虚拟环境下自我中心距离感知影响因素研究综述

袁小建 浙江理工大学

距离知觉一直是认知心理学的热门领域，自我中心距离是近年来研究较多的方向，自我中心距离是指目标物体到观察者之间的距离。在真实环境中，与距离知觉相关的生理线索（双眼辐合、双眼视差和运动视差等）和光学线索（对象重叠、线条透视、对象的纹理梯度等）已经有大量的研究成果。与真实环境不同，在虚拟环境中，自我中心距离常常被低估，并且存在很多因素影响自我中心距离知觉。本文将这些因素总结成4个方面，分别是测量自我中心距离的方法、虚拟现实技术因素、虚拟场景特征因素以及用户自身相关的因素。在测量方法分类中，本文收集了用于测量自我中心距离感知的方法。在技术分类中，本文关注于虚拟现实设备的技术和参数对于距离感知的影响。在虚拟场景因素中，本文关注虚拟现实设备渲染出的虚拟环境的特征对距离知觉的影响。在用户自身的因素分类中，主要关注用户的心理特征（个体差异和适应等）对距离知觉的影响。

一、测量方法

在以往的研究中，已经开发出了很多种用来测量主观距离知觉的方法。这些方法分别适用于不同的虚拟现实硬件系统和具体的研究场景。

口头报告法是一种常见的测量方法，该方法要求被试报告呈现的目标物体到达用户自己身体的距离，有些研究者还要求用户闭上眼睛后口头报告，或者闭上眼睛并向指定方向旋转一定角度后进行口头报告。口头报告法操作起来比较简单，适用的目标物体的距离范围也比较广[1]。

知觉匹配法是近年常被使用的测量方法，该方法要求被试调节参考物体，使参考物体与目标物体的自我中心距离相等，也有研究者要求被试指出目标物体与自我身体距离的中点。这种方法受到手臂长度的限制，无法测量距离被试较远的目标物体[2]。

另外一种比较常用的方法是盲走法，被试观察到目标物体后，要求被试闭上眼睛，走到目标出现的位置。因为被试闭上眼睛行走具有一定的危险性，需要被试多次练习并提供相应的引导才能完成。这种方法适用于较远的距离[3]。

二、技术相关的因素

虚拟环境需要通过虚拟现实硬件系统实现，不同的硬件系统或者硬件系统的不同参数可能会对自我中心距离知觉产生一些影响。绝大数虚拟现实场景是通过头戴显示设备实现的。虽然头戴显示设备的FOV并不是距离低估的原因，但是综合了头戴现实设备的重量、转动惯量以及戴上头盔的感觉确实对距离产生影响。

在虚拟环境中，只有虚拟现实设备追踪用户的移动后才能提供运动视差。在真实环境中，非图形深度线性（如运动视差）对距离感知很重要。但是在虚拟环境下，较弱或者扭曲的运动视差不是距离低估的原因。在短距离的研究中，发现双眼视差对距离估计有影响，而在长距离的研究中没有发现有相关影响。

枕形失真不影响距离感知，偏角失真或者因为放大和缩小图像引起的失真对距离感知有影响。仔细校准虚拟环境后，距离依然会被低估，所以这些失真不能解释虚拟环境下距离低估现象。

虽然目前还不能证实虚拟图形质量对于距离知觉有显著影响，但是更好的视觉显示效果增强了用户存在感，并且提高了用户的使用体验。

三、虚拟环境特征因素

与真实环境相比，虚拟环境相对简陋，很多研究中只包含呈现的对象物体和有纹理的地面，缺乏图形深度线索。在用户使用头戴显示设备的虚拟场景中，用户缺少用于大小比较的对象，特别是用户看不到自己的身体。在真实环境中，用户体验到不同环境之间的连续切换，例如穿过门从室内环境转换到室外环境，但是在虚拟环境中，通常直接向用户呈现新的环境。另外在虚拟环境中，如果用户获知物体的大小，用户就能够获得绝对的距离信息。因此改善距离估计一个方法就是将熟悉的物体添加到虚拟环境中。但是添加少数熟悉物体并没有改善虚拟环境下的距离估计。当将全部虚拟环境设置成与用户看过的真实环境相一致时，用户能够准确的估计距离。

在虚拟环境中添加虚拟人像，研究表明在当用户感知到虚拟人像位于自己身体的相同位置，并且能够自由控制虚拟人像的情况下，才能有效改善距离估计。

四、用户自身的影响因素

与其他类型的影响因素不同，该因素来自于用户自身。例如对虚拟现实缺乏经验可能影响虚拟现实下的距离感知。有研究表明，通过反馈和练习使用户适应虚拟环境有利于提高距离知觉水平。性别不会对虚拟环境下的距离产生影响。10岁儿童距离估计比12岁儿童距离估计更短，在20岁到30岁之间，用户的年龄不会对距离知觉产生影响。

在一些虚拟现实的应用中，准确的空间知觉至关重要。因此，在虚拟环境下，哪些是影响自我中心距离知觉的因素非常重要。该综述在查阅了大量相关研究后，将影响因素分成4类，包括自我中心距离测量方法、技术因素、虚拟环境特征因素以及与用户自身相关的因素。在未来的研究中首先推荐的研究方向是，用户的虚拟人像对于距离知觉的影响，特别是虚拟肢体、虚拟肢体替代物和真实肢体对于距离知觉的影响。第二个研究方向是虚拟环境下的距离知觉偏差的有利影响。总之，尽可能使用高质量的图片，仔细调整虚拟现实设备的设置和呈现包含有规则的结构化的地理纹理的丰富环境，有利于提高虚拟环境下的自我中心距离知觉。