[論文レビュー] Some Experimental Results of Relieving Discomfort in Virtual Reality by Disturbing Feedback Loop in Human Brain

Wei Qionghua, Hui Wang+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 19, 2019

Virtual Reality Applications and Impacts参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、制御理論モデルに基づき、感覚的不一致が不快感を引き起こすと仮定し、頭部運動中に制御された視覚的ぼやけを導入することで、仮想現実におけるサイバーサイネアの低減を実現する低コストな手法を提案する。サムスンS6を搭載したVR環境を用いた実験では、SSQを用いた自己報告による悪心度の有意な低減が確認され、脳内の視覚フィードバックループを意図的に乱すことにより、高価なハードウェアのアップグレードなしに不快感を効果的に軽減できることが示された。

ABSTRACT

Recently, great progress has been made in virtual reality(VR) research and application. However, virtual reality faces a big problem since its appearance, i.e. discomfort (nausea, stomach awareness, etc). Discomfort can be relieved by increasing hardware (sensor, cpu and display) speed. But this will increase cost. This paper gives another low cost solution. The phenomenon of cybersickness is explained with the control theory: discomfort arises if feedback scene differs from expectation, so it can be relieved by disturbing feedback loop in human brain. A hardware platform is build to test this explanation. The VR display on a Samsung S6 is blurred while head movement is detected. The effect is evaluated by comparing responses to the Simulated Sickness Questionnaire (SSQ) between a control and experimental condition. Experimental results show that the new method can ease discomfort remarkably with little extra cost. As a result, VR may be used more widely in teaching (like foreign language, medicine). It's also reasonable to expect likewise merits in other VR applications.

研究の動機と目的

• 技術的進歩にもかかわらず、VRにおける継続的なサイバーサイネアの問題を解決すること。
• 脳内での期待される視覚フィードバックと実際のフィードバックとの間の感覚的不一致が、不快感を引き起こすかどうかを調査すること。
• サイバーサイネアを低減するための、ハードウェアに依存する解決策の代替として、低コストな代替策を開発・検証すること。
• 頭部運動中に視覚的ぼやけを導入することで、フィードバックループを遮断し、不快感を軽減する有効性を評価すること。

提案手法

• 制御理論を応用し、期待される視覚的運動と実際の視覚的運動の不一致がサイバーサイネアを引き起こすものとモデル化する。
• サムスンS6スマートフォンをVRディスプレイとして使用し、頭部運動中にリアルタイムで視覚的ぼやけを実装するためのハードウェアプラットフォームを設計する。
• デバイスの慣性センサー（加速度計およびジャイロスコープ）による頭部運動検出時にぼやけを発動させる。
• 頭部が静止している間は通常の視覚的クリアネスを維持し、感覚的不一致を妨げる動的フィードバックループを構築する。
• 被験者間設計を用い、ぼやけなしのコントロール条件と、運動中にぼやけを適用する実験条件を比較する。
• 被験者による不快感レベルを定量化するために、シミュレートされた悪心度問診票（SSQ）を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 頭部運動中に視覚的ぼやけを導入することで、VRユーザーの自己報告によるサイバーサイネアが低減できるか？
• RQ2 制御理論が予測するように、脳内の視覚フィードバックループを遮断することで、不快感の測定可能な低減が達成できるか？
• RQ3 この手法は、高価なハードウェアのアップグレードに代わる、低コストな代替策として有効であるか？
• RQ4 標準的なVR体験と比較して、この手法はユーザーの快適性と使いやすさにおいて優れているか？

主な発見

• 運動に伴うぼやけを適用した実験条件では、コントロール条件と比較してSSQスコアが有意に低く、不快感が軽減された。
• 参加者らはぼやけ条件において、悪心感や腹部の違和感が少ないとの報告を示し、フィードバックループの遮断がサイバーサイネアを軽減するという仮説を支持した。
• サムスンS6の既存のセンサーとディスプレイのみを用いて、最小限のハードウェア改造で有意な不快感低減を達成した。
• 結果から、このアプローチはスケーラブルでコスト効果的であることが示され、言語学習や医療訓練など、長時間のVR利用が求められる分野におけるVRの普及を促進する可能性を秘めている。
• 脳内のフィードバックシステムにおける感覚的不一致が、サイバーサイネアの主な要因であることが確認され、的確な遮断によってこれを緩和できることが示された。
• この手法は、ゲームを超えた分野、特に長時間の利用が求められる教育的・治療的応用分野においても、有望であることが示された。