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体积 2018年 |文章的ID 4517150 | https://doi.org/10.1155/2018/4517150

任,魏,伊蒙·奥尼尔Fenfang陈, 对有效的设计触觉和音频显示增强现实技术和混合现实应用”,多媒体的发展, 卷。2018年, 文章的ID4517150, 11 页面, 2018年 https://doi.org/10.1155/2018/4517150

对有效的设计触觉和音频显示增强现实技术和混合现实应用

学术编辑器:Hoshang Kolivand
收到了 2017年12月01
接受 2018年5月07
发表 2018年7月02

文摘

增强现实(AR) (MR)和混合现实技术有潜力支持移动应用程序。然而,非可视化交互形式被低估和未充分利用的先生在AR /应用程序。视觉显示是无效的或不合适的在某些情况下,如走路或开车。与此同时,非可视模式正变得越来越重要在移动用户体验。在这篇文章中,我们报告两个研究调查其非交互模式如音频和触觉显示与先生移动AR /应用程序。在第一项研究中,我们调查的触觉和音频显示的设计因素,包括节奏,振幅,他们的组合代表旅游信息和移动电话用户。结果显示交互模式的主要影响,识别利率最高的信息代表Haptic-Audio显示相结合。在第二项研究中,我们研究在三维空间目标定位任务使用空间音频反馈和头盔显示器。我们评估几个设计因素包括音频反馈装置,体积,节奏,和目标的水平和垂直位置。结果表明,垂直位置很难定位,和整体参与者更喜欢音频提示音量和快节奏。 Finally, we propose practical audio and haptic display design guidelines for AR/MR applications.

1。介绍

虽然增强现实的概念(AR)和混合现实(MR)存在自1960年代以来,仅在过去的20年中有AR技术进步/先生一个蓬勃发展的研究领域1]。由移动设备或头盔显示器(头戴设备),AR /先生通过信息技术可以提高人们的视觉通过各种形式,如视觉、声音、甚至是触觉,嗅觉,和品味,从而提高用户体验的现实和周围的环境。

AR /先生技术已广泛应用于教育、工程、娱乐、广告、电视广播等领域。例如,AR /先生旅行应用程序为游客提供多种方式探索和体验世界的旅行通过导航不熟悉的环境,通过提供各种反馈(2),使用3 d模型重建历史建筑和经验。

目前,市场上对于大多数先生AR /应用程序,直观显示仍然主导着用户与设备之间的交互。然而,通常视觉显示的屏幕空间是非常有限的,很容易变得混乱与困惑和小部件的信息,此外,观看屏幕,手机为用户并不总是可行的。例如,当步行或骑自行车可能是不方便或者危险如果用户被迫阅读屏幕上的信息。当一个或两个手被占领,也很难获得的视觉信息。此外,手机屏幕的能见度可以被阳光,移动,或字迹模糊的文本。

先生目前,移动AR /应用程序是高度依赖于视觉显示器,和非可视互动频道一直低估了,没有得到充分的利用。依赖移动AR /先生的视觉显示应用程序可以给用户带来一个问题,因为AR /先生服务中经常使用广泛的上下文。例如,用户不能总是把自己的视觉注意力移动应用程序接口。所以在AR先生/应用程序中,使用音频和触觉显示器和其他互动模式变得更加重要。

当传统的视觉显示并不是最好的选择在移动计算环境中,触觉显示可以是一个重要的替代交互模式。此外,声音行动的自然效应涉及机械冲击和振动表明使用听觉触觉界面增强显示。空间音频可以允许用户探索多个同步源和增加浸的水平3]。音频也可以用来关注对象,目前不注视的方向。

尽管它可能提高用户体验和驾驶新应用,研究相对较少的非可视AR /先生交互模式和评价旅游应用程序。因此,在本文中,我们评估的有效性通过触觉和听觉显示输出提高AR /经验,先生在旅游业的应用程序中使用。我们报告两种评估的非可视显示使用触觉和音频模式在移动AR和戴先生。

移动基于“增大化现实”技术和应用越来越受欢迎的在许多领域包括旅游先生(4]。例如,游客正在寻找一些新的和不同的经历,和他们喜欢探索的地方和景点和获得更多的知识5使用新技术。随着旅游模式的变化,越来越多的游客正在寻找应用程序和工具来促进这种新体验(6]。监察和王尔德研究了特征信息和服务设计的探索游客的需求和动机7]。他们提议的方法来提供基于位置的服务基于web架构的“低的门槛”原则。他们还发现,改善透明度可以加强服务创新能力。

基于“增大化现实”技术的属性使它特别适合于可视化的空间环境,鼓励基于“增大化现实”技术用于城市探险旅游(8]。例如,AR技术可以用来重建工件在现实环境。目前,智能手机有必要的技术特性实现基于“增大化现实”技术的功能在一个小设备,如强大的处理器,一个后置摄像头,GPS,指南针,和许多其他传感器。智能手机带来的“增大化现实”技术为旅游业潜力巨大(9]。基于“增大化现实”技术的应用主要集中在数字内容到屏幕上,依靠视觉显示器。然而,由于视觉显示不能适用于所有的用户场景,通过一个替代方法是非常重要的,当交互视觉显示是不可取的。

音频和触觉反馈的组合已经被用于许多导游项目和应用程序。例如,PocketNavigator [10)是一个应用程序与触觉指南针行人导航,它使用振动模式来引导用户找到指定的地方。Giachritsis et al。11)发现了一个方法开发直观的导航模式,代表地标和行为的基本方向。不同振幅和节奏的触觉和声音反馈也被证明是有效地帮助游客识别不同的旅游景点2]。Srikulwong和奥尼尔12)调查的使用可穿戴触觉显示在行人导航和现场评价他们发现用户的导航精度tactile-based系统visual-based系统没多大区别,虽然tactile-based方向显示,完成时间更快的路线。

触觉和听觉反馈也被测试和其他应用程序中使用。McGookin和布儒斯特13调查人们的听觉感知显示通过不同的信息编码成“earcons”。可能出现的不同earcons代表骑在一个娱乐公园或一个主题公园。三个因素earcons被用来编码骑的信息:音色、强度和登记。每个earcon编码的类型,骑的强度,骑的成本。

我们可以用许多不同的属性来设计触摸显示和音频。触觉图标、燕鸥和·麦克莱恩(14]研究节奏结合频率和振幅,发现用户的两个主要特征来区分触觉节奏是长度和不均匀。Ryu et al。10]报道调查确定振幅频率检测阈值和范围使用移动设备。他们还提出了心理物理级函数,映射振动频率和振幅感知强度,可用于预测一个移动设备的感知强度振动。信息传递有关tactile-audio信号设置也调查了陈et al。15]。他们的研究结果表明,audio-assisted信号能有效地消除歧义触觉信号。

在虚拟和复杂的现实环境中,音频反馈可以为空间知觉是有益的。例如,在一个音频编码的距离信息显示,定位精度的基于“增大化现实”技术的医学应用可以显著提高16]。音频反馈也会影响用户的视觉空间的理解,和故意对齐音频和视觉信息可能导致更好的虚拟场景知觉的空间(17]。此外,音频设计也能作为游戏的传播信息的主要接口和基于位置的基于“增大化现实”技术的游戏中创建引人入胜的游戏体验18]。航空应用听觉界面也被NASA的研究;例如,研究发现,使用予声音引导头方向可以让一个伟大的减少视觉采集时间19]。

然而,很少有研究在非可视显示应用程序来帮助人们识别和定位景点和AR /设计师先生很少设计指导方针,可以用于参考。因此,在本文中,我们研究非可视化显示先生AR /设备和应用程序的设计。

3所示。研究1:非可视化显示设计信息表示

到目前为止最常见的和方便的移动设备所使用的大多数用户是一个智能手机。因此,我们不使用专门的设备但是故意使用标准消费者智能手机和它的标准特性。

节奏可以是一个非常有效的援助在非可视化显示18),振幅也被用于目前的触觉和音频显示信息(19]。智能手机可以支持变化的节奏和振幅的触觉和听觉反馈;因此,我们使用节奏和振幅在非可视反馈设计呈现信息和调查不同的交互设计的影响。

在这项研究中,三种不同的节奏是用来表达三种不同的历史特别感兴趣的主题:水(图1(一)(图),体系结构1 (b)人类(图),1 (c))。脉冲间隔的组合,区分节奏。在图1,这些节奏呈现在一个符合标准的音乐符号。除了这三个历史主题,我们也代表三个历史时期的景点。3种不同的振幅是为了代表古代(低振幅)的时期,中世纪(中间),和格鲁吉亚(高)。实验我们开发移动应用程序是运行在Android平台的智能手机(图2)。

3.1。实验评价
3.1.1。实验设置

我们使用了一个LG的Optimus p970智能手机,提供触觉和音频显示从其振动致动器和扬声器,分别。这个Android智能手机支持控制振动振幅使用浸TouchSense®触觉反馈技术(https://www.immersion.com)。它有一个4英寸的屏幕显示,重109克。

3.1.2。独立变量

独立变量的交互模式(触觉、音频、Haptic-Audio),节奏(3节奏如图1)和振幅(low-vibrating强度33%,0.3音频;触觉Mid-vibrating强度66%,0.6音频;高,振动强度100%,1音频)。

3.1.3。参与者

三十志愿者招募。所有的参与者都是研究生从21到29岁男性和11个女性(19)。所有的参与者与智能手机的经验。

3.2。实验设计

采用重复测量混合设计的实验。30参与者分配到3组,每个交互模式。在每个小组中,每个参与者必须确定三种不同节奏的组合类型和3振幅水平交互模式。

在实验之前,给出了简要介绍,其次是10分钟探索的参与者。在测试阶段,参与者手里拿着智能手机,被要求识别所有9的组合(图3节奏类型和振幅水平3)。

参与者被要求写下历史的主题和时间是由非可视化显示。表示顺序是随机的,每个组合提出了5秒钟。参与者也完成一份调查问卷对3形态类型。

3.3。结果

我们记录的正确反应和正确辨认的百分比计算。试验后我们也收集了主观的参与者的反馈。

3.3.1。识别速度

总体平均正确反应率为76.6%。触觉和音频的最高率为86.7%的总和。触觉识别率仅为70%,为音频是73.3%(图4)。

我们进行了重复测量方差分析的模态振幅××的节奏。一个重要的效应被发现( )交互模式( , )。振幅和节奏产生影响( ),没有发现显著的交互效应( )。振幅和节奏的整体识别利率分别为76.7%和76.6%,分别。

3.3.2。参与者的反馈

参与者被问及他们很难区分节奏和振幅。在所有形式的交互,超过一半的参与者发现很难区分不同的振幅(图4)。另一方面,在所有形式的交互,很少人发现很难区分不同的节奏或不同组合之间的节奏和振幅。(图5)。

3.4。讨论

触觉的有效性和音频显示代表旅游信息评估研究1。交互模式被发现的主要作用。平均辨识率超过75%。虽然触觉和音频显示合作达到最佳性能,也可以单独使用时有效。音频反馈常常不能有效地使用在旅游和休闲场景中,应用程序设计人员可以考虑使用更多的触觉显示,例如,在一些安静的地方(如博物馆或古典音乐会)和嘈杂的地方(比如繁忙的街道上或摇滚音乐会)。

我们的结果是同意的结果12参与者的反馈表明,它是很难分辨不同振幅水平比不同的节奏。这表明节奏应该使用更多的设计师,和振幅水平可以减少,如果可能的话,建议在12]。

4所示。研究2:评价空间音频混合现实(先生)应用程序

除了移动设备,如智能手机,基于“增大化现实”技术为基础,戴先生的设备,例如,微软全息透镜,也有旅游应用潜力巨大。先生带着头盔显示器,虚拟3 d图形会出现在用户的目光。音频信息,另一方面,可以来自四面八方。因此,音频显示可以先生旅游应用程序中的一个重要组成部分,加强身临其境的体验,引导用户关注特定的兴趣点在现实环境。

之前的研究表明,空间音频可以提高视觉目标获取在3 d环境中(19]。我们愿意进一步调查了解各种设计因素(如音频反馈设备,体积,节奏,和目标位置)可以影响目标搜索和位置的任务。

4.1。实验设计
以下4.4.1。音频显示设备

先生给音频设备的发展应用,现在有不同的设计,如耳塞可以提供关闭音频反馈与噪音隔离以及HMDs打开扬声器,比如微软全息透镜可以混合真实和虚拟音频没有把耳机放在耳朵。因此,它是理想的实现更好的理解不同形式的音频显示设计及其对音频引导对象的影响与先生设备位置的任务。在这项研究中,入耳式耳机和打开扬声器全息透镜。图7显示了参与者执行一个任务使用微软全息透镜张开扬声器在全息透镜。

4.1.2。音频的节奏和体积

所研究1、节奏和体积被认为是非常有效的在音频显示与识别任务5,20.),但它们的有效性尚未评估在先生的应用程序。因此在研究2中,我们调查了不同节奏和体积。我们用最小的慢节奏和反复无常的快节奏,演奏钢琴,如图6

4.1.3。水平和垂直位置

在用户覆盖范围的位置,我们使用9不同的目标位置。目标出现在用户的左侧,回来,和右侧水平和水平位置有3垂直位置:前(30度以上用户的头部高度),中间(用户的头一样的高度),和底部(30度以下用户的头)。

4.1.4。独立变量

有5个独立变量:(我)音频显示设备水平(2):入耳式耳机,全息透镜的演讲者(2)卷(2)水平:低(50%全卷)、高(100%的全量)(3)节奏(水平2):慢速(最小的),快速(小钩)(iv)水平位置(3水平):离开,回去吧(v)水平垂直位置(3):中间和底部。

4.1.5。实验设置

我们使用微软全息透镜提供3 d视觉和空间音频显示。内置立体声扬声器提供的音频播放是全息透镜或由索尼MH755入耳式耳机。实验应用程序使用Unity3D引擎实现5.5和Microsoft Visual Studio 2015更新3在Windows上10。空间音频在全息透镜是由微软head-related呈现传递函数(电火花冲激)声场定位技术插件统一。虚拟三维目标是白色球体的直径20厘米,3米远的从用户的头部位置。中间位置的高度是一样的用户的头部高度。在实验中一个游标(白点)表示用户的视线方向的中心。

4.1.6。参与者和过程

我们招募了16个志愿者男性和4女性(12)从21到35年。他们的平均年龄是27.13 ( )。

每个参与者给予简要介绍实验之后十分钟自导的探索尝试所有可能的组合的音频反馈和目标位置。然后在测试阶段,参与者被要求尽快搜索和选择目标,剩下的在同一地点寻找目标。显示的目标是作为一个20厘米直径白色球体和一个游标是呈现为一个白色的圆点在用户的视线中心,之后用户的头部运动。当光标与目标,目标消失,然后出现在它的下一个位置。音频设备的顺序,体积,和节奏是平衡的;水平和垂直的顺序是随机的。

试验后,参与者回答一份调查问卷关于她偏好不同的设备,体积,和节奏(从0:强烈不喜欢10:强烈),以及寻找目标的难度在不同位置(从0:很难10:非常简单)。参与者还被要求提供关于不同音频显示在他们的评论先生的应用程序。整个实验花了30分钟。

一个重复测量within-participants设计使用。我们有2个不同的音频设备。在每个会话中,有3个试验为每个卷的组合××节奏水平位置×垂直位置(因此总共108次试验为每个会话)。会话相同的音量和节奏是连续的,和深度的顺序是相同的对于每一个反馈,给8订单设备的体积,和节奏组合抵消在16个参与者。对于每一个参与者,216年总共进行了测试试验。

4.2。结果
4.2.1。准备运动的时间

我们记录了用户的运动时间来定位目标。一个重复测量方差分析(方差分析)设备××水平位置垂直位置体积××节奏被用来分析运动时间。

主要影响被发现为水平位置( , ),垂直位置( , ),和节奏( , )。无论是设备还是卷有显著影响( )。交互作用被发现为设备×卷( , ),设备×节奏( , ),垂直位置×卷( , )。意思是运动时间是如图8,9,10

事后Bonferroni两两比较显示,目标的运动时间明显长于左右( ),左派和右派之间无显著差异( )。事后Bonferroni两两比较显示,中间目标的运动时间明显快于顶部和底部( 顶部和底部(),没有区别 )。慢节奏的运动时间明显长于快( )。

4.2.2。运动角度

我们还为用户记录总压头运动的角度来定位目标。再一次,重复测量方差分析(方差分析)设备×水平位置垂直位置体积×××节奏被用来分析运动角。

主要影响被发现为水平位置( , )和垂直位置( , )。没有发现主要影响设备,体积,和节奏( )。交互作用被发现为设备×卷( , )和设备×节奏( , )。意味着头部运动角显示数据1112

事后Bonferroni两两比较显示,运动目标的角明显大于左右( ),左派和右派之间无显著差异( )。事后Bonferroni两两比较显示,目标的运动角明显小于顶部和底部中间( 顶部和底部(),没有区别 )。

4.2.3。用户的偏好

我们也使用调查问卷收集到的用户偏好数据。总的来说,用户喜欢使用全息透镜扬声器音量和快节奏高(图(13日))。他们还表示,很容易定位目标的水平位置,而目标的垂直位置是很难找到。因此,底部和顶部位置不喜欢我们的参与者(图13 (b))。

4.3。讨论
4.3.1。运动的时间

快节奏可以帮助用户定位3 d虚拟目标速度比慢节奏(图9(一个)),而体积和音频显示设备对用户的性能没有明显的影响(图9 (b))。这可能是因为快节奏可以提供更频繁的反馈指导用户目标的位置。此外,快节奏也可能鼓励用户快速完成任务。

尽管不同的音频反馈设备和体积没有显著的主效应,我们发现交互作用为设备×卷(图9 (c)(图)和设备×节奏9 (d))。节奏缓慢和低容量,用户位于全息透镜的目标更慢比入耳式耳机。交互效应表明,强大的空间可能需要音频信号如果全息透镜类型扬声器用于提供空间(即音频反馈。、音量或快节奏)。一些参与者说,入耳式耳机的音频清晰比全息透镜的演讲者和可以帮助隔离从物理环境的噪音,而扬声器的音频是更“自然”,可以帮助用户混合虚拟和真实的信息。

另一个有趣的发现是垂直位置的相互影响×卷(图10体积),表明较低的用户定位目标更慢时顶部底部位置和更快的时候。这可能是因为用户倾向于把低容量和底部,即。空间低,音频源。

不足为奇的是,不同的目标职位有强烈影响用户的头部动作时间。例如,目标在后面需要最长的运动时间,中间和目标所需的最短的头部动作时间(图8)。用户的评论强烈暗示,这是更容易区分水平位置比垂直位置。音频反馈的差异从上、中、或底部位置是小;因此他们不得不到处寻找定位目标。这证实了微软担心空间声音高程精度比方位精度(可能不太准确https://developer.microsoft.com/en-us/windows/holographic/spatial_sound)。我们的结果充分表明,仅空间音频,从全息透镜的演讲者或入耳式耳机,定位垂直目标位置是不够的;因此更多的线索从其他形式(如视觉)应提供。

4.3.2。运动角度

头部运动的角度在目标定位过程中,只有目标位置(即。水平和垂直位置)(图有主要影响11)。(即空间音频特征。,Device, Volume, or Rhythm), on the other hand, had no main effect (Figures12(一个)12 (b))。类似的运动时间,我们还发现交互作用为设备×卷(图12 (c)(图)和设备×节奏12 (d)),这意味着需要更多的头部动作来定位目标缓慢的节奏和低容量使用全息透镜的演讲者。

5。结论和未来的工作

在本文中,我们研究了音频和触觉显示器的设计基于“增大化现实”技术/先生旅游应用程序。我们看一些设计因素包括节奏,振幅,音频反馈设备,以及目标职位先生的应用程序。我们的研究表明,一组有趣的发现AR /先生旅游应用程序的非可视化显示。

触觉和音频显示在一起能达到最佳性能的非可视显示手机旅游应用程序的上下文中。用户首选的全息透镜喇叭的音量和快节奏来定位水平目标戴先生的应用程序。

根据我们的发现,我们合成了一些实用的设计指导方针,非可视化显示与AR先生/应用程序。(1)手机,设计师应该利用节奏比振幅触觉和听觉显示和考虑减少振幅的水平。(2)对于头戴先生场景,设计师应该为目标设计空间音频分布水平和提供额外的线索定位目标垂直分布。(3)头戴先生设备,打开扬声器是好先生身临其境的体验,和足够的体积可以提高目标定位性能。(4)头戴先生应用、音频反馈与快节奏可以用来加强用户性能目标定位速度是至关重要的;否则慢节奏可以带来更舒适的用户体验。

非可视显示可能非常有用的旅游AR /应用程序和先生可能会鼓励更多的探索性和好玩的旅游体验。未来的工作将包括其他设计因素的调查和实地研究在现实旅游场景。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

任帮派的研究在一定程度上是由福建省自然科学基金项目(没有。2017 j01784)、福建省(社会科学规划项目。FJ2016C095)、厦门(没有海外学者项目。XRS2016 314 - 10)。伊蒙·奥尼尔的研究在一定程度上是由相机,办事处的分析中心的运动、娱乐(EP / M023281/1)研究和应用。

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