Проблемы достоверности виртуальной реальности вблизи наблюдателя

  • Andrey Petrovich Gagarin Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет) http://orcid.org/0000-0002-0929-2834
  • Ivan Vladimirovich Chernyakov Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет) http://orcid.org/0000-0003-4418-2216

Аннотация

Исследуется степень достоверности, которую обеспечивают современные технологии виртуальной реальности при воспроизведении пространственных отношений – расстояний и форм предметов – в диапазоне удаления от наблюдателя 0,1 – 2 м. Эти оценки предназначены для уточнения перспективы применения виртуальной реальности в таких областях, как программная инженерия путём, в частности, «погружения» в виртуальную реальность рабочего места программиста. Проведены эксперименты, в которых наблюдатели оценивают достоверность представления в виртуальной реальности листа формата А4. В экспериментах варьирует перспективное искажение формы листа (трапеция вместо прямоугольника), и наблюдатель оценивает, какие из предложенных вариантов позволяют воспринимать виртуальный лист, как реальный, расположенный на рабочем месте. Полученные результаты показывают, что наблюдатель склонен принимать за нормальный, лист, имеющий форму трапеции с верхней, дальней от наблюдателя стороной, на 20% удлинённой по сравнению с нижней. В то же время нормальные листы расцениваются как ненормально суженные. Проведены также эксперименты по сравнению восприятия реального и виртуального листа в крайнем ракурсе – «с торца» одним глазом и обоими глазами, в которых исключается влияние вертикального измерения на оценки достоверности восприятия. Все эксперименты показали, что активация в виртуальной среде модели листа, подготовленной с точным соблюдением реальной формы и размеров, а также с объективно проверяемым обеспечением эффектов линейной перспективы, трансформирует структуру модели так, что лист представляется суженным в свой верхней части и сдвинутым вдаль. Достоверность представления исходной модели в виртуальной среде теряется. Возможность полностью компенсировать трансформацию путём предварительной или оперативной настройки модели требует дальнейших исследований. Для поддержки этих исследований представляется целесообразным ввести в средства подготовки и развёртывания VR функции, направленные на анализ и регулирование передачи пространственных отношений в моделях. Для формирования виртуальной реальности использован шлем виртуальной реальности HTC Vive под управлением программной системы Unity 19.4.

Сведения об авторах

Andrey Petrovich Gagarin, Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет)

профессор кафедры 304 «Вычислительные машины, системы и сети», Институт № 3 «Системы управления, информатика и электроэнергетика», кандидат технических наук, профессор

Ivan Vladimirovich Chernyakov, Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет)

аспирант кафедры 304 «Вычислительные машины, системы и сети», Институт № 3 «Системы управления, информатика и электроэнергетика»

Литература

[1] Mark L.S. Eyeheight-saled information about affordances: A study of sitting and stair climbing. Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance. 1987; 13(3):361-370. (In Eng.) DOI: 10.1037/0096-1523.13.3.361
[2] Bryson S., Feiner S.K., Brooks F.P., Hubbard P., Pausch R., van Dam A. Research frontiers in virtual reality. In: Proceedings of the 21st annual conference on Computer graphics and interactive techniques (SIGGRAPH ’94). Association for Computing Machinery, New York, NY, USA, 1994, pp. 473-474. (In Eng.) DOI: 10.1145/192161.192287
[3] Bowman D.A., Gabbard J.L., Hix D. A survey of usability evaluation in virtual environments: classification and comparison of methods. Presence: Teleoper. Virtual Environ. 2002; 11(4):404-424. (In Eng.) DOI: 10.1162/105474602760204309
[4] Balk S.A., Bertola M.A., Inman V.W. Simulator Sickness Questionnaire: Twenty Years Later. In: Proceedings of the Seventh International Driving Symposium on Human Factors in Driver Assessment, Training and Vehicle Design, June 17-20, 2013, Bolton Landing, New York. Iowa City, IA: Public Policy Center, University of Iowa, 2013: 257-263. (In Eng.) DOI: 10.17077/drivingassessment.1498
[5] Kuhl, S.A., Thompson W.B., Creem-Regehr S.H. Minification influences spatial judgments in virtual environments. In: Proceedings of the 3rd symposium on Applied perception in graphics and visualization (APGV ’06). Association for Computing Machinery, New York, NY, USA, 2006: 15-19. (In Eng.) DOI: 10.1145/1140491.1140494
[6] Zhang R., Nordman A., Walker J., Kuhl S.A. Minification affects verbal- and action-based distance judgments differently in head-mounted displays. ACM Transactions on Applied Perception. 2012; 9(3):14. (In Eng.) DOI: 10.1145/2325722.2325727
[7] Kell J.W., Cherep L.A., Siegel Z.D. Perceived Space in the HTC Vive. ACM Transactions on Applied Perception. 2017; 15(1):2. (In Eng.) DOI: 10.1145/3106155
[8] Kelly J.W., Cherep L.A., Klesel B., Siegel Z.D., George S. Comparison of Two Methods for Improving Distance Perception in Virtual Reality. ACM Transactions on Applied Perception. 2018; 15(2):11. (In Eng.) DOI: 10.1145/3165285
[9] Buck L.E., Young M.K., Bodenheimer B. A Comparison of Distance Estimation in HMD-Based Virtual Environments with Different HMD-Based Conditions. ACM Transactions on Applied Perception. 2018; 15(3):21. (In Eng.) DOI: 10.1145/3196885
[10] Shemetova E., Bodenheimer B. Egocentric distance estimation on a discontinuous ground surface in the virtual environment. In: Proceedings of the ACM Symposium on Applied Perception (SAP’14). Association for Computing Machinery, New York, NY, USA, 2014:131. (In Eng.) DOI: 10.1145/2628257.2628358
[11] Li B., Nordman A., Walker J., Kuhl S.A. The effects of artificially reduced field of view and peripheral frame stimulation on distance judgments in HMDs. In: Proceedings of the ACM Symposium on Applied Perception (SAP’16). Association for Computing Machinery, New York, NY, USA, 2016:53-56. (In Eng.) DOI: 10.1145/2931002.2931013
[12] Leyrer M., Linkenauger S.A., Bulthoff H.H., Mohler B.J. Eye Height Manipulations: A Possible Solution to Reduce Underestimation of Egocentric Distances in Head-Mounted Displays. ACM Transactions on Applied Perception. 2015; 12(1):1. (In Eng.) DOI: 10.1145/2699254
[13] Li B., Walker J., Kuhl S.A. The Effects of Peripheral Vision and Light Stimulation on Distance Judgments Through HMDs. ACM Transactions on Applied Perception. 2018; 15(2):12. (In Eng.) DOI: 10.1145/3165286
[14] Siegel Z.D. Improving distance perception in virtual reality. Graduate Theses and Dissertations. Iowa State University, 2015. 14509. (In Eng.) DOI: 10.31274/etd-180810-4058
[15] Li B. Distance Perception in Virtual Environment through Head-mounted Displays. Open Access Dissertation, Michigan Technological University, 2017. Available at: https://digitalcommons.mtu.edu/etdr/348 (accessed 25.06.2019). (In Eng.)
[16] Lin Q., Rieser J., Bodenheimer B. Affordance Judgments in HMD-Based Virtual Environments: Stepping over a Pole and Stepping off a Ledge. ACM Transactions on Applied Perception. 2015; 12(2):6. (In Eng.) DOI: 10.1145/2720020
[17] Asjad N.S., Adams H., Paris R., Bodenheimer B. Perception of height in virtual reality: a study of climbing stairs. In: Proceedings of the 15th ACM Symposium on Applied Perception (SAP’18). Association for Computing Machinery, New York, NY, USA, 2018; 4:1-8. (In Eng.) DOI: 10.1145/3225153.3225171
[18] Vinnikov M., Allison R.S., Fernandes S. Gaze-Contingent Auditory Displays for Improved Spatial Attention in Virtual Reality. ACM Transactions on Computer-Human Interaction. 2017: 24(3):19. (In Eng.) DOI: 10.1145/3067822
[19] Jones J.A., Krum D.M., Bolas M.T. Vertical Field-of-View Extension and Walking Characteristics in Head-Worn Virtual Environments. ACM Transactions on Applied Perception. 2016; 14(2):9. (In Eng.) DOI: 10.1145/2983631
[20] Kawai H., Hara H., Yanagida Y. Effect of change of head angle on visual horizontal plane. In: Proceedings of the 24th ACM Symposium on Virtual Reality Software and Technology (VRST’18). Association for Computing Machinery, New York, NY, USA, 2018: 82:1-2. (In Eng.) DOI: 10.1145/3281505.3281584
[21] Paris R., Joshi M., He Q., Narasimham G., McNamara T.P., Bodenheimer B. Acquisition of survey knowledge using walking in place and resetting methods in immersive virtual environments. In: Proceedings of the ACM Symposium on Applied Perception (SAP ’17). Association for Computing Machinery, New York, NY, USA, 2017; 7:1-8. (In Eng.) DOI: 10.1145/3119881.3119889
[22] Pointon G., Thompson C., Creem-Regehr S., Stefanucci J., Joshi M., Paris R., Bodenheimer B. Judging action capabilities in augmented reality. In: Proceedings of the 15th ACM Symposium on Applied Perception (SAP ’18). Association for Computing Machinery, New York, NY, USA, 2018; 6:1-8. (In Eng.) DOI: 10.1145/3225153.3225168
[23] Sun Q., Wei L., Kaufman A. Mapping virtual and physical reality. ACM Transactions on Graphics. 2016; 35(4):64. (In Eng.) DOI: 10.1145/2897824.2925883
[24] Kelly J.W., Klesel B.C., Cherep L.A. Visual Stabilization of Balance in Virtual Reality Using the HTC Vive. ACM Transactions on Applied Perception. 2019; 16(2):8. (In Eng.) DOI: 10.1145/3313902
[25] Harms P. Automated Usability Evaluation of Virtual Reality Applications. ACM Transactions on Computer-Human Interaction. 2019; 26(3):14. (In Eng.) DOI: 10.1145/3301423
[26] Alallah F., Neshati A., Sakamoto Y., Hasan K., Lank E., Bunt A., Irani P. Performer vs. observer: whose comfort level should we consider when examining the social acceptability of input modalities for head-worn display? In: Proceedings of the 24th ACM Symposium on Virtual Reality Software and Technology (VRST’18). Association for Computing Machinery, New York, NY, USA, 2018; 10:1-9. (In Eng.) DOI: 10.1145/3281505.3281541
[27] Jacobs J., Wang X., Alexa M. Keep It Simple: Depth-based Dynamic Adjustment of Rendering for Head-mounted Displays Decreases Visual Comfort. ACM Transactions on Applied Perception. 2019; 16(3):16. (In Eng.) DOI: 10.1145/3353902
[28] Walker J. Improving everyday computing tasks with head-mounted displays. Open Access Dissertation, Michigan Technological University, 2017. (In Eng.) Available at: https://digitalcommons.mtu.edu/etdr/388 (accessed 25.06.2019). (In Eng.)
[29] Baranowski A., Seipel P., Schreiber A. Visualizing and exploring OSGi-based software architectures in augmented reality. In: Proceedings of the 24th ACM Symposium on Virtual Reality Software and Technology (VRST’18). ACV, New York, NY, USA, 2018; 62:1-2. (In Eng.) DOI: 10.1145/3281505.3281564
[30] Chernyakov I.V. Virtual Reality as a Programming Environment. In: Proceedings of the Gagarin readings 2019. MAI, Moscow, 2019, pp. 255-256. Available at: https://elibrary.ru/item.asp?id=38210868 (accessed 25.06.2019). (In Russ.)
Опубликована
2019-09-30
Как цитировать
GAGARIN, Andrey Petrovich; CHERNYAKOV, Ivan Vladimirovich. Проблемы достоверности виртуальной реальности вблизи наблюдателя. Международный научный журнал «Современные информационные технологии и ИТ-образование», [S.l.], v. 15, n. 3, p. 721-732, sep. 2019. ISSN 2411-1473. Доступно на: <http://sitito.cs.msu.ru/index.php/SITITO/article/view/551>. Дата доступа: 17 oct. 2021 doi: https://doi.org/10.25559/SITITO.15.201903.721-732.