán)境，視覺和運(yùn)動(dòng)。除此之外，他們提供了兩個(gè)演示場(chǎng)景，以便于框架的初始化。Presettable所屬的類別可以稱為選項(xiàng)，因?yàn)橄嚓P(guān)功能構(gòu)成了用戶可以在實(shí)驗(yàn)中添加、刪除或更改的選項(xiàng)。無論它們是否包含在當(dāng)前場(chǎng)景中，框架的默認(rèn)選項(xiàng)在設(shè)置窗口中按其名稱顯示。如果場(chǎng)景沒有一個(gè)選項(xiàng)的擴(kuò)展對(duì)象，則它可以創(chuàng)建，然后從同一個(gè)窗口修改。

另外，可以創(chuàng)建新的擴(kuò)展或預(yù)設(shè)來為實(shí)驗(yàn)添加新的選項(xiàng)。在VR應(yīng)用中，典型的運(yùn)動(dòng)可以分為被動(dòng)和主動(dòng)兩種類型。為了方便研究人員進(jìn)入這個(gè)框架，除了在VR游戲中發(fā)現(xiàn)的傳統(tǒng)交互式元素外，團(tuán)隊(duì)結(jié)合了兩個(gè)基本場(chǎng)景。

相關(guān)場(chǎng)景可以通過在Unity項(xiàng)目的asset層次中搜索它們各自的名稱（“硬幣”或“射擊”）來輕松訪問。“硬幣”場(chǎng)景提供了一種主動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方式，類似于經(jīng)典的《馬里奧》游戲，用戶使用控制器導(dǎo)航并收集散落在整個(gè)環(huán)境中的硬幣。硬幣的生成是通過框架內(nèi)的預(yù)設(shè)腳本進(jìn)行管理的，從而導(dǎo)致硬幣的隨機(jī)分布。另一方面，“射擊”場(chǎng)景采用被動(dòng)運(yùn)動(dòng)風(fēng)格，靈感來自著名的VR游戲《Pistol Whip》。在這種情況下，用戶不能直接控制自己的運(yùn)動(dòng)，而是在進(jìn)行射擊任務(wù)時(shí)體驗(yàn)預(yù)先定義的運(yùn)動(dòng)路徑。

相關(guān)論文：Cybersickness Assessment Framework(TestBed): Towards a Standardization of Experiments

https://arxiv.org/pdf/2504.02675

總的來說，團(tuán)隊(duì)提出了CS Assessment Framework2.0，這個(gè)評(píng)估框架的目標(biāo)是通過提供核心實(shí)用程序和共同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境設(shè)置來協(xié)助暈動(dòng)癥研究。它包含幾種運(yùn)動(dòng)方法，減少視覺引起的暈動(dòng)癥的技術(shù)，環(huán)境定制，最重要的是可以通過集中界面定制的框架工作。

團(tuán)隊(duì)提供了一系列旨在減少暈動(dòng)癥的視覺技術(shù)，從而為研究人員提供了更多樣化的實(shí)驗(yàn)選擇。另外，額外的運(yùn)動(dòng)技術(shù)的集成成為可能，因?yàn)樗鼈兛梢院苋菀椎丶{入其中。另外，他們引入了一種新的被動(dòng)運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步豐富了框架的功能和實(shí)驗(yàn)范圍。同時(shí)，個(gè)人敏感性測(cè)試及其獨(dú)特的場(chǎng)景可用。最后，提出的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)有助于超越現(xiàn)有框架的開源研究。通過分享記錄良好的開源實(shí)現(xiàn)，研究人員可以驗(yàn)證并建立在彼此的工作基礎(chǔ)之上，促進(jìn)集體努力來開發(fā)更實(shí)用和有效的技術(shù)。

因此，展望未來，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)強(qiáng)調(diào)鼓勵(lì)研究人員提供他們暈動(dòng)癥研究的全面細(xì)節(jié)。通過這樣做，我們可以共同努力克服暈動(dòng)癥帶來的挑戰(zhàn)。