[논문 리뷰] Resolution deficits drive simulator sickness and compromise reading performance in virtual environments

Jialin Wang, Xinru Cheng외 2명|arXiv (Cornell University)|2026. 01. 06.

Virtual Reality Applications and Impacts인용 수 0

한 줄 요약

연구는 엔드-투-엔드 효과적 해상도(logMAR)가 XR에서 읽기 성능과 시뮬레이터 시 sickness의 주요 구동 요인임을 보여주며, 임계점으로 0 logMAR; VR과 VST 모드 모두 해상도가 악화될수록 악화되며, 교차 언어, 교차 모드 곡선이 제공된다.

ABSTRACT

Extended reality (XR) is evolving into a general-purpose computing platform, yet its adoption for productivity is hindered by visual fatigue and simulator sickness. While these symptoms are often attributed to latency or motion conflicts, the precise impact of textual clarity on physiological comfort remains undefined. Here we show that sub-optimal effective resolution, the clarity that reaches the eye after the full display-optics-rendering pipeline, is a primary driver of simulator sickness during reading tasks in both virtual reality and video see-through environments. By systematically manipulating end-to-end effective resolution on a unified logMAR scale, we measured reading psychophysics and sickness symptoms in a controlled within-subjects study. We find that reading performance and user comfort degrade exponentially as resolution drops below 0 logMAR (normal visual acuity). Notably, our results reveal 0 logMAR as a key physiological tipping point: resolutions better than this threshold yield naked-eye-level performance with minimal sickness, whereas poorer resolutions trigger rapid, non-linear increases in nausea and oculomotor strain. These findings suggest that the cognitive and perceptual effort required to resolve blurry text directly compromises user comfort, establishing human-eye resolution as a critical baseline for the design of future ergonomic XR systems.

연구 동기 및 목표

• XR HMD(가상현실 VR 및 증강현실 HMD)에서 엔드-투-엔드 효과적 해상도가 읽기 성능과 쾌적성에 어떤 영향을 미치는지 규명한다.
• VR 및 VST 전반에 걸쳐 logMAR로 해상도를 제어하는 언어 전환 가능한 읽기 평가 도구인 XR-Read를 개발한다.
• XR 시스템 설계를 안내하기 위한 logMAR를 읽기 지표와 시뮬레이터 멀미 증상으로 매핑하는 기준 곡선을 도출한다.

제안 방법

• VR 및 VST 전반에 걸쳐 logMAR에서 효과적 해상도를 정확히 제어하기 위해 XR-Read를 도입한다.
• VR 및 VST에서 영어와 중국어로, 네 가지 효과적 해상도(0.00, 0.22, 0.40, 0.60 logMAR)로 피험자 내 설계 연구를 수행한다.
• 읽기 성능 지표: MRS, CPS, RA, ACC, 및 시뮬레이터 멀미(SSQ)를 측정한다.
• VR 렌더링 스케일을 logMAR 목표에 맞춰 보정하고 VST 흐림을 logMAR 수준에 맞춰 보정한다.
• 해상도, 언어, 디스플레이 모드에 따른 효과를 평가하기 위해 비모수 통계(Friedman 테스트 및 Wilcoxon 사후 검정)를 사용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 RQ1: 엔드-투-엔드 효과적 해상도(logMAR)가 HMD에서 읽기 성능 지표(MRS, CPS, RA, ACC)에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 RQ2: 이러한 효과가 디스플레이 모드(VR 대 VST)와 언어(English 대 Chinese) 전반에 걸쳐 일반화되는가?
• RQ3 RQ3: 엔드-투-엔드 효과적 해상도와 시뮬레이터 멀미 간의 관계는 어떠하며, 쾌적함을 위한 실용적인 작동 포인트를 도출할 수 있는가?

주요 결과

• 효과적 해상도가 읽기 성능과 쾌적성의 주된 요인이며, MRS, CPS, RA, ACC 등 지표 전반에서 악화가 발생하고 VR에서 VST보다 더 큰 영향을 준다.
• 읽기 성능과 쾌적성은 해상도가 나빠질수록 단조롭게 감소하며(0.00에서 0.60 logMAR까지의 단조적인 A→D 패턴)을 보인다.
• 0 logMAR(정상 시력)은 거의 맨눈과 같은 성능을 제공하며 멀미가 최소화되지만, 해상도가 더 떨어지면 메스꺼움과 눈운동 피로가 증가한다.
• VR 조건에서 ACC, CPS, MRS, RA 전반에 걸쳐 해상도 효과가 중간에서 큰 효과 크기로 나타나며; VST는 유사하지만 더 약하고 효과 크기가 더 작다.
• 교차언어(English vs. Chinese) 결과는 읽기 지표의 해상도 주도 감소와 SSQ 증상의 증가를 일관되게 보여준다.
• 본 연구는 로그MAR를 읽기 성능과 SSQ 증상에 매핑하는 일반화된 기준 곡선을 제공하여 렌더링 예산 및 타이포그래피 결정에 도움을 준다.